采用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)LED智能路燈照明控制系統(tǒng)

閆永生++崔麗

摘 要：近年來，LED材料及封裝技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，LED照明技術(shù)獲得了大家廣泛的認(rèn)可，LED照明燈具大量應(yīng)用于家庭日常照明以及路橋、隧道等社會(huì)公共區(qū)域照明。該文著重探討將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于LED路燈照明控制方面，開發(fā)設(shè)計(jì)LED智能照明控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智能照明，節(jié)能照明的目的。

關(guān)鍵詞：ZigBee 智能 照明系統(tǒng) 節(jié)點(diǎn)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0037-01

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，LED路燈已經(jīng)越來越受到大家的認(rèn)可，伴隨使用數(shù)量的大量增多，凸顯出控制的重要性。傳統(tǒng)的路燈照明控制裝置采用的是有線連接，存在布線工作量大、施工成本高、且智能化程度低等不足。采用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)的LED路燈智能照明控制系統(tǒng)，通過對照明時(shí)間進(jìn)行科學(xué)高效的控制，不僅可以節(jié)省用電，還可以延長LED路燈的壽命；系統(tǒng)采用無線控制，還具有節(jié)省電線電纜，減少施工工作量，方便日常維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

1 ZigBee技術(shù)簡介

ZigBee技術(shù)是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用IEEE 802.15.4協(xié)議，工作于全球通用免費(fèi)的ISM頻段，適用于短距離、低成本、低數(shù)據(jù)速率、低功耗的簡易無線網(wǎng)絡(luò)控制。

ZigBee技術(shù)具有如下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

低功耗：idle模式下的工作電流為4 mA，休眠狀態(tài)下zigbee待機(jī)電流為1～50 uA，兩節(jié)5號干電池可支持一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月甚至更長。

低成本：ZigBee工作于ISM頻段，不收取任何費(fèi)用；系統(tǒng)終端內(nèi)嵌協(xié)議棧，協(xié)議簡單，代碼量比較少；因此，這種技術(shù)具有相對較低的成本費(fèi)用。

容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納65000個(gè)設(shè)備。

低速：ZigBee工作于250 kB/s的通信速率下，可滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的需求。

安全性高：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法，保證了應(yīng)用安全性。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及簡介

ZigBee燈具節(jié)點(diǎn)以CC2530為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)及驅(qū)動(dòng)控制LED燈具的亮度狀態(tài)。燈具節(jié)點(diǎn)組成MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。另外，還可以接收傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)并且上傳到上級控制。

（2）ZigBee中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)信息，組織建立網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)和管理網(wǎng)絡(luò)，居于無線網(wǎng)絡(luò)的核心地位。中心節(jié)點(diǎn)可以控制燈具節(jié)點(diǎn)，主控制器也可以通過中心節(jié)點(diǎn)控制燈具節(jié)點(diǎn)。

（3）主控制器的核心是具有操作系統(tǒng)和工作軟件的PC機(jī)，通過GPRS和中心節(jié)點(diǎn)相連，在系統(tǒng)中具有最高權(quán)限。用戶可以通過主控制器下傳運(yùn)行模式參數(shù)到中心節(jié)點(diǎn)，然后再到燈具節(jié)點(diǎn)；還可以通過中心節(jié)點(diǎn)檢測各燈具節(jié)點(diǎn)傳感器返回的狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行燈具狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，節(jié)能評估等。

3 控制系統(tǒng)解決方案

控制系統(tǒng)采用主控制器、中心節(jié)點(diǎn)、燈具節(jié)點(diǎn)三級控制體系，且權(quán)限由高到低。需要強(qiáng)調(diào)的是，主控制器如果故障失效或者沒開啟，系統(tǒng)可在中心節(jié)點(diǎn)指揮下工作；如果中心節(jié)點(diǎn)故障失效或沒開啟，燈具節(jié)點(diǎn)就按照默認(rèn)的工作模式工作，這樣可以大大提高系統(tǒng)的安全性。

