基于ZigBee的LED节能街灯控制系统

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基于Zigbee的LED路灯远程无线控制系统

基于Zigbee的LED路灯远程控制系统介绍

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内容
基于Zigbee的LED路灯远程无线控制系统

系统应用图
系统优点系统三维图系统产品构成
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宽压输入隔离稳压
基于Zigbee的LED路灯远程无线控制系统
• 系统产品构成——路灯控制器
键盘
TFT 液晶
ZICM2410
主要功能： 1、GPRS无线网关 2、LCD液晶显示和键盘 3、Zigbee通信控制 4、远程在线升级
M24系列核心板
GPRS
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基于Zigbee的LED路灯远程无线控制系统
• 系统三维图
ZIGbee网络
ZIGbee网络
路灯控制器
GPRS网络
GPRS网络
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基于Zigbee的LED路灯远程无线控制系统
• 系统产品构成
系统
路灯内部控制器
基于Zigbee的LED路灯远程无线控制系统
• 应用图——CS架构
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基于Zigbee的LED路灯远程无线控制系统
• 应用图——BS架构
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基于Zigbee的LED路灯远程无线控制系统
• 系统优点
灵活控制，在任何可以上网的地方，只要有浏览器便可以对路灯进行监控。或者，在PC上运行的专用管理软件通过Internet广域网或局域网完成对路灯的管理。既能对LED灯具实现远程开、关和调光控制，又能远程采集各种灯具工作时的电量、温度等数据，维持灯具的正常运行，在减少人工维护成本的同时，极大地方便了灯具的管理。无须布线，节省成本和避免线路故障。

基于ZigBee的物联网智能LED路灯控制系统设计

摘要设计了一种基于ＺｉｇＢｅｅ的物联网智能ＬＥＤ路灯控制系统。路灯节点采用ＡＶＲ单片机作为核心处理芯片，通过
还通过ＺｉｇＢｅｅ无线通信网络对ＬＥＤ路灯终端进行实时监控和管理。多个ＬＥＤ路灯节电通过无线网络互相连接、交换信息。ＬＥＤ路灯接收控制中心指令，启动外围各种传感器采集环境信息，ＡＶＲ控制器根据不同的信息做出相应的处理，
个ＺｉｇＢｅｅ网络还可以与现有的其他的各种网络连接，因此在控制领域应用Ｅｔ趋广泛。本系统ＺｉｇＢｅｅ网络采用ＴＩ公司的无线ＳｏＣ集成芯片
ＣＣ２５３０以及ＴＩ２００７版ＺｉｇＢｅｅ协议栈，包含ＺｉｇＢｅｅ协调器
ｔｅｃｔｓｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｓｉｇｎａｌｂｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｉｃｒｓｅｎｓｏｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｓＬＥＤ
６５０００个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的ＣＤＭＡ网或ＧＳＭ网，每一个ＺｉｇＢｅｅ
基于ＺｉｇＢｅｅ的物联网智能ＬＥＤ路灯控制系统设计
唐燕妮
（河源职业技术学院
中图分类号：ＴＰ２７３．５文献标识码：Ａ

广东・河源
文章编号：１６７２ — ７８９４（２０１５）０４ — ０２１７ — ０３

基于Zigbee的智能灯光控制系统设计

本科生毕业设计（论文）题目：基于Zigbee的智能灯光控制系统设计姓名：冯祥勋学号：11S010900926学院：电气工程与自动化学院专业：电气工程与自动化（自动化方向）年级：2009级指导教师：（签名）2013 年 05 月 20 日摘要在现代社会，自动化与智能程度不断提高的今天，家居智能管理必然是人们今后的唯一选择。

本文主要研究对象为家庭的照明，在通过比较传统照明方式，研究目前较应用的照明控制中发现家庭照明中往往存在一些致命的问题，如照明控制方式落后，甚至很大程度都还是采用机械开关，安全系数低，舒适性差，布线复杂等。

由于这些控制方式上的不足，极大的造成能源的浪费，甚至在控制的误区里出现室内无人，却灯火通明的现象。

针对这些不足，需要对控制做一个进一步的研究与开发。

本文较全面的研究了传统照明、现代照明的特点，通过比较得出优缺点，提出一种基于Zigbee的无线智能控制方案，即采用两块Zigbee功能板，一块导入光敏传感器和热释红外传感器，用作信号发射，另一块接入继电器模块，接收信号并控制灯光亮灭。

