基于Zigbee技術(shù)的機(jī)場(chǎng)高桿燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉海燕（大連德睿泰克科技有限公司，遼寧 大連 116085）

1 引言

高桿燈在每個(gè)機(jī)場(chǎng)都有著廣泛的應(yīng)用，這些高桿燈大都由機(jī)場(chǎng)中不同的配電室手動(dòng)控制。這種人工分散控制成本高、效率低，控制質(zhì)量也難以保證。由于分布范圍廣，沿途路徑復(fù)雜，許多機(jī)場(chǎng)高桿燈升級(jí)改造面臨許多困難。因而我們提出了一種新型的高桿燈照明管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用Zigbee無線遠(yuǎn)程通訊技術(shù)，將高桿燈連接成一個(gè)可控的系統(tǒng)，具有本地、遙控等控制功能。工業(yè)級(jí)的硬件，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定；國(guó)際通用的無線2.4GHz的免費(fèi)頻段，系統(tǒng)保密性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)，不會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)其他的無線通訊產(chǎn)生任何干擾和數(shù)據(jù)誤傳。

2 Zigbee的定義與特點(diǎn)

Zigbee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。

作為一種無線通信技術(shù)，Zigbee具有如下特點(diǎn)：

(1) 低功耗: 由于Zigbee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低, Zigbee設(shè)備非常省電。

(2) 成本低： Zigbee模塊的初始成本很低，并且Zigbee協(xié)議免專利費(fèi)。

(3) 時(shí)延短: 通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms, 活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。

(4) 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò), 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。

(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。

(6) 安全：Zigbee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128的加密算法，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

3 基于Zigbee的機(jī)場(chǎng)高桿燈控制系統(tǒng)方案

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)、無線監(jiān)控單元和監(jiān)控中心無線發(fā)射單元構(gòu)成。

（1）監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)

監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，可靠性高。該計(jì)算機(jī)上運(yùn)行LightMon監(jiān)控軟件，用于對(duì)高桿燈的監(jiān)視和控制，LightMon可以對(duì)高桿燈進(jìn)行定時(shí)控制，手動(dòng)控制，成組控制，單個(gè)控制等。操作記錄存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，方便日后查詢。

（2）無線監(jiān)控單元

無線監(jiān)控單元主要完成對(duì)高桿燈的控制和狀態(tài)監(jiān)視，同時(shí)與監(jiān)控中心進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。

無線監(jiān)控單元可以安裝在高桿燈燈桿上，也可以獨(dú)立安裝在高桿燈旁邊的固定支架上，如果高桿燈旁邊有配電亭，還可以安裝在配電亭上。

（3）監(jiān)控中心無線發(fā)射單元

監(jiān)控中心無線發(fā)射單元與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)相連接，采用RS485或CAN總線，用于把監(jiān)控中心的命令下傳，或者是接收無線監(jiān)控單元的上傳數(shù)據(jù)。

3.2 信息傳輸與控制

采用2.4GHz的無線通訊設(shè)備，保證通訊的穩(wěn)定性和抗干擾能力，以及不干擾機(jī)場(chǎng)其他通訊設(shè)備。配電室架設(shè)一個(gè)無線分站，若有某些配電室的位置比較特殊，采取架設(shè)無線中繼站的方式保障通訊的可靠性。

（1）現(xiàn)場(chǎng)控制部分使用以太網(wǎng)智能I/O設(shè)備對(duì)高桿燈進(jìn)行邏輯控制。以太網(wǎng)智能I/O可以通過架設(shè)好的無線網(wǎng)絡(luò)與中控室進(jìn)行通訊，以達(dá)到中控室對(duì)高桿燈的遠(yuǎn)動(dòng)控制。

（2）以太網(wǎng)智能I/O有一定的邏輯判斷能力，可以在網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況下按照已經(jīng)設(shè)定好的時(shí)間對(duì)高桿燈進(jìn)行開啟/關(guān)閉。

（3）中控室架設(shè)一臺(tái)服務(wù)器，安裝相關(guān)監(jiān)控程序，操作人員通過直觀的人機(jī)界面對(duì)高桿燈進(jìn)行控制，按照用戶要求可以對(duì)高桿燈分組控制，并且可對(duì)高桿燈開啟關(guān)閉時(shí)間設(shè)置，也可對(duì)單一高桿燈進(jìn)行開啟關(guān)閉控制。若有需求，可以記錄高桿燈的開啟關(guān)閉時(shí)間，自動(dòng)生成報(bào)表，并且對(duì)高桿燈故障有相關(guān)報(bào)警顯示和記錄。

（4）所有以太網(wǎng)智能I/O與位于中控室的服務(wù)器定時(shí)進(jìn)行時(shí)間同步，保證所有高桿燈開啟關(guān)閉時(shí)間一致。

3.3 開發(fā)平臺(tái)

監(jiān)控機(jī)操作系統(tǒng)：Microsoft Windows XP , Service Pack 3。

界面開發(fā)：Microsoft Visual Studio 2008旗艦版中的 C＃開發(fā)。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫開發(fā)：Microsoft SQL Server 2008。

本地?cái)?shù)據(jù)庫開發(fā)：Microsoft Office 2007企業(yè)版。

其它程序：Microsoft Visual Studio 2010企業(yè)版中的 C＃開發(fā)。

3.4 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

（1）控制方式靈活

系統(tǒng)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制高桿燈，主要控制方式有定時(shí)控制、立即控制、單點(diǎn)控制、分組控制等。并可通過監(jiān)控中心隨時(shí)了解高桿燈的開關(guān)狀態(tài)，還可以通過檢測(cè)回路電流的方法，檢測(cè)是否有壞燈，達(dá)到了遙控、遙測(cè)、遙視的“三遙”功能。

（2）可靠性高、成本低廉、施工簡(jiǎn)單

系統(tǒng)全部采用進(jìn)口工業(yè)級(jí)電控元件，完全滿足室外使用要求。系統(tǒng)一次性投資，沒有任何延續(xù)費(fèi)用，成本低廉。安裝系統(tǒng)時(shí)，無需鋪設(shè)電纜，直接安裝設(shè)備，四季均可施工。

（3）系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)

系統(tǒng)對(duì)外預(yù)留了RS232、RS485、CAN等通信接口，同時(shí)還提供了4路繼電器干接點(diǎn)輸出，方便用戶把其他系統(tǒng)接入到高桿燈監(jiān)控系統(tǒng)中來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無限擴(kuò)展功能。

4 結(jié)語

Zigbee無線數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)采集穩(wěn)定、可靠、方便、實(shí)用，安裝費(fèi)用低廉，維護(hù)簡(jiǎn)單，無憂升級(jí)，不需要租用公網(wǎng)，也無須巨額運(yùn)行費(fèi)用。

基于Zigbee的高桿燈監(jiān)控系統(tǒng)提高開、關(guān)燈的可靠性和可檢查性，從而做到合理及時(shí)開、關(guān)燈，不但能節(jié)省電能，而且還可延長(zhǎng)高桿燈的使用壽命，方便管理，保證亮燈率，提高了維護(hù)、維修的針對(duì)性和工作效率。

[1] Zigbee Document 053474r06, Version 1.0：Zigbee Specification.

[2] 李善倉, 張克旺. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

[3] 瞿雷, 劉盛德,胡咸斌. Zigbee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2007.