基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)路燈節能智能監控系統設計

3 硬件電路設計

ZigBee 新一代SoC 芯片[7]CC2530 是TI 公司推出的用于嵌入式應用的片上系統， 是使用IEEE 802.15.4 標準、ZigBee 和ZigBee RF4CE 的一個(gè)片上系統解決方案。

CC2530 內部已集成了一個(gè)8051 微處理器與高性能的RF 收發(fā)器。CC2530 能夠以非常低的總材料成本建立強大的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)， 擁有較大的快閃記憶體， 其存儲容量多達256 B, 它是理想的ZigBee 專(zhuān)業(yè)應用芯片; 支持新RemoTI 的ZigBee RF4CE, 這是業(yè)界首款符合ZigBeeRF4CE 兼容的協(xié)議棧。此外，CC2530 具有不同的運行模式， 使得它尤其適應超低功耗要求的系統， 運行模式之間的轉換時(shí)間短， 進(jìn)一步確保了低能源消耗。圖3 為CC2530 外圍電路設計。圖3 中的D3 倒F 天線(xiàn)是單端天線(xiàn)， 也就是非平衡天線(xiàn)， 所以需要用電容、電感組成一個(gè)非平衡變壓器(BALUN) , 如圖3 中的虛線(xiàn)框圖， 來(lái)滿(mǎn)足RF 輸入/輸出匹配的要求。

圖3 CC2530 外圍電路

PCB 天線(xiàn)設計難度較大， 通常還需要仿真工具的支持， 但TI 公司已經(jīng)把倒F 型PCB 天線(xiàn)設計的規格公布了。對于終端設備的設計來(lái)說(shuō)，PCB 天線(xiàn)不失為一種較經(jīng)濟的選擇， 因為其通信距離可以滿(mǎn)足本系統的要求。

路燈節點(diǎn)設計采用光敏電阻傳感器檢測的方式采集路燈狀態(tài)信息并通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳回主控中心( 協(xié)調器)， 同時(shí)經(jīng)主控中心處理后， 將相應的控制命令發(fā)送至指定的路燈節點(diǎn)。協(xié)調器的設計是根據電子時(shí)鐘產(chǎn)生的精確時(shí)間和光敏電阻采集外界光線(xiàn)的強弱來(lái)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的路燈。

在下半夜采用隔柱亮燈(開(kāi)部分燈) 的方法降低電能消耗; 在大白天， 采用關(guān)全部路燈的方法， 如果天氣突然轉陰， 系統就會(huì )自動(dòng)打開(kāi)部分路燈， 滿(mǎn)足人們照明要求; 傍晚時(shí)分， 用光敏傳感器采集的光線(xiàn)強弱來(lái)判斷是否需要開(kāi)關(guān)燈， 做到及時(shí)開(kāi)關(guān)燈。根據以上的控制實(shí)現智能和節能控制。表1 所示的為協(xié)調器主控制路燈的狀況( 此表要根據城市的實(shí)際情況制定)。

表1 協(xié)調器根據時(shí)間與外界狀態(tài)發(fā)出控制命令

本文提出了基于CC2530 的ZigBee 無(wú)線(xiàn)路燈節能智能監控系統的設計方案， 在路燈控制器節點(diǎn)設計基礎上實(shí)現了自組織網(wǎng)絡(luò )的建立、通信、互操作性測試， 解決了以往無(wú)線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )的通信不穩定的問(wèn)題。初步實(shí)驗結果表明： 采用這種模式建立的無(wú)線(xiàn)路燈節能監控系統不僅具有較好的可靠性和較高的控制效率， 而且還能夠及時(shí)發(fā)現路燈損壞情況和它的具體位置， 減少了巡燈工作，同時(shí)又根據城市是否需要打開(kāi)路燈的實(shí)際情況來(lái)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的路燈開(kāi)關(guān)， 從而做到合理及時(shí)開(kāi)、關(guān)燈。在下半夜采用隔柱亮燈的方法不僅能滿(mǎn)足人們照明的需要， 而且還能減少電能消耗， 能夠很好地達到節能和智能化管理的目的， 有著(zhù)廣闊的應用前景。