在这种控制方式下，只有室内有人，且光线不足时才点亮所需灯光，而在室内无人，光线不足的情况下，灯不亮，采用这样的控制方式能很好解决误开断和能源浪费的问题。

论文中详细介绍了整个控制系统的功能和控制策略，软件程序设计包括LED灯初始化、光敏传感器初始化、PIR传感器初始化、协议栈初始化，串口通讯等。

最后，在模拟实际环境下，测试可行性与性能。

实验证明，采用Zigbee无线控制能有很好的控制效果，并且可以显著提高节能效果，改善“无人灯亮”的问题。

关键词：Zigbee，光敏传感器，热释红外传感器，节能AbstractWith the improvement of the automation and intelligence in the modern society, home intelligent management inevitably becomes the only option for people in the future. By comparing the traditional lighting, this paper discovers some fatal problems on the control of home lighting, such as backward way of lighting control, namely, mechanical switch, which has low coefficient of safety, poor comfortablity and complex wiring. These shortages result in great waste of energy as well as nobody appears but brightly lighted in mistaken area. In order to make up these deficiencies, it needs to make a further research on the control system.This paper has made a comprehensive study on the characteristics of traditional lighting and modern lighting by comparing the advantages and disadvantages and has put forward a wireless intelligent control scheme based on Zigbee, which use two pieces of Zigbee function board: one worked as a signal emission, conducting the photosensitive sensor and pyroelectric infrared sensor; the other connected to the relay module receives the signal and controls the lights. Under this kind of control mode, only when the interior has people with insufficient light will the light lights. Otherwise it won’t. T his control method can well solve the problem of open circuit by mistake and energy waste. This paper details the function of control system, control strategy and software design including the LED lights initialization, light sensor initialization, PIR sensor initialization, protocol stack initialization and serial communication, etc..Finally, this paper tests the feasibility and performance in a simulated environment. The result shows that Zigbee wireless control not only has a good control effect, but also significantly improve the effect of energy saving and improve the problem of lighting up while there is nobody.目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 基于Zigbee灯光控制系统研究的背景 (1)1.2 现有灯光控制方案 (2)1.2.1 传统灯光控制 (2)1.2.2 声控有线自动控制 (2)1.2.3 光强无线灯光控制 (2)1.3 方案比较 (2)1.3.1 传统灯光控制方式 (2)1.3.2 声控有线自动控制 (3)1.3.3 光强无线灯光控制 (3)1.4 本文设计方案 (3)1.4.1 Zigbee无线智能控制 (3)1.4.2 Zigbee控制方案优势 (3)1.4.3 Zigbee控制研究意义 (4)第2章Zigbee简介 (5)2.1 Zigbee介绍 (5)2.2 CC2530 (5)2.3 基于CC2530实验板 (6)2.4 光敏传感器 (8)2.5 热释电红外线传感器 (9)第3章Zigbee无线智能灯光控制 (11)3.1 Zigbee无线控制结构 (11)3.2 设计说明 (11)3.3 系统软件的实现 (13)3.3.1 开发环境介绍 (13)3.3.2 系统初始化 (14)第4章硬件仿真结果分析 (19)4.1 硬件仿真调试内容 (19)4.2 调试结果分析 (19)4.2.1 模拟环境中，光照不足，但是有人的情景 (19)4.2.2 模拟环境中，光照不足且无人员 (20)4.2.3 模拟环境中光照充足，但没有人员 (21)4.2.4 模拟环境中光照充足，且有人员经过 (21)4.3 创新点及应用 (21)4.3.1 创新点： (21)4.3.2 应用： (21)4.4 存在的不足 (22)第5章总结 (22)5.1 工作内容 (22)5.2 展望 (23)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论1.1基于Zigbee灯光控制系统研究的背景随着电子技术的高速进步，社会经济的不断发展，人们的生活质量也不断的提高，生活节奏的不断加快。

