基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)路燈節能智能監控系統設計

隨著(zhù)我國城鄉一體化建設和城市化建設的不斷深入， 對道路照明擴展規模越來(lái)越大， 因此對道路照明及景觀(guān)照明提出了更高、更新的要求。與此同時(shí)， 路燈的電能消耗和燈具損耗也越來(lái)越大。傳統的路燈控制系統存在著(zhù)智能化程度低、線(xiàn)路穩定度差等問(wèn)題， 給城市照明系統的管理和維護帶來(lái)很大困難。為了解決以上問(wèn)題，本論文提出了基于CC2530 的ZigBee 無(wú)線(xiàn)路燈節能智能監控系統方案。該方案能夠靈活開(kāi)關(guān)燈， 自動(dòng)及時(shí)發(fā)現故障， 提高設備智能化管理。本系統根據實(shí)際要求， 對每一組路燈進(jìn)行控制， 實(shí)現照明模式的多樣化和靈活性，若有損壞的路燈， 系統會(huì )及時(shí)顯示其信息， 并通知管理人員， 有效地提高了城市照明系統的管理水平。

1 ZigBee 技術(shù)

ZigBee 技術(shù)是一種新興的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)， 目前在近距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域得到廣泛應用。ZigBee 協(xié)議棧是建立在IEEE802.15.4 標準之上。IEEE802.15.4 定義了物理層和MAC 層的規范。其余如網(wǎng)絡(luò )層和應用層規范。等方面由ZigBee 聯(lián)盟負責。ZigBee 技術(shù)采用自組織網(wǎng)絡(luò )， 且其網(wǎng)絡(luò )拓撲結構可以隨意變動(dòng)的這一特點(diǎn)對道路照明監控系統十分有利， 對實(shí)現路燈節能智能監控系統的智能化、高可靠性、低成本起到很好的作用。

ZigBee 低速無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)具有如下特點(diǎn):

(1) 低功耗。ZigBee 技術(shù)傳輸速率低， 傳輸數據量小。而且，ZigBee 模塊在非工作時(shí)間采用休眠模式， 使得系統運行非常節省電能。

(2) 數據傳輸可靠。ZigBee 采用沖突避免的載波多路偵聽(tīng)技術(shù)， 當有數據傳送需求時(shí)則立刻傳送， 保證了系統信息傳輸的可靠性。

(3) 網(wǎng)絡(luò )容量大。一個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò )最多可包含65 535個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)， 按功能的完整性可劃分為全功能設備(FFD) 和半功能設備(RFD) , 各個(gè)節點(diǎn)可相互連接， 組成大容量的ZigBee 網(wǎng)絡(luò )。

(4) 工作頻段多樣。使用頻段有： 2 . 4 GHz ISM 頻段、868 MHz( 歐洲) 及915 MHz( 美國)， 并在不同的載波頻率下有250 Kb/s 、40 Kb/s 和20 Kb/s 三種不同的傳輸速率。

2 系統結構組成

ZigBee 的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構可分為： 網(wǎng)狀結構、星型結構和樹(shù)狀結構， 當CC2530 用倒F 型PCB 天線(xiàn)時(shí)， 可靠收發(fā)距離為200 m 左右， 考慮到網(wǎng)狀結構能夠縮短信息傳輸的延遲和提高通信網(wǎng)絡(luò )的可靠性，因此無(wú)線(xiàn)路燈節能智能監控系統中的網(wǎng)絡(luò )拓撲可以采用網(wǎng)狀結構，使用路由功能傳輸。因為CC2530 可以實(shí)現20 級左右路由， 所以本系統采用CC2530 .一個(gè)"CC2530+CC2591 " 組成的路由器與協(xié)調器的可靠收發(fā)距離可以達到1 km 左右， "CC2530+CC2591 " 組成的路由器與普通路由器如果布局合理的話(huà)， 就可以讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的通信距離達到20 km左右。

無(wú)線(xiàn)路燈節能監控系統是由一個(gè)ZigBee 協(xié)調器、若干個(gè)路燈路由控制器和若干個(gè)路燈終端設備控制器組成的無(wú)線(xiàn)監控系統如圖1 所示。根據ZigBee 通信與組網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)， 將ZigBee 技術(shù)與傳統的路燈控制模式相結合， 采用對每組路燈進(jìn)行檢測和控制的方式， 就能夠及時(shí)發(fā)現路燈的損壞情況和它的具體位置， 方便維修管理， 實(shí)現按需節能、智能化管理， 達到城市照明系統節能減排的目標。

圖1 系統框架圖

路燈節能監控系統的各個(gè)模塊運行主程序流程如圖2 所示。首先系統上電初始化各個(gè)模塊， 然后協(xié)調器選擇一個(gè)信道和PAN ID( 個(gè)域網(wǎng)ID 號)后就開(kāi)始建立網(wǎng)絡(luò )， 路由器和終端設備隨后加入網(wǎng)絡(luò )， 協(xié)調器發(fā)出相應的控制命令。

圖2 系統主程序流程圖