基于Zigbee的智能路燈控制系統(tǒng)的研究

何彩虹，秦 敏（河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000）

基于Zigbee的智能路燈控制系統(tǒng)的研究

何彩虹，秦 敏
（河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000）

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們的節(jié)能環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng)，作為重要電能消耗的城鎮(zhèn)道路照明系統(tǒng)，其環(huán)保節(jié)能的效果對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。所以目前運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，探尋環(huán)保節(jié)能效果更好的控制系統(tǒng)具有重要的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。本文根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，以zigbee技術(shù)為研究基礎(chǔ)，對(duì)智能路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)分析，構(gòu)建高效實(shí)用的路燈管理監(jiān)控系統(tǒng)，確保路燈照明系統(tǒng)低耗能、高效率地安全運(yùn)行。

Zigbee；智能路燈；控制系統(tǒng)；研究分析

1　引言

近年來，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，城鎮(zhèn)照明系統(tǒng)得到空前發(fā)展。然而受人力、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面的影響，針對(duì)路燈照明的管理控制以及維修養(yǎng)護(hù)等方面存在很多不足之處。在科技高速發(fā)展的背景下，在路燈系統(tǒng)的設(shè)備配置、環(huán)境監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)實(shí)施先進(jìn)的技術(shù)手段，使系統(tǒng)功能大大增強(qiáng)，建設(shè)成本有效降低，進(jìn)而提高路燈系統(tǒng)的智能性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。目前zigbee通訊技術(shù)在路燈的控制方面應(yīng)用較廣，使路燈施工安裝更加便捷，使用更加安全可靠，所以致力于探索基于zigbee智能路燈控制系統(tǒng)的構(gòu)建的具有較高的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

2　Zigbee技術(shù)定義

從學(xué)術(shù)意義上來講，zigbee技術(shù)就是一種無線局域網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、傳輸數(shù)據(jù)速率低、成本低、適合近距離傳輸?shù)男滦蜔o線傳輸技術(shù)。該技術(shù)是以IEEE802.15.4為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的鏈路層、物理層和MAC層，以及zigbee協(xié)定的網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和加密業(yè)務(wù)等。Zigbee擁有教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)寬帶，較小延時(shí)性和較低的功耗，工作所需電源通常依靠干蓄電池供給。此外該項(xiàng)技術(shù)可結(jié)合傳感器，應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，有較高的通信效率和安全性。

3　智能路燈系統(tǒng)的主要功能

智能路燈應(yīng)當(dāng)能夠進(jìn)行“單燈單控”式操作，可以監(jiān)控每盞燈的功率、電流、電壓等數(shù)據(jù)；根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)可以控制不同的照明模式的系統(tǒng)軟件；可跟隨季節(jié)變化以及日出日落的不同時(shí)間，對(duì)路燈的開關(guān)時(shí)間能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且能夠自行完成電源的通斷；實(shí)施有效控制策略，完成夜間別個(gè)時(shí)段路燈自動(dòng)斷開；在回路中，用無線傳輸或者有線網(wǎng)絡(luò)的方式來實(shí)現(xiàn)采集器與終端至今啊的信息傳輸；系統(tǒng)中的每個(gè)回路部分應(yīng)當(dāng)具備數(shù)據(jù)計(jì)量能力，利用無線網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)對(duì)電表數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳，同時(shí)將用電量傳到監(jiān)管平臺(tái)，并且能夠自動(dòng)形成報(bào)表，與監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行有效對(duì)接。

4　系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

在智能路燈控制系統(tǒng)中，主要運(yùn)用到的技術(shù)有zigbee、FreeRTOS以及多普勒微波雷達(dá)的應(yīng)用等。系統(tǒng)通過zigbee技術(shù)完成各路燈的信息傳輸，而使用FreeRTOS系統(tǒng)處理各節(jié)點(diǎn)的信息，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)實(shí)施有效控制，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)則通過多普勒雷達(dá)的微波技術(shù)及多普勒效應(yīng)來檢測(cè)人流車輛。