ZigBee燈具節(jié)點(diǎn)控制點(diǎn)亮LED燈具。燈具節(jié)點(diǎn)內(nèi)有時(shí)鐘，出廠前已存儲默認(rèn)的工作模式，和設(shè)定的亮度曲線。沒加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以自主工作：根據(jù)時(shí)間自動(dòng)開啟、關(guān)閉燈具，還可以根據(jù)當(dāng)前的時(shí)鐘自動(dòng)調(diào)整燈具到某一需要的亮度等級，比如剛開機(jī)半小時(shí)內(nèi)，燈具亮度只需50%；高峰期過后，燈具亮度也降低等。當(dāng)有ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)并可以加入時(shí)，燈具節(jié)點(diǎn)就受控于中心節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，燈具節(jié)點(diǎn)還可以把傳感器采集的環(huán)境亮度參數(shù)、燈具的工作電流等狀態(tài)參數(shù)上傳到中心節(jié)點(diǎn)以及主控制器，上級控制單元可以根據(jù)反饋的傳感器數(shù)據(jù)修正燈具的控制亮度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制和可能的故障定位。

4 結(jié)語

ZigBee因其低價(jià)、簡單、安全、易用等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于LED路燈的智能照明控制方面，可以達(dá)到節(jié)能，方便維護(hù)，智能控制等目的，借助這一控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)燈具產(chǎn)品的增值，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，社會(huì)價(jià)值。技術(shù)的發(fā)展不會(huì)止步，人們對新技術(shù)的渴望永無止境，這就需要我們努力學(xué)習(xí)，積極探索，為智能控制技術(shù)，為國家的強(qiáng)盛而努力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李文仲，段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[2] 瞿雷，劉盛德，胡咸斌，編著.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.

[3] 李鑫.基于ZigBee的無線智能照明系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué).

[4] 周登龍，陳碩.基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能照明系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（17）.

[5] 魯進(jìn)，郭利進(jìn).基于ZigBee的LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2013（9）.endprint

摘 要：近年來，LED材料及封裝技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，LED照明技術(shù)獲得了大家廣泛的認(rèn)可，LED照明燈具大量應(yīng)用于家庭日常照明以及路橋、隧道等社會(huì)公共區(qū)域照明。該文著重探討將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于LED路燈照明控制方面，開發(fā)設(shè)計(jì)LED智能照明控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智能照明，節(jié)能照明的目的。

關(guān)鍵詞：ZigBee 智能 照明系統(tǒng) 節(jié)點(diǎn)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0037-01

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，LED路燈已經(jīng)越來越受到大家的認(rèn)可，伴隨使用數(shù)量的大量增多，凸顯出控制的重要性。傳統(tǒng)的路燈照明控制裝置采用的是有線連接，存在布線工作量大、施工成本高、且智能化程度低等不足。采用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)的LED路燈智能照明控制系統(tǒng)，通過對照明時(shí)間進(jìn)行科學(xué)高效的控制，不僅可以節(jié)省用電，還可以延長LED路燈的壽命；系統(tǒng)采用無線控制，還具有節(jié)省電線電纜，減少施工工作量，方便日常維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

1 ZigBee技術(shù)簡介

ZigBee技術(shù)是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用IEEE 802.15.4協(xié)議，工作于全球通用免費(fèi)的ISM頻段，適用于短距離、低成本、低數(shù)據(jù)速率、低功耗的簡易無線網(wǎng)絡(luò)控制。

ZigBee技術(shù)具有如下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

低功耗：idle模式下的工作電流為4 mA，休眠狀態(tài)下zigbee待機(jī)電流為1～50 uA，兩節(jié)5號干電池可支持一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月甚至更長。

低成本：ZigBee工作于ISM頻段，不收取任何費(fèi)用；系統(tǒng)終端內(nèi)嵌協(xié)議棧，協(xié)議簡單，代碼量比較少；因此，這種技術(shù)具有相對較低的成本費(fèi)用。

容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納65000個(gè)設(shè)備。

低速：ZigBee工作于250 kB/s的通信速率下，可滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的需求。

安全性高：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法，保證了應(yīng)用安全性。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及簡介

ZigBee燈具節(jié)點(diǎn)以CC2530為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)及驅(qū)動(dòng)控制LED燈具的亮度狀態(tài)。燈具節(jié)點(diǎn)組成MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。另外，還可以接收傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)并且上傳到上級控制。

（2）ZigBee中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)信息，組織建立網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)和管理網(wǎng)絡(luò)，居于無線網(wǎng)絡(luò)的核心地位。中心節(jié)點(diǎn)可以控制燈具節(jié)點(diǎn)，主控制器也可以通過中心節(jié)點(diǎn)控制燈具節(jié)點(diǎn)。

