基于Zigbee的路灯控制系统设计方案.docx

PAGE 1 PAGE 1 基于Zigbee的路灯控制系统设计方案 摘要： 提出了一种基于无线通信协议Zigbee的路灯掌握系统实现方案。系统光源采纳LED,具有热释电红外人体检测、环境光检测准时间设定等路灯掌握方式，能实现远程单灯监控、自动调光、电能测量、故障检测及故障位置显示等功能。试验应用表明： 系统操作界面友好、功能强大，且路灯节点体积小、易于安装。 1 引言  采纳时间掌握、光照掌握等方式掌握的路灯照明系统存在着路灯使用寿命短、管理开销大、电能铺张、无法远程监控以及故障修理反应效率低等现象。随着人们生活质量的提高及科学技术的进步，对城市路灯的要求越来越高，不仅要求平安、节能、维护便利，还要求其能美化夜景，彰显城市魅力； 例如上海市博园安装的无线景观路灯照明，为其夜晚增加了不少的颜色。  目前国内外路灯系统正朝着节能、单灯掌握以及远程监控的方向进展。本文基于无线网络技术，设计了一套采纳Zigbee 技术实现的路灯掌握实训系统； 该系统可实现路灯的远程实时监控及数据采集存储等功能。  2 系统硬件设计  系统由安装在路灯灯杆上的路灯节点、无线网络及监控中心组成，结构如图1 所示，路灯节点和监控中心需要配备无线通信模块。   图1 系统结构图  2. 1 无线网络  无线网络采纳Zigbee 技术，使路灯工作现场与系统监控中心牢靠通信。这种技术主要应用在数据传输速率不高且短距离传输的各种电子设备之间，特别适合工业掌握、环境监测等场合，具有低功耗、低成本和低简单度等特点。本系统Zigbee 模块采纳CC2530 片上系统作为掌握电路的，具有256KBFLASH,在接收和放射模式下，电流损耗分别低于25mA 和34mA.模块电源由外部稳压电源供应5V电压，以确保各节点长时间稳定工作。  依据路灯系统特点，网络采纳树形连接，以便敏捷扩展节点和自组网络。与PC 机串口RS232 连接的Zigbee 模块为网络协调器，起着组织、管理网络和发号施令的作用； 当网络有节点加入时，它安排地址给新节点，因此不能掉电也没有低功耗状态。  与路灯单元串口连接的Zigbee 模块为路由器，起着中继器的作用，可以收发数据也可以转发数据，担当着与上位机和相邻节点通信的任务。  2. 2 路灯节点  路灯节点由路灯掌握器、电源模块和Zigbee 模块组成，完成现场数据及掌握命令的处理、掌握LED 灯开关及调光的任务。  路灯掌握器选择高性能、低功耗的8 位AVR 微处理器ATmega16 作为部件，该单片机输入/输出口可以自由设定，驱动力量强，集多种器件与多种功能于一身，大大削减了外围器件的使用量，降低了电路的简单程度。掌握器的外围电路包括信号检测、亮灯驱动和故障检测等电路。  信号检测部分由光敏电阻电路和热释电红外传感器电路组成。光敏电阻5537 用于对环境光检测，从而掌握灯光的亮度； 热释电红外传感器DYPME003感应距离0 ~ 7 米可调，用于推断是否有行人或者车辆通过，并依据设定值调整灯光亮度。  考虑到LED 路灯高效节能及其应用日趋广泛，采纳LED 作为光源，并采纳XN2115 芯片驱动。系统选用1W、3. 2 ~ 3. 6V 的LED 灯4 颗。路灯故障检测信号取自XN2115 芯片的SW 点的电压，将该点电压通过大电容平波后与电压比较器的基准电压进行比较，比较结果的凹凸电平送入单片机处理，并将故障信息送至上位机实现故障报警、位置显示等功能。  路灯节点使用了5V 及12V 的直流电。将220V沟通电通过整流桥KBP210 变为12V 直流电，为LED 驱动电路和故障检测电路供应电源，功率可达40W; 12V 直流电源再通过LM2596-5. 0 集成三端稳压器输出5V 直流电源，输出电流可达3A,具有很好的线性和负载调整特性，为Zigbee 模块、单片机及其他外围电路供应电源。  2. 3 监控中心  监控中心由PC 机和Zigbee 模块组成，供应系统信息，具有遥测、遥控及存储和管理数据功能的人机界面显示，可以对整个路灯系统进行工作状况的实时监控。  PC 机可以通过无线通信网络采集路灯状态，例如环境光强度、用电量、亮灯率等，并可向路灯节点发送掌握命令，路灯节点依据这些命令对LED 灯进行操作，实现系统的按需掌握及每盏路灯的实时监控。  3 系统软件设计  系统上电后进行初始化，检测系统是否正常工作，假如正常则根据路灯掌握界面进行路灯状态检测或者对路灯进行输出掌握，使路灯根据既定程序实现开/关状态，并经由Zigbee 网络实时显示信息。