基于ZigBee的智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　0 引言

　　隨著中國(guó)城市和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市路燈照明已經(jīng)成為展示城市魅力的名片和窗口，但是照明在帶來絢麗和方便的同時(shí)，也遇到了諸多問題。據(jù)調(diào)查，我國(guó)小型城市在夜晚9點(diǎn)后，大中城市在午夜12點(diǎn)后，道路上行人非常稀少，即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市，凌晨2點(diǎn)以后，道路上也罕見行人、車輛。這時(shí)如果保持“恒照度”會(huì)造成資源的大量浪費(fèi)；另外后半夜是用電的低谷期，電力系統(tǒng)的電壓升高，路燈反而會(huì)更亮，而我國(guó)現(xiàn)行70%的道路照明使用的高壓鈉燈，此類電網(wǎng)電壓的波動(dòng)致使燈泡的實(shí)際使用壽命不超過1年，帶來了高額的維修費(fèi)和材料費(fèi)，并且系統(tǒng)難以及時(shí)反饋路燈運(yùn)行的故障信息，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和處理，只能采取人工巡查方式。

　　路燈控制系統(tǒng)從最初的開關(guān)控制功能，逐漸演化到監(jiān)控節(jié)能控制功能，各種新技術(shù)被用于路燈監(jiān)控系統(tǒng)中。路燈控制方法有PLC控制，電力載波控制和無線網(wǎng)絡(luò)控制等。從路燈控制系統(tǒng)的成本、可靠性、信息化、應(yīng)用前景等方面考慮，本方案采用ZigBee無線自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)LED路燈節(jié)能控制的目的。

　　1方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　按照系統(tǒng)要求，本設(shè)計(jì)主要完成支路控制器和路燈及二者之間的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，其中支路控制器完成時(shí)間、光照信息的測(cè)量，路燈終端完成故障診斷和移動(dòng)物體的檢測(cè)，利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)支路控制器和路燈終端之間的通信。因此系統(tǒng)主要包括以下分系統(tǒng)：

　　電源穩(wěn)壓系統(tǒng)、支路控制系統(tǒng)、ZigBee協(xié)調(diào)器系統(tǒng)、Zig-Bee 路由和終端系統(tǒng)。其中電源穩(wěn)壓包括5 V 穩(wěn)壓和3.3 V穩(wěn)壓；支路控制系統(tǒng)包括時(shí)間模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和光照采集模塊；ZigBee協(xié)調(diào)器包括顯示模塊和鍵盤模塊；ZigBee路由和終端包括微波雷達(dá)檢測(cè)模塊、故障檢測(cè)模塊和路燈控制模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離無線通信技術(shù)，在近距離無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 ZigBee技術(shù)采用自組網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)可以隨意變動(dòng)，這一特點(diǎn)對(duì)實(shí)現(xiàn)路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)的智能化、高可靠性、低成本起到很好的作用。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)和樹狀結(jié)構(gòu)，考慮到樹狀結(jié)構(gòu)能夠提高通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，因此本設(shè)計(jì)中無線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎脴錉罱Y(jié)構(gòu)，使用路由功能傳輸。無線系統(tǒng)由一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器、若干個(gè)路由控制器和若干個(gè)路燈終端所組成，網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2所示。

　　根據(jù)ZigBee通信組網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，將ZigBee 技術(shù)與傳統(tǒng)的路燈控制模式相結(jié)合，根據(jù)不同路段及時(shí)間，對(duì)協(xié)調(diào)器設(shè)置不同的檢測(cè)與控制方式，能及時(shí)對(duì)路燈進(jìn)行相應(yīng)的控制并發(fā)現(xiàn)路燈損壞情況和它的具體位置，方便維修管理，實(shí)現(xiàn)按需節(jié)能、智能化管理，達(dá)到城市照明系統(tǒng)節(jié)能減排的目標(biāo)。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 支路控制器設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)功能，支路控制器主要包括時(shí)空電路、光控電路、鍵盤及顯示等，電路如圖3所示。

　　時(shí)間控制芯片采用的是DS12887芯片，其內(nèi)部自帶鋰電池，外部掉電時(shí)，還可準(zhǔn)確走10年之久，有12小時(shí)制和24小時(shí)制，數(shù)據(jù)可分二進(jìn)制或BCD 碼傳送，使用非常方便。環(huán)境光檢測(cè)部分采用的是光敏電阻加 LM339電壓比較器的測(cè)量方案。電阻RV2，R5，R9 及光敏電阻共同構(gòu)成了惠斯頓電橋的兩個(gè)橋臂。在光線相對(duì)較強(qiáng)時(shí)，電路輸出端輸出低電平；當(dāng)光線強(qiáng)度相對(duì)較暗時(shí)，電路輸出端輸出高電平。統(tǒng)共設(shè)置5個(gè)按鍵，采用獨(dú)立式鍵盤，包括時(shí)間調(diào)節(jié)鍵，模式選擇鍵及季節(jié)設(shè)置鍵。時(shí)間調(diào)節(jié)鍵三個(gè)，設(shè)置鍵、上調(diào)鍵和下調(diào)鍵，按下設(shè)置鍵開光標(biāo)，上下調(diào)節(jié)鍵用來調(diào)節(jié)時(shí)間。模式選擇鍵，采用自鎖式按鍵，進(jìn)行繁華和偏僻模式轉(zhuǎn)換。季節(jié)設(shè)置鍵，也采用自鎖式按鍵，進(jìn)行夏季和冬季轉(zhuǎn)換。