（3）主控制器的核心是具有操作系統(tǒng)和工作軟件的PC機(jī)，通過GPRS和中心節(jié)點(diǎn)相連，在系統(tǒng)中具有最高權(quán)限。用戶可以通過主控制器下傳運(yùn)行模式參數(shù)到中心節(jié)點(diǎn)，然后再到燈具節(jié)點(diǎn)；還可以通過中心節(jié)點(diǎn)檢測各燈具節(jié)點(diǎn)傳感器返回的狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行燈具狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，節(jié)能評估等。

3 控制系統(tǒng)解決方案

控制系統(tǒng)采用主控制器、中心節(jié)點(diǎn)、燈具節(jié)點(diǎn)三級控制體系，且權(quán)限由高到低。需要強(qiáng)調(diào)的是，主控制器如果故障失效或者沒開啟，系統(tǒng)可在中心節(jié)點(diǎn)指揮下工作；如果中心節(jié)點(diǎn)故障失效或沒開啟，燈具節(jié)點(diǎn)就按照默認(rèn)的工作模式工作，這樣可以大大提高系統(tǒng)的安全性。

ZigBee燈具節(jié)點(diǎn)控制點(diǎn)亮LED燈具。燈具節(jié)點(diǎn)內(nèi)有時(shí)鐘，出廠前已存儲默認(rèn)的工作模式，和設(shè)定的亮度曲線。沒加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以自主工作：根據(jù)時(shí)間自動(dòng)開啟、關(guān)閉燈具，還可以根據(jù)當(dāng)前的時(shí)鐘自動(dòng)調(diào)整燈具到某一需要的亮度等級，比如剛開機(jī)半小時(shí)內(nèi)，燈具亮度只需50%；高峰期過后，燈具亮度也降低等。當(dāng)有ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)并可以加入時(shí)，燈具節(jié)點(diǎn)就受控于中心節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，燈具節(jié)點(diǎn)還可以把傳感器采集的環(huán)境亮度參數(shù)、燈具的工作電流等狀態(tài)參數(shù)上傳到中心節(jié)點(diǎn)以及主控制器，上級控制單元可以根據(jù)反饋的傳感器數(shù)據(jù)修正燈具的控制亮度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制和可能的故障定位。

4 結(jié)語

ZigBee因其低價(jià)、簡單、安全、易用等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于LED路燈的智能照明控制方面，可以達(dá)到節(jié)能，方便維護(hù)，智能控制等目的，借助這一控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)燈具產(chǎn)品的增值，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，社會(huì)價(jià)值。技術(shù)的發(fā)展不會(huì)止步，人們對新技術(shù)的渴望永無止境，這就需要我們努力學(xué)習(xí)，積極探索，為智能控制技術(shù)，為國家的強(qiáng)盛而努力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李文仲，段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[2] 瞿雷，劉盛德，胡咸斌，編著.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.

[3] 李鑫.基于ZigBee的無線智能照明系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué).

[4] 周登龍，陳碩.基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能照明系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（17）.

[5] 魯進(jìn)，郭利進(jìn).基于ZigBee的LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2013（9）.endprint

摘 要：近年來，LED材料及封裝技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，LED照明技術(shù)獲得了大家廣泛的認(rèn)可，LED照明燈具大量應(yīng)用于家庭日常照明以及路橋、隧道等社會(huì)公共區(qū)域照明。該文著重探討將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于LED路燈照明控制方面，開發(fā)設(shè)計(jì)LED智能照明控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智能照明，節(jié)能照明的目的。

關(guān)鍵詞：ZigBee 智能 照明系統(tǒng) 節(jié)點(diǎn)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0037-01

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，LED路燈已經(jīng)越來越受到大家的認(rèn)可，伴隨使用數(shù)量的大量增多，凸顯出控制的重要性。傳統(tǒng)的路燈照明控制裝置采用的是有線連接，存在布線工作量大、施工成本高、且智能化程度低等不足。采用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)的LED路燈智能照明控制系統(tǒng)，通過對照明時(shí)間進(jìn)行科學(xué)高效的控制，不僅可以節(jié)省用電，還可以延長LED路燈的壽命；系統(tǒng)采用無線控制，還具有節(jié)省電線電纜，減少施工工作量，方便日常維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

1 ZigBee技術(shù)簡介

ZigBee技術(shù)是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用IEEE 802.15.4協(xié)議，工作于全球通用免費(fèi)的ISM頻段，適用于短距離、低成本、低數(shù)據(jù)速率、低功耗的簡易無線網(wǎng)絡(luò)控制。