4.1zigbee技術(shù)應(yīng)用

zigbee技術(shù)具有低耗能、短距離無線傳輸?shù)男阅埽粌H能夠自動(dòng)組織，簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳輸速率較低，網(wǎng)絡(luò)容量大 ，可按需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，而且成本不高，安全可靠，適合各種設(shè)備的嵌入，zigbee的技術(shù)特點(diǎn)非常滿足遠(yuǎn)程及自動(dòng)控制領(lǐng)域的需求。

4.2FreeRTOS系統(tǒng)應(yīng)用

FreeRTOS技術(shù)作為一種嵌入領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的操作系統(tǒng)，在智能路燈控制系統(tǒng)中有利于提高CPU資源的高效合理利用，促使設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件的程序簡(jiǎn)化、降低開發(fā)系統(tǒng)時(shí)耗，使系統(tǒng)的可靠性以及時(shí)效性得到提高。該操作系統(tǒng)源碼公開，并且可以裁減、移植、調(diào)度策略較多等，可以進(jìn)行任務(wù)、時(shí)間、內(nèi)存以及消息隊(duì)列、信號(hào)數(shù)量等方面的管理，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄。

4.3多普勒微波雷達(dá)的應(yīng)用

微波屬于直線傳播，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，并且頻帶較寬，主要用在目標(biāo)的探測(cè)、無線通訊等領(lǐng)域，其中專門應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)的是1-25cm波長(zhǎng)的微波，其余則適合于傳輸電訊方面。由于氣流、塵埃、溫度對(duì)微波雷達(dá)的傳感系統(tǒng)產(chǎn)生的影響較小。zigbee智能路燈系統(tǒng)可運(yùn)用多普勒效應(yīng)的雷達(dá)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)物體的定位和速度距離的測(cè)量，繼而自行控制路燈的啟閉狀態(tài)或者調(diào)節(jié)路燈亮度，起到很好的節(jié)能效果。

5　zigbee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式

Zigbee技術(shù)在系統(tǒng)應(yīng)用中多為自組網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫褪骄哂泻艽蟮碾S意性，完全能夠確保智能路燈控制系統(tǒng)的安全可靠、高智能低成本等性能的實(shí)現(xiàn)。Zigbee智能路燈控制系統(tǒng)多采用可使網(wǎng)絡(luò)可靠性能提高的樹狀型結(jié)構(gòu) ，通過路由功能進(jìn)行傳輸，系統(tǒng)主要組成內(nèi)容為協(xié)調(diào)器一個(gè)、控制器若干、路燈終端若干。充分利用zigbee技術(shù)特點(diǎn)，在傳統(tǒng)路燈控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同時(shí)間、不同路段采用不同控制檢測(cè)方法對(duì)協(xié)調(diào)器進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的及時(shí)控制，準(zhǔn)確掌控路燈的運(yùn)行狀況，并能確定損壞路燈的情況以及準(zhǔn)確位置，便于對(duì)路燈隱患及故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)路燈的使用節(jié)能化、管理智能化。

6　基于Zigbee的智能路燈控制系統(tǒng) 構(gòu)建

構(gòu)建基于Zigbee的智能路燈控制系統(tǒng)需要完整的設(shè)計(jì)方案，多個(gè)節(jié)點(diǎn)與一個(gè)主控節(jié)點(diǎn)相互連接組合，成為系統(tǒng)的主要組成內(nèi)容，其中主控節(jié)點(diǎn)的主要功能是實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)于主控節(jié)點(diǎn)之間信息的相互傳送。

7　結(jié)束語

種種跡象表明，Zigbee智能路燈控制系統(tǒng)很好解決了路燈的低能耗問題，使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益大幅提升。該系統(tǒng)不僅安全可靠，而且還使線路結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程智能化，為路燈照明的發(fā)展指明了新方向。我們不難相信，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下，前景廣闊的新型路燈控制系統(tǒng)將會(huì)大大推進(jìn)人們生活的舒適化、智能化進(jìn)程。

［1］蔣肖肖.路燈照明智能控制系統(tǒng)［D］.鄭州大學(xué)，2014.

［2］張燁君，李剛健，鄧為東.基于無線通訊的智能路燈控制系統(tǒng)［J］.電子科技，2013，26（28102）：100-102.

［3］鄭潔，秦會(huì)斌.基于ZigBee的路燈控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2012（2306）：127-131.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.132

何彩虹（1980-），女，遼寧遼陽人，研究生，工程師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用。