基于Zigbee的路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳高標(biāo)

為了研究Zigbee技術(shù)對路燈的控制及其系統(tǒng)構(gòu)架使用情況。通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。探究其系統(tǒng)功能缺陷與下部發(fā)展情況。為我國節(jié)能減排及其智能化照明指明方向。

【關(guān)鍵詞】Zigbee技術(shù) 路燈 控制 系統(tǒng)

當(dāng)前隨著高科技智能控制技術(shù)的進(jìn)步，不僅在公共路燈功能性的基礎(chǔ)上要求越來越高，更要求安全、節(jié)能、夜景美化等功能；例如上海市博園安裝的無線景觀路燈照明，是美觀與功能性的雙重詮釋。本文基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在智能化控制框架下選用 Zigbee 技術(shù)實(shí)現(xiàn)路燈智能節(jié)電功能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要設(shè)備構(gòu)件有：路燈、燈桿、路燈控制器、集中器、配電箱、集成控制柜及其它需要擴(kuò)展的設(shè)備等，系統(tǒng)整體架構(gòu)由應(yīng)用層、服務(wù)層、匯聚層和節(jié)點(diǎn)層構(gòu)成，如（圖1）所示。其中：主控室設(shè)置終端服務(wù)器，通過接線盒分配至監(jiān)控客戶端，完成系統(tǒng)配置方便用戶操作。并通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集存儲和傳輸便于數(shù)據(jù)共享與調(diào)用。集中器是系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)和Zigbee子網(wǎng)的簇頭，上行數(shù)據(jù)采用GPRS/3G移動通訊網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行通訊，下行數(shù)據(jù)采用Zigbee無線通訊與路燈控制器進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)采集、指令分發(fā)和路燈輪詢工作；外線路燈由路燈控制器進(jìn)行控制，從集中器獲取指令，執(zhí)行開關(guān)燈或調(diào)光動作，并獲取路燈運(yùn)行數(shù)據(jù)，如工作電流、電壓、功率、溫度等參數(shù)，上傳至集中器。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)需要經(jīng)過先期的可行性論證。待數(shù)據(jù)抓取成功、通訊檢測合格、信號命令傳輸正常后方可通電測試。通電前系統(tǒng)會進(jìn)行自動初始化自檢，確保各模塊斷路器正常，通訊暢通。若準(zhǔn)備就緒則可進(jìn)行算法決策性命令的輸出，實(shí)地查看路燈開關(guān)狀態(tài)是否受系統(tǒng)軟件控制，并測試Zigbee網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。選取各測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對，網(wǎng)絡(luò)各端口Zigbee模塊監(jiān)控界面功能齊全，運(yùn)用可靠。

2.1 采集、檢測遠(yuǎn)傳信號實(shí)現(xiàn)程序化處理

路燈自動化開關(guān)的實(shí)現(xiàn)需要現(xiàn)場感知探頭的決策，在此方面選有具備充分靈敏性的光敏電阻來感知環(huán)境光線變化最終通過電信號轉(zhuǎn)換發(fā)送至ADC模塊，在此通過信號轉(zhuǎn)換，數(shù)字化平滑處理后最終聯(lián)入Zigbee網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)行程序化算法決策然后發(fā)送出數(shù)字濾波后的電信號至終端路燈進(jìn)行調(diào)整。

2.2 通信程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通信程序包括各路燈間的節(jié)點(diǎn)通信與路燈節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間遠(yuǎn)傳通信兩部分。

2.2.1 路燈節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)通信

路燈節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)通信，主要功能有2點(diǎn)，

（1）確保夜間照明區(qū)內(nèi)在無行人與車輛情況下路燈處于微亮節(jié)電狀態(tài)；

（2）檢測探頭在監(jiān)控到有行人與車輛經(jīng)過時(shí)第一時(shí)間觸發(fā)路燈節(jié)點(diǎn)開啟路燈并轉(zhuǎn)為全亮，隨即預(yù)測車輛軌跡，觸發(fā)下一盞路燈為全亮，確保行人或車輛的出行安全。

2.2.2 監(jiān)控軟件功能設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件應(yīng)具備高標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)錯容與穩(wěn)定性。其主要功能為監(jiān)控路燈當(dāng)前工作狀態(tài)與健康信息，確保區(qū)域內(nèi)照明工作正常，嚴(yán)防偷電漏電，蓄意破壞等危險(xiǎn)行為。而在數(shù)據(jù)采集上監(jiān)控軟件應(yīng)具備不同線路的用電量與損耗量，確保供電配給平衡，監(jiān)控到電力數(shù)據(jù)異常時(shí)可以及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。晚間或者惡劣天氣情況下應(yīng)對路燈的瞬時(shí)光通量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同照相需求的路段路燈亮燈率與光通量動態(tài)調(diào)整，在確保交通安全與人們出行便捷的情況下最大限度節(jié)約電力，減小路燈損耗。在故障維修與調(diào)試階段可通過串口配置界面設(shè)置相應(yīng)的串口配置參數(shù)，通過Zigbee的配置程序可讀取Zigbee模塊的網(wǎng)絡(luò)ID號、波特率、網(wǎng)絡(luò)地址、MAC地址，可以方便的設(shè)置Zigbee模塊的網(wǎng)絡(luò)ID號、波特率，通過路燈調(diào)試界面可以讀取該街道路燈的環(huán)境光強(qiáng)、路燈光強(qiáng)、功耗、是否故障等信息。

3 系統(tǒng)功能

通過自控程序與感知儀表的配合性使用，路燈控制系統(tǒng)具備如下功能：

（1）全面監(jiān)測區(qū)域路燈總線運(yùn)行情況，進(jìn)行線路單位的一鍵式啟停；

（2）根據(jù)環(huán)境光照強(qiáng)度與時(shí)間進(jìn)行手動/自動的切換設(shè)定；

（3）具備單燈監(jiān)測功能，綜合監(jiān)測能耗，光照強(qiáng)度等參數(shù)。并且可以隨時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控；

（4）具備行人及其車輛流量監(jiān)控功能，能根據(jù)車流量進(jìn)行亮點(diǎn)微調(diào)與定時(shí)開關(guān)功能。例如天剛剛亮?xí)r路燈監(jiān)測到自然光，并且逐漸減小其功率并逐漸調(diào)整變暗，待自然光亮度足夠時(shí)自行關(guān)閉；

（5）具備電纜及其單燈的故障監(jiān)測功能，能及時(shí)判斷故障類型，并進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警，指示操作人員進(jìn)行正確定位。

4 結(jié)語

智能化和網(wǎng)絡(luò)化控制路燈是未來路燈控制的發(fā)展方向和必然趨勢。隨著技術(shù)的進(jìn)步和城市發(fā)展的需求，無線傳感節(jié)點(diǎn)集成度與普及率會越來越高，價(jià)格會越來越低，路燈控制系統(tǒng)的功能會越來越全，路燈的自動化管理和無線通信技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用也必然會越來越廣泛。

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作者單位

臺州學(xué)院 浙江省臺州市 317000