ZigBee技術(shù)具有如下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

低功耗：idle模式下的工作電流為4 mA，休眠狀態(tài)下zigbee待機(jī)電流為1～50 uA，兩節(jié)5號干電池可支持一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月甚至更長。

低成本：ZigBee工作于ISM頻段，不收取任何費(fèi)用；系統(tǒng)終端內(nèi)嵌協(xié)議棧，協(xié)議簡單，代碼量比較少；因此，這種技術(shù)具有相對較低的成本費(fèi)用。

容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納65000個(gè)設(shè)備。

低速：ZigBee工作于250 kB/s的通信速率下，可滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的需求。

安全性高：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法，保證了應(yīng)用安全性。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及簡介

ZigBee燈具節(jié)點(diǎn)以CC2530為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)及驅(qū)動(dòng)控制LED燈具的亮度狀態(tài)。燈具節(jié)點(diǎn)組成MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。另外，還可以接收傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)并且上傳到上級控制。

（2）ZigBee中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)信息，組織建立網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)和管理網(wǎng)絡(luò)，居于無線網(wǎng)絡(luò)的核心地位。中心節(jié)點(diǎn)可以控制燈具節(jié)點(diǎn)，主控制器也可以通過中心節(jié)點(diǎn)控制燈具節(jié)點(diǎn)。

（3）主控制器的核心是具有操作系統(tǒng)和工作軟件的PC機(jī)，通過GPRS和中心節(jié)點(diǎn)相連，在系統(tǒng)中具有最高權(quán)限。用戶可以通過主控制器下傳運(yùn)行模式參數(shù)到中心節(jié)點(diǎn)，然后再到燈具節(jié)點(diǎn)；還可以通過中心節(jié)點(diǎn)檢測各燈具節(jié)點(diǎn)傳感器返回的狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行燈具狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，節(jié)能評估等。

3 控制系統(tǒng)解決方案

控制系統(tǒng)采用主控制器、中心節(jié)點(diǎn)、燈具節(jié)點(diǎn)三級控制體系，且權(quán)限由高到低。需要強(qiáng)調(diào)的是，主控制器如果故障失效或者沒開啟，系統(tǒng)可在中心節(jié)點(diǎn)指揮下工作；如果中心節(jié)點(diǎn)故障失效或沒開啟，燈具節(jié)點(diǎn)就按照默認(rèn)的工作模式工作，這樣可以大大提高系統(tǒng)的安全性。

ZigBee燈具節(jié)點(diǎn)控制點(diǎn)亮LED燈具。燈具節(jié)點(diǎn)內(nèi)有時(shí)鐘，出廠前已存儲默認(rèn)的工作模式，和設(shè)定的亮度曲線。沒加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以自主工作：根據(jù)時(shí)間自動(dòng)開啟、關(guān)閉燈具，還可以根據(jù)當(dāng)前的時(shí)鐘自動(dòng)調(diào)整燈具到某一需要的亮度等級，比如剛開機(jī)半小時(shí)內(nèi)，燈具亮度只需50%；高峰期過后，燈具亮度也降低等。當(dāng)有ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)并可以加入時(shí)，燈具節(jié)點(diǎn)就受控于中心節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，燈具節(jié)點(diǎn)還可以把傳感器采集的環(huán)境亮度參數(shù)、燈具的工作電流等狀態(tài)參數(shù)上傳到中心節(jié)點(diǎn)以及主控制器，上級控制單元可以根據(jù)反饋的傳感器數(shù)據(jù)修正燈具的控制亮度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制和可能的故障定位。

4 結(jié)語

ZigBee因其低價(jià)、簡單、安全、易用等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于LED路燈的智能照明控制方面，可以達(dá)到節(jié)能，方便維護(hù)，智能控制等目的，借助這一控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)燈具產(chǎn)品的增值，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，社會(huì)價(jià)值。技術(shù)的發(fā)展不會(huì)止步，人們對新技術(shù)的渴望永無止境，這就需要我們努力學(xué)習(xí)，積極探索，為智能控制技術(shù)，為國家的強(qiáng)盛而努力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李文仲，段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[2] 瞿雷，劉盛德，胡咸斌，編著.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.

[3] 李鑫.基于ZigBee的無線智能照明系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué).

[4] 周登龍，陳碩.基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能照明系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（17）.

[5] 魯進(jìn)，郭利進(jìn).基于ZigBee的LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2013（9）.endprint