基于ZigBee无线网络的LED街灯控制系统说明书

Design of LED streetlight control system based on the Zigbee wirelessnetworkXiaguang Dong 1,a , Wang Bin 2,b1Institute of Electrical and Information Engineering, Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China2Institute of Electrical and Information Engineering, Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,Chinaa Email:****************,b Email:****************Keywords: ZigBee technology; CC2530; GPRS; street light control systemAbstract. With the development of our economy and the improvement of urbanization level ，lighting system has increased largely and significantly. So energy saving lamp is significant to some extent. This paper has designed a kind of street light control system based on ZigBee wireless network. Using this control system, the state information of every street light are sent to the network gateway, which collects the information transmitted to the monitor system centre by GPRS network, the monitor system can control and inspect every street light.IntroductionIn recent years, wireless communication technology is developing rapidly and meanwhile is widely used in monitoring and control field. To support the sutainable development of economy, saving energy and improving the utilization rate of street lamps has become an urgent problem needed to be solved. Combining with all kinds of sensors and power controllers, ZigBee technology, with its own characteristics of both-way communication, low cost, low power consumption and large capacity of the net, has saved resource. And the technology provides a more reasonable solution for the street light automatic control field. This paper mainly illustrates the software and the hardware design of related part of the ZigBee street light control system.An introduction to ZigBee technologyZigBee is a wireless network technology based on IEEE802.15.4 standard. Generally, with the character of short distance, low complexity, low power consumption, low data rate and low cost, ZigBee is commonly used in electric devices which are short distance and low requirements for transmission rate to achieve coordination among communications in a number of sensors. In the network layer, star network and network topology can be used. Nodes can be divided into Coordinator, Router and FFD according to its function. Besides what mentioned above, ZigBee also has the advantages of high reliability and large network capacity.Zigbee street control system can be divided into three parts: the monitoring centre, gateway and subnet ZigBee. The system realizes remote monitoring through the ZigBee network and GPRS network connectivity. The system frame is shown in figure 1.InternetGPRSGPRSgateway1Gateway nLamp 1Lamp n Lamp 1Lamp nZigBee subnet 1ZigBee subnet nCoordinator 1Coordinator nFig.1. The control system of zigbee street lightInternational Industrial Informatics and Computer Engineering Conference (IIICEC 2015)ZigBee nodes have been installed on LED lights according to the communication protocol network after all the ZigBee coordinators have finished network construction. The message on LED nodes will be transmitted to the coordinator, then to the GPRS network, and then to monitoring by Internet. On the one hand, the monitoring centre can send the control or monitoring instruction to ZigBee subnet for control and detection of every street lamp. On the other hand, the fault information of nodes and subnet in ZigBee network will be send to the monitor contre. That will form a two-way communication link.Hardware design of systemZigBee module adopts CC2530 on-ship system as the core of control circuit, with 256KB FLASH and the current loss less than 25mA and 34mA in receiving and transmitting mode. VCC is provided 5V voltage by external regulated power to ensure that all the nodes work stably for a long time.Based on the characteristics of the street lamp system, the network connected by a tree network, so that extension nodes and the Ad hoc network are more flexible. As the network coordinator, ZigBee module connecting to the PC serial port RS232 plays the role of a organization, network management and orders. When some nodes join the network, ZigBee module will distribute of address to a new node, therefore it cannot be in the state of power down and low power. ZigBee module, connected with street lamps, plays a role of Router, can send and receive data, undertake the task of communicating with the PC and the adjacent nodes.Street lamp node consists of street lamp controller, power supply module and ZigBee module , finishes processing the one-site data and the control command, complete the task of LED lamp switch and dimming.Fig.2. Street lamp node diagram8 bit A VR microprocessor which is high performance and low consumption is chosen as core component. This SCM combines a variety of devices and functions in one, greatly reduces the usage of peripheral devices and the complexity of the circuit.Signal detection part is made up of photosensitive resistance circuit and pyroelectric infrared sensor circuit. Photosensitive resistance, named 5537, is used to detect ambient light to control the brightness of the light.The monitoring centre, composed of PC and ZigBee module, provides system information, has the man-made interface display and can monitor the whole system in real time.PC can collect information of street lights，condition such as environment light intensity, electricity, light, etc, by wireless communication network. Besides, it can send control commands to the street lamp node. According to the commands received, street lamp node will manipulate LED. Software design of systemA gateway is realized by the main control chip LPC1227 which controls ZigBee module and GPRS module and mainly solve the problem of communication. The realization form of GPRS wireless communication module is receiving and sending SMS, connecting GPRS network, etc. The establishment of ZigBee wireless network, data collection and control of other functions are implemented by transmitting a serial port instruction.The process of establishing network ZigBee network is the process of ZigBee module initialization. ZigBee module is the coordinator on the gateway. After establishment network successfully, coordinator is in the state of waiting for node access. When the same channel androuting or terminal of PANID apply for the network, the coordinator will agree the application and save the information from node at the same time. When received the order, the coordinator will transmit the order to ZigBee network.ZigBee module，s is to communicate with the gateway node. Depending on the role, ZigBee module of street lamp node is divided into terminal and routing module during the process of communication. If it is terminal module, this street light node will communicate with the gateway node directly. Else this street light node will transmit other terminal or routing data.According to the actual operation situation of street lamp, if there are fewer vehicles and pedestrians on the road, turn off part of the lamps. Else, make all the street lights in the state of on. So the state of light can be controlled according to different periods of time. Firstly, one day is divided into daytime(7:00-19:00), night(19:00-01:00) and before dawn(01:00-07:00). Secondly, all the street lights are divided into odd number street lamp working mode, even number street lamp working mode and all number street lamp working mode according to the node number. Finally, LED street light is controlled to ensure road safety and energy saving effect according to the different time periods and different path segments. The operation mode of the street lamp is shown in table 1.Table 1Periods of time Working modeDaytime Night Dawn Close all street lamps Open all street lamps Open odd number lampsParameters of time and working mode above is send to all the nodes of ZigBee network by the gateway. And then nodes constantly query the RTC clock and compare the parameters to switch the work mode. This way can be easily changed according to the practical application environment. TheFig.3. Energy saving control flow chartConclusionThe system can control area street lights by the ZigBee wireless communication technology and have strong practicability. Manage easily, basically solve the maintenance problem and promote the rapid development of the theory of low carbon economy to some extent. Urban lighting will be development direction in a period time of future.References[1]Wang Hao. Discussion on how to make solar LED lighting develop with urban construction harmoniously[J]. China Illuminating Engineering Journal, 2012, 23(2), 33-35.[2]FARAHANI S.ZigBee wireless network and transceivers [M]. Newnes, 2008.[3]Zhaobing Chu. CITY LIGHTING WIRELESS CONTROL SYSTEM BASED ON CPRS[D].Shanghai：Shanghai Jiaotong University，2009.[4]Yang Xiaoquan. Range Extender ZigBee Gateway Based on LPC1227 [J]. Microcontroller and embedded system applications，2011(11), 33—66.[5]Gao Shouwei, Wu Canyang. ZigBee Technology Practice Guide[M]. Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2008.。

