基于Zigbee的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

蘇博妮，化希耀

（四川文理學(xué)院智能制造學(xué)院，四川達(dá)州635000）

基于Zigbee的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

蘇博妮，化希耀

（四川文理學(xué)院智能制造學(xué)院，四川達(dá)州635000）

針對(duì)目前城市路燈控制智能化程度不高和耗電量高等問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于Zigbee協(xié)議的節(jié)能路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以STM32為主控芯片，采用Zigbee自組網(wǎng)進(jìn)行通信，可通過人體傳感器實(shí)時(shí)感知當(dāng)前道路行人狀況并及時(shí)調(diào)整路燈亮度，以達(dá)到節(jié)能和智能控制的目的，同時(shí)基于Android系統(tǒng)開發(fā)了上位機(jī)控制程序。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案合理可行，可為今后改進(jìn)當(dāng)前路燈控制系統(tǒng)提供參考。

Zigbee；路燈控制系統(tǒng)；節(jié)能；安卓

ZigBee技術(shù)作為新興的近距離無線通信技術(shù)之一，它具有近距離、低成本、低功耗和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在照明系統(tǒng)中應(yīng)用[1-2]。為滿足路燈智能和節(jié)能的需求，本文采用Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)節(jié)能路燈控制系統(tǒng)[3-5]。系統(tǒng)中每個(gè)路燈為一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用ZigBee無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，ZigBee協(xié)調(diào)器處于系統(tǒng)中心和子網(wǎng)內(nèi)路燈控制器的中間，向上通過wifi同系統(tǒng)中心通信，向下則是通過ZigBee通訊協(xié)議方式，與各個(gè)路燈控制器通信。系統(tǒng)上位機(jī)程序基于Android系統(tǒng)開發(fā)可實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的智能控制。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的路燈控制系統(tǒng)硬件采用TI公司生產(chǎn)的CC2530芯片，軟件設(shè)計(jì)則采用Z-Stack協(xié)議[6-7]。系統(tǒng)可以通過手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)對(duì)燈節(jié)點(diǎn)的單控、組控、全控以及線性調(diào)光控制，并具有耗電小，成本低、無需布線和安裝方便簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

在手機(jī)APP和網(wǎng)關(guān)之間采用wifi通信協(xié)議，而在網(wǎng)關(guān)上的wifi模塊和Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間采用基于STM32開發(fā)板的串口通信。串口2接收手機(jī)APP端發(fā)送來的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生串口2中斷，數(shù)據(jù)通過STM32向串口1發(fā)送。協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)后通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

本系統(tǒng)可以檢測(cè)路上有無行人；遠(yuǎn)程控制對(duì)路燈節(jié)點(diǎn)的開、關(guān)和無極調(diào)光?？梢赃h(yuǎn)程設(shè)置各節(jié)點(diǎn)的控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的靈活控制。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路嵌入式網(wǎng)關(guān)選擇主芯片為STM32，Zigbee節(jié)點(diǎn)選擇CC2530芯片[8-10]。在Zigbee路燈節(jié)點(diǎn)中，供電電源為9V，ICL7660將9V模擬電壓轉(zhuǎn)換為-9V模擬電壓輸出，采用9 V和-9 V雙電源供電模式為L(zhǎng)M358供電；通過LM1117-5.0將9 V模擬電壓轉(zhuǎn)換為5 V模擬電壓輸出，為DAC芯片（TLC5615）供電；再利用LM1117-3.3芯片將5 V模擬電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V模擬電壓作為VCC，給CC2530芯片、JTAG下載器、LCD屏等其他外圍電路供電[11-13]。其中電源電路圖如圖2所示。

燈光控制電路圖如圖3所示，DIN作為串行數(shù)據(jù)輸入口，由CC2530的P2_0口控制。CS作為片選信號(hào)輸入端，SCLK作為串行時(shí)鐘輸入端，輸入基準(zhǔn)電壓REFIN=2.2 V。為了達(dá)到調(diào)光效果，輸入端DIN輸入串行數(shù)據(jù)在0-1023之間線性變化時(shí)，輸出模擬電壓在0～4.4 V之間線性變化。輸出的模擬電壓經(jīng)由LM358運(yùn)放之后放大到一定范圍，將作為L(zhǎng)ED調(diào)光電源的輸入信號(hào)，以控制調(diào)光電源對(duì)燈節(jié)點(diǎn)的調(diào)光[14]。

