基于zigBee網(wǎng)絡(luò)的路燈節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)能路燈的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用基于ZigBee技術(shù)的組網(wǎng)方案，進(jìn)行系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，以及Mesh網(wǎng)絡(luò)的研究。設(shè)計(jì)了監(jiān)控系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)以及編寫了ZigBee協(xié)議棧的軟件。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室對(duì)路燈的模擬實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了Mesh網(wǎng)絡(luò)以及Ad Hoc路由算法，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，滿足了節(jié)能路燈的通訊要求。
關(guān)鍵詞：ZigBee；路燈節(jié)能；CC2430；Mesh

O 引言
路燈系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，是與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的市政公共設(shè)施。同時(shí)綠色照明是當(dāng)今照明界的必然趨勢(shì)，隨著城市化進(jìn)程的加快和城市規(guī)模和數(shù)量的擴(kuò)大，照明消耗，照明電費(fèi)日益高漲，加劇了我國(guó)日趨緊張的能源供應(yīng)。因此建立路燈節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了路燈的集中控制、檢測(cè)與管理。結(jié)合相應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)確保按時(shí)、按需點(diǎn)亮每盞路燈，并能有效的節(jié)省路燈的用電，延長(zhǎng)燈泡的壽命，降低維護(hù)的成本，是現(xiàn)代能效型社會(huì)的目標(biāo)。
當(dāng)前路燈節(jié)能系統(tǒng)組網(wǎng)的方案中有基于電力線載波通訊的組網(wǎng)方式，GSM短消息控制。ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控行業(yè)，并取得了較好的效果。提出了基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通訊系統(tǒng)。在降低成本的同時(shí)能夠克服電力線載波通訊中不能換相的問(wèn)題，另外使用Mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊保障了無(wú)線通訊的可靠性。

1 系統(tǒng)方案以及ZigBee技術(shù)
在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分為FFD(全功能設(shè)備)和RFD(簡(jiǎn)化功能設(shè)備)兩種。FFD可以作為協(xié)調(diào)器和路由器使用，可以和FFD設(shè)備和RFD設(shè)備之間進(jìn)行通訊；主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建和維護(hù)以及路由。RFD設(shè)備一般為終端節(jié)點(diǎn)，互