采用ZigBee技术设计LED智能路灯照明控制系统

创新技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald37随着经济发展及城市化进程的快速推进，LED路灯已经越来越受到大家的认可，伴随使用数量的大量增多，凸显出控制的重要性。

传统的路灯照明控制装置采用的是有线连接，存在布线工作量大、施工成本高、且智能化程度低等不足。

采用ZigBee技术设计开发的LED路灯智能照明控制系统，通过对照明时间进行科学高效的控制，不仅可以节省用电，还可以延长LED路灯的寿命；系统采用无线控制，还具有节省电线电缆，减少施工工作量，方便日常维护等优点。

1 ZigBee技术简介Zi gBe e 技术是一种新兴的无线网络技术，采用IEEE 802.15.4协议，工作于全球通用免费的ISM频段，适用于短距离、低成本、低数据速率、低功耗的简易无线网络控制。

ZigBee技术具有如下几个主要特点：低功耗：i d l e 模式下的工作电流为4 m A，休眠状态下z i g b e e 待机电流为1～50 uA，两节5号干电池可支持一个节点工作6～24个月甚至更长。

低成本：ZigBee工作于ISM频段，不收取任何费用；系统终端内嵌协议栈，协议简单，代码量比较少；因此，这种技术具有相对较低的成本费用。

容量大：网络可容纳65000个设备。

低速：ZigBee工作于250 kB/s的通信速率下，可满足低速率传输数据的需求。

安全性高：Zi gBe e 提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用A E S -128加密算法，保证了应用安全性。