圖3 燈光控制電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)手機(jī)APP和STM32開發(fā)板硬件程序

本系統(tǒng)軟件部分包括基于Android系統(tǒng)的手機(jī)APP控制程序和各硬件電路程序。手機(jī)APP控制程序是整個(gè)系統(tǒng)的上位機(jī)部分，負(fù)責(zé)節(jié)能系統(tǒng)的控制。APP主要包括登錄界面、控制中心界面和路燈調(diào)度調(diào)節(jié)界面等模塊。APP與wifi模塊通信功能使用Socket技術(shù)編程實(shí)現(xiàn)。

wifi模塊通過串口2向發(fā)送一定格式的指令，如代開路燈指令為“amp;L D 1 S 1 1* ”，串口2接收到以ox0d，ox0a結(jié)尾的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生中斷，并將全局標(biāo)志位USART_RX_STA2的最高位置1。數(shù)據(jù)再由STM32直接轉(zhuǎn)發(fā)給串口1。中斷代碼部分程序如下：

3.2 Zigbee協(xié)調(diào)器、Zigbee子節(jié)點(diǎn)以及人體傳感程序部分

Zigbee子節(jié)點(diǎn)和Zigbee協(xié)調(diào)器之間的通信，首先要進(jìn)行自組網(wǎng)，Zigbee子節(jié)點(diǎn)自動(dòng)將自己的網(wǎng)絡(luò)短地址存放在RfTx.TXDATA.Saddr的高、低8位。向地址為0x0000的協(xié)調(diào)器發(fā)送。協(xié)調(diào)器收到信息后將子節(jié)點(diǎn)的地址儲(chǔ)存[15-16]。子節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)以后，首先判斷頭和尾，保證是一幀正確的數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)命令部分進(jìn)行判斷，是開關(guān)還是調(diào)光命令。并且保證手機(jī)發(fā)送的指令和人體傳感器接收到的信號(hào)不沖突，這里涉及了兩種模式，在執(zhí)行過程中只能選擇其中一種模式進(jìn)行操作。人體傳感器部分是人體傳感器接收有無行人信號(hào)，進(jìn)行調(diào)節(jié)燈光的部分，當(dāng)人體傳感器輸出引腳輸出高電平時(shí)表示有人，輸出低電平時(shí)表示沒有人。定時(shí)器每一秒鐘進(jìn)行一次檢測(cè)，檢測(cè)到有人即亮燈，無人則保持7%的低亮度。人體傳感程序部分代碼如下：

圖4 手機(jī)APP控制程序界面

4 結(jié) 論

本文研究和設(shè)計(jì)了基于Zigbee的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)，系統(tǒng)首先利用Android手機(jī)APP將控制信號(hào)通過wifi模塊發(fā)送給SMT32，再由Zigbee協(xié)調(diào)器發(fā)送給各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)還通過人體傳感器檢測(cè)路上的行人，以動(dòng)態(tài)控制路燈的亮度。節(jié)能和智能是未來城市路燈控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向，本文設(shè)計(jì)的路燈控制系統(tǒng)還應(yīng)在遠(yuǎn)程控制、接入3G網(wǎng)絡(luò)等方面進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

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Research and design of energy?saving streetlight control system based on Zigbee

SU Bo?ni，HUA Xi?yao
（School of Intelligent Manufacturing，Sichuan University of Artsamp;Science，Dazhou635000，China）

Aiming at the issues of low intelligence and high power consumption in urban streetlight，the paper designs a remote control system of energy saving street lamp based on Zigbee protocol.The system uses STM32 as the main control chip and communicates with Zigbee ad hoc network.It realizes the realtime perception of pedestrian condition and adjusts the brightness of street lights in real time to achieve the goal of energy saving and intelligent control.At the same time，we develop control program based on Android system.Experimental results show that the design of the system is reasonable and feasible，which can provide reference for improving the current street lamp control system in the future.

Zigbee；streetlight control system；energy?saving；Android

TN919

A

1674-6236（2017）22-0078-03

2016-10-17稿件編號(hào)：201610078

四川文理學(xué)院校級(jí)面上重點(diǎn)項(xiàng)目（2014Z006Z）

蘇博妮（1981—），女，陜西寶雞人，講師。研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程。