基于Zigbee的道路照明系統

　　1 系統功能

　　1.1 控制方案的確定

　　對于物聯(lián)網(wǎng)路燈的控制方案，在遵循基本設計原則的前提下，確定了以CC2530為核心的節點(diǎn)收發(fā)控制方案。路燈1、2……n的開(kāi)關(guān)動(dòng)作通過(guò)CC2530單片機進(jìn)行控制，為了實(shí)現遠程監控，除了設置了本地控制的單片機外，路燈信息和控制信號經(jīng)ZigBee、GPRS傳輸到監控中心計算機。為了控制成本，對于某段路的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)的接入，可采用圖1所示的同一路段共用一個(gè)中心節點(diǎn)的方式對路燈信號進(jìn)行收發(fā)。例如，某條路段可共用一個(gè)路由節點(diǎn)，路燈信號經(jīng)ZigBee采集傳輸到中心節點(diǎn)，中心節點(diǎn)將信息傳給本地單片機實(shí)現本地控制，且可由該中心節點(diǎn)通過(guò)GPRS通信和上位機進(jìn)行交互。

　　在圖1所示的控制方案中：

　　(1)上位機主要實(shí)現對路燈狀態(tài)的監控，便于實(shí)現路燈的自動(dòng)控制，易于實(shí)現管理和對路燈的維護;

　　(2)Zigbee中心節點(diǎn)：將某一路段的路燈組成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，并經(jīng)GPRS與上位機通信;

　　(3)Zigbee終端控制節點(diǎn)：負責發(fā)送傳感器采集到的信息，接收來(lái)自中心節點(diǎn)的控制信號，并由無(wú)線(xiàn)單片機控制路燈的按時(shí)按需開(kāi)啟和關(guān)斷。

　　1.2 功能模式的分析

　　基于ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)路燈，在光照度和紅外對射傳感器的共同作用下，通過(guò)監控中心的遠程監控，實(shí)現單燈控制、多策略控制、白天模式、黑夜模式、深夜模式、故障檢測和霧霾防護等功能。

　　1.2.1 控制方式

　　單燈控制和多策略控制是路燈照明系統的核心功能。所謂單燈控制，即是指每盞路燈的狀態(tài)都獨立地受到上位機和本地單片機的控制。而多策略控制，表明既可根據環(huán)境變化來(lái)實(shí)現路燈的智能化本地控制，也可在特殊時(shí)候通過(guò)上位機實(shí)現人工操作，比如節假日時(shí)期人工開(kāi)燈。

　　1.2.2 模式選擇

　　道路照明系統根據不同情況采用不同照明方案的原則，將系統分為白天模式、黑夜模式和深夜模式。三種模式的開(kāi)始結束的時(shí)間段可人工設定。

　　在白天模式中，路燈默認是關(guān)閉狀態(tài)。而當出現臺風(fēng)、暴雨等惡劣天氣的時(shí)候，光照度傳感器能自動(dòng)感知環(huán)境光線(xiàn)強度降到一定值，繼而發(fā)送消息至單片機，單片機經(jīng)過(guò)分析判斷后，發(fā)送控制指令控制路燈變亮。

　　黑夜模式則是根據當地一年四季的日出日落時(shí)間來(lái)設定相應的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。每月一次地查詢(xún)當地未來(lái)一個(gè)月的日出日落時(shí)間，并選擇一相近值來(lái)作為傍晚路燈開(kāi)啟、早上路燈關(guān)閉的時(shí)間。

　　最后是深夜模式。我們知道，晚上12點(diǎn)后，路上的行人和車(chē)流量都很少，于是采取單雙號間隔開(kāi)關(guān)燈的方式。當有車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，紅外對射傳感器出現瞬時(shí)遮擋，產(chǎn)生感應，路燈全部點(diǎn)亮。車(chē)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，路燈自動(dòng)熄滅，恢復原始狀態(tài)。

　　1.2.3 霧霾防護功能

　　眾所周知，霧霾天氣可見(jiàn)度低，嚴重影響行人、車(chē)輛的安全出行。為此，引入國家氣象局提供的天氣預報API接口，將天氣情況轉入上位機。若為霧霾天氣，則點(diǎn)亮路燈底部的防霧小黃燈，來(lái)幫助車(chē)輛識別道路走向和邊緣信息，及時(shí)發(fā)現路燈?？康能?chē)輛和行人，減少交通安全隱患的發(fā)生。

　　1.2.4 故障檢測功能

　　當路燈發(fā)生故障時(shí)，路燈控制單元檢測故障部位的電位會(huì )發(fā)生變化。終端控制節點(diǎn)將采集到的此種變化發(fā)送至上位機，上位機會(huì )自動(dòng)實(shí)現報警，并顯示故障路燈的具體位置，方便工作人員及時(shí)地開(kāi)展維修工作。

　　2 硬件及實(shí)現方法

　　2.1 概覽

　　硬件上，我們采用TI出品的CC2530芯片，在CC2530模塊的基礎上進(jìn)行外設模塊的設計;組網(wǎng)上，主要使用Zigbee和GPRS相結合的方式來(lái)進(jìn)行指令的傳輸和系統的控制;軟件上，根據Zigbee協(xié)議棧采用C語(yǔ)言進(jìn)行CC2530語(yǔ)言的編寫(xiě)，采用VC的上位機編寫(xiě)，共同實(shí)現數據的傳輸和控制。

　　2.2 ZigBee路燈節點(diǎn)結構

　　終端節點(diǎn)主要由TI的CC2530模塊、路燈控制模塊、傳感器模塊、電壓電流采集模塊組成，實(shí)現對路燈數據的實(shí)時(shí)采集和路燈控制，相應的終端節點(diǎn)的硬件連接如圖2所示。