2 系统架构及简介控制系统由Z i gB e e 灯具节点、z i gb e e 中心节点、主控制器三级构成(见图1)。

（1）ZigBee灯具节点(见图2)。

Z i g B e e 灯具节点以CC2530为核心进行设计，主要负责数据的中继转发及驱动控制L E D 灯具的亮度状态。

灯具节点组成M E SH网状网络结构，可以保证数据传输的可靠性。

基于Zigbee技术的LED灯光控制器的设计及应用

基于Zigbee技术的LED灯光控制器的设计及应用本设计主要是将Zigbee 无线技术应用在LED 照明工程中，解决了白炽灯耗电严重，使用寿命短的问题，同时解决照明工程中布线复杂、高功耗、资源浪费大、受距离限制、维护困难的问题。

基于Zigbee 技术具有短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度等优点，设计出基于Zigbee 技术的智能家居LED 灯光无线控制系统。

主要利用Zigbee 无线自组网技术，实现了对LED 灯的开关和亮度调节的无线控制，并且功能细致可以分为单个灯光控制和局域灯光控制。

目前我国大力推行用LED 灯取代白炽灯的政策，而且将在五年内实施完成，这一政策解决了照明耗电严重，使用寿命短的问题，此外，工程布线繁琐安装复杂，不易移动控制，能量消耗大、施工周期长、后期维护困难等这些问题仍然需要解决，Zigbee 技术的广泛应用给目前的问题提供了一种解决方式，并且对于家庭生活和办公楼宇而言达到了方便快捷的目的，对于综合管理人员达到高效安全目的。

文中提出了一种Zigbee 无线自组网技术与LED 节能灯相结合的设计方案，实现对LED 灯的亮度进行连续调节和远程控制的功能，详细的介绍了软硬件设计系统。

1 Zigbee 无线技术Zigbee 技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间无线通信技术，是一组基于IEEE 批准通过的802.15.4 无线标准研制开发的，这就确定了可以再不同制造商之间共享的应用纲要。

Zigbee 兼容的产品工作在2.4 GHz 这个全球通用的免费开放频段，这个频段提供了16 个传输信道，每次通信都会自主选择一个最干净干扰最小的信道进行数据传输。

在网络层方面，可以采用星形和网状拓扑，根据节点的不同功能，可分为中央协调。

基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明控制系统的研究

展望未来，基于ZigBee无线传感网络的智能家居系统将朝着更加智能化、多元化和个性化的方向发展。我们可以期待在未来智能家居系统中实现更多创新性的功能和应用。例如，通过植入人体芯片或利用生物识别技术，智能家居可以实现对主人的行为和偏好进行自动识别和适应；通过与其他智能设备的互联互通，实现信息共享和协同工作等。
基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明控制系统的研究
基本内容
基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明控制系统研究
随着科技的进步和人们生活水平的提高，智能化的生活方式逐渐融入到了日常生活的方方面面。其中，照明控制系统的智能化成为了近年来研究的热点。本次演示将着重探讨基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明控制系统的设计和实现过程，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
在基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明控制系统中，我们首先需要构建一个ZigBee无线传感网络。该网络由多个ZigBee节点组成，每个节点包含一块 ZigBee芯片和一个LED灯珠。这些节点通过ZigBee协议进行无线通信，实现信息的交互和灯光的智能控制。此外，该系统还需配备一个ZigBee协调器，用于管理整个网络，确保信息的可靠传输。
在硬件设计方面，我们需要选择合适的ZigBee芯片和LED灯珠，并设计相应的电路板将它们连接在一起。同时，为了方便系统的调试和升级，还应留出一些扩展接口。在软件设计方面，我们需要编写程序实现ZigBee节点的通信和LED 灯珠的控制。具体来说，每个节点需要具备信息接收、处理和发送的能力，并能根据接收到的信息控制LED灯珠的亮灭或亮度。
然而，目前基于ZigBee无线传感网络的智能家居系统还存在一些问题和挑战。例如，如何提高系统的稳定性和可靠性；如何确保数据的安全性和隐私保护；如何降低系统的成本和提高普及率等。这些问题需要我们在未来的研究和实践中不断加以解决和优化。

基于ZigBee网络的路灯节能控制系统

2009年5月第16卷第3期控制工程C o n t r o l E n g i n e e r i n g o f C h i n a M a y 2009V o l .16,N o .3文章编号:1671-7848(2009)03-0324-03 收稿日期:2008-05-03;　收修定稿日期:2008-07-14基金项目:国家自然科学基金资助项目(U 0735003)作者简介:林方键(1982-),男,福建连江人,研究生,主要研究方向为无线控制网络等;胥布工(1956-),男,教授,博士生导师。

基于Z i g B e e 网络的路灯节能控制系统林方键,胥布工(华南理工大学自动化科学与工程学院,广东广州　510640)摘要:介绍Z i g B e e 无线控制网络特点,讨论Z i g B e e 技术在路灯节能控制系统的应用开发方法,提出由G R P S 网络和Z i g B e e 无线控制网络相结合的系统方案。

研究Z i g B e e 无线网络节点路灯控制器的硬件设计、软件设计,采用的网络拓扑、控制策略、应用配置文件,并在C h i p c o n 公司的C C 2430平台上进行测试。

在实际工程中成功地应用了所提出的应用方案,实现了路灯节能控制系统的智能化、信息化、高可靠性、低成本的目标,取得了明显的节能控制成效。

关　键　词:Z i g B e e 技术;路灯控制器节点;应用配置文件;节能控制中图分类号:T P 27 文献标识码:AS t r e e t L i g h t E n e r g y -S a v i n g C o n t r o l S y s t e mB a s e d o n Z i g B e e N e t w o r kL I NF a n g -j i a n ,X UB u -g o n g(C o l l e g e o f A u t o m a t i c S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,S o u t hC h i n a U n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ,G u a n g z h o u 510640,C h i n a )A b s t r a c t :T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f Z i gB e e w i r e l e s s c o n t r o l n e t w o r ka n dt h e a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t m e t h o do f Z i g B e et e c h n o l o g y f o r t h ee n e r g y -s a v i n g s t r e e t l i g h t c o n t r o l s y s t e m i s d i s c u s s e d .T h es y s t e m p r o g r a m m e c o n s i s t i n g of G P R Sn e t w o r ka n dZ ig B e ew i r e l e s s c o n t r o l n e t w o r ki s p r o p o s e d .Th e d e si g n o f Z i g B e e w i r e l e s s n e t w o r kn o d e o f l i g h t c o n t r o l t e r m i n a l i s g i v e ni n c l u d i n g h a r d w a r e d e s i g n ,s o f t w a r e d e s i g n ,a p p l i c a t i o np r o f i l e ,n e t w o r kt o p o l o g y ,a n dc o n t r o l s t r a t e g y .T h e s y s t e mp r o g r a m m e i s t e s t e do n t h e p l a t f o r mo f C h i p c o n C C 2430.T h e p r o p o s e ds y s t e mi s s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o a c t u a l p r oj e c t .T h e s t r e e t l i g h t e n e r g y -s a v i n g c o n t r o l s y s t e m h a s c h a r a c t e r i s t i c s o f i n t e l l e c -t u a l i z a t i o n ,i n f o r m a t i o n i z a t i o n ,h i g hr e l i a b i l i t y ,l o wc o s t ,e t c .T h e o b v i o u s e n e r g ys a v i n g c o n t r o l r e s u l t i s o b t a i n e d .K e yw o r d s :Z i g B e et e c h n o l o g y ;s t r e e t l i g h t c o n t r o l t e r m i n a l ;a p p l i c a t i o np r o f i l e ;e n e r g y -s a v i n g c o n t r o l1　引　言随着我国城市化水平的不断提高,城市的路灯照明系统的不断扩大,节约电能、提高路灯系统管理水平,已经是急需解决的课题。

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第32卷　第4期2009年12月东华理工大学学报(自然科学版)JOURNAL OF E AST CH I N A I N STI T UTE OF TECHNOLOGYVol 132　No 14Dec .2009收稿日期:2009202220基金项目:江西省研究生创新专项资金(Y CD8B031)作者简介:王海涛(1982—),男,硕士研究生,主要从事嵌入式应用研究。

doi:10.3969/j .issn .167423504.2009.04.017基于Zig Bee 的LE D 节能街灯控制系统王海涛,　朱兆优(东华理工大学信息与电子工程学院,江西抚州　344000)摘　要:介绍了一种基于Zig Bee 的LED 节能街灯控制系统,利用Zig Bee 无线技术将街灯组合成无线网络,然后通过网络协调器对路灯进行控制,这样可以灵活、方便地实现对各个街灯或各组街灯的关闭、开启和亮度的智能控制,系统能自动报告各个灯的好坏与运行状况,维护简单方便。

系统网络包括协调器、路由器和精简功能节点,还有一个基于PC 机服务器的后台控制软件和数据库系统。

同时采用最新技术的LE D 灯具有亮度高、低功耗的特点,能极大地节约电能。

关键词:Zig Bee;LED 灯;街灯控制;PC 机服务器中图分类号:TP271 文献标识码:B 文章编号:167423504(2009)042394203 随着我国城市化水平的不断提高,城市照明系统不断扩大,如何节约能源,提高路灯系统管理水平,是急需解决的课题。

目前各大城市的街道路灯控制系统都普遍存在能源利用率不高的问题。

特别是子夜过后,街道上的车辆与行人较为稀少,路灯没有必要全部打开,可以适当关闭部分路灯,以前采用的人工控制方法,这种方法既浪费人力、操作繁琐且每天早晚路灯开闭时间不准,人为因素影响太大。

后来有些城镇设置光电控制电路,利用控制光敏电阻器件的变化,控制路灯在晚上天黑之后自动点亮,早上天亮之后自动关闭。

这种方法存在可靠性较低,易受干扰,后半夜路灯照明太亮浪费电能,不能对街灯实行有效的节能控制。

采用Zig 2Bee 无线网络进行路灯控制的技术正在悄然兴起(Ada m s,2004;杨祥等,2009)。

Zig Bee 一词来源于蜜蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式。

蜜蜂通过跳ZigZag 形状的舞蹈来传递新发现的食物源位置、距离与方向等信息。

Zig Bee 是一组基于I EEE 802.15.4无线标准研制开发的、有关组网、安全和应用软件方面的技术,I EEE 802.15.4仅处理MAC 层和物理层协议,Zig Bee 联盟对其网络层协议和AP I 进行了标准化。

Zig Bee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率(10～250k B /S )、低成本、低复杂度的无线网络技术。

其网络容量大,可容纳65,000个设备。

提供了数据完整性检查和鉴权功能,采用AES 2128加密算法。

使用频段为2.4GHz,868MHz (欧洲)和915MHz (美国),均为免执照(免费)的频段(李文仲等,2007)。

Zig Bee 的网络拓补结构有网状拓补和树状拓补格式,网络中主要包含三种类型的设备,包括网络协调器、全功能设备(FF D )、精简功能设备(RF D )。

其示意图如图1所示。

只有网络协调者才能形成网络与其它的FF D 或是精简功能装置(RF D )连接。

FF D 具备路由器的功能,可提供信息双向传输。

RF D 只能传送信息给FF D 或从FF D 接收信息(金纯,2008)。

图1　Zig Bee 网络示意图F i g.1　The Zi gB ee ne t w o rk ske tch m ap1　系统组成基于Zig Bee 的LED 节能街灯控制系统由以下三部分组成,系统工作示意图如图2所示。

(1)安装在路灯灯杆上的微处理器控制系统(包括路由节点和叶节点);(2)控制中心的服务器监控系统(包括协调器和PC 机);(3)实现路灯灯杆上的微处理器控制系统和控制中心联系的Zig Bee 无线网络。

图2　系统工作示意图F i g.2　The system ske tch m ap安装在路灯灯杆上的微处理器控制系统,是一个由光照强度传感器、路灯调光控制器(LED 灯由P WM 方式进行控制)、通讯控制系统、直流电源系统等组成的实时控制系统,在Zig Bee 网络中可以是路由器(FF D )或精简功能节点(RF D )。

该系统采用多路树状网络拓补结构,系统里只有一个网络协调器(FF D ),也就是控制中心的监控系统、若干个FF D 路由节点和若干个RF D 节点。

路由节点可以安装在道路旁边,连接成串状作为无线节点的中继控制器,以达到远程控制的目的。

同时它也可以作为一个用户节点用来控制LE D 灯。

而RF D 用户节点仅能接收信号并根据所接收信号控制自己的LED 灯,没有中继或路由功能(Robert et al .,2005)。

2　软件设计系统软件设计主要包括PC 机服务器后台软件设计、协调器软件设计、路由器软件设计和叶节点软件设计等四大部分。

PC 机服务器采用VB 编写程序,通过串口与协调器进行通讯,从而来控制整个系统,它需要有良好的人机界面。

工作时PC 机服务器先向协调器发送读写(某个节点)控制命令,然后由协调器来操控整个网络。

协调器再把从Zigbee 网络中得到的数据信息返回给PC 机服务器。

这就需要PC 机拥有一个数据库来存储系统的参数和工作运行数据。

协调器上电初始化后,首先主动建立一个网络,然后等待路由节点和叶节点的加入。

如果发现有节点申请加入网络,则给该节点分配网络号。

同时协调器还要监控PC 机服务器从串口发来的命令数据,根据相应的命令来控制某个节点,比如设置节点灯光控制信息、设置节点时段控制信息、读取节点灯光控制信息、读取节点时段控制信息等。

如果是要某个节点读取相关信息,还要把读到的数据信息通过串口发送到PC 机。

协调器软件工作流程如图3所示。

图3　协调器主程序流程F i g.3　The coo rd i na t o r fl o w cha rt路由器上电初始化需要首先申请加入协调器建立的网络,如果不能成功加入,需要不停重复申请加入网络,不然该节点就不能受系统网络所控制。

成功加入网络后,路由节点就工作于监控状态。

一是监控是否有其他路由节点或叶节点申请加入网络,如果有则同样需给该节点分配网络地址。

二是判断是否有从协调器发来的命令,如果是设置命令则需根据命令参数设置该节点;如果是读状态命令则需根据命令发送相应的节点工作状态593第4期王海涛等:基于Zig Bee 的LED 节能街灯控制系统给协调器。

三是根据亮度控制预设值,不停采集环境亮度信息与之进行比较。

通过比较结果判读是应该打开路灯还是应该关闭路灯,是应该增加控制LED 灯的P WM 占空比还是减少控制LE D 灯的P WM 占空比。

路由器的程序流程如图4所示。

叶节点的程序流程类似于路由节点的流程,但叶节点是终端节点,不支持其他节点的加入。

流程如图5所示。

图4　路由器程序流程F i g.4　The r o u te r fl o w chart图5　叶节点程序流程F i g.5　The end devi ce fl o w cha rt3　结论(1)将Zig Bee 无线技术应用于街灯的管理上,解决了街灯系统能源利用率低的问题;(2)利用大功率LED 研制开发出新型LED 灯,为人们提供了新的照明方式;(3)LE D 灯具有低功耗的优点(一个10W 的LED 灯相当与一个60W 的日光灯的照度),使系统具有运行成本低、可靠性高、体积小等优势,能极大地节省能源,在路灯无线监控系统中将有非常广阔的应用空间;(4)通过与其它各种新型传感器、功率控制器结合,可以实现远程路灯智能控制,达到大面积、大范围节约电力和能源的目的。

参考文献金纯.2008.Zig Bee 技术基础及案例分析[M ].北京:国防工业出版社:1602169.李文仲,段朝玉.2007.Zig Bee 无线网络技术入门与实战[M ].北京:北京航空航天大学出版社:24239.杨祥,赵荣阳,张远翼.2009.基于Zig Bee 的智能家庭系统控制终端设计[J ].微计算机信息,1-3:1262128.Ada m s J.2004.Designing with 802.15.4and Zig Bee .www .zigbee .org .Robert B,Reese .2005.A Zigbee 2subset/I EEE 802.15.4Multi 2p lat 2for m Pr ot ocol Stack[J ]:227Econo m i cal Street LE D Lamp Control Syste m Based on Zi gBeeWANG Hai 2tao,　Z HU Zhao 2you(Faculty of I nfor mati on and Electr onic Engineering,East China I nstitute of Technol ogy,Fuzhou,JX 344000,China )Abstract:The main app licati on of the econom ical street LE D la mp contr ol syste m which based on Zig Bee Net w ork is intr oduced .This syste m can best contr ol streetLED la mp s,such as open,cl ose and adjust light of la mp s .It al 2s o can monit or the operati on conditi ons of all of the la mp s,and the syste m is maintained conveniently .This sys 2te m includes coordinat or,r outers,RF D s,a manage s oft w are and database syste m which are based on PC server .And the ne w LED has the excellence of high brightness and l ow power,s o it can save much energy .Key W ords:Zig Bee;LE D la mp;street la mp contr ol;PC server693东华理工大学学报(自然科学版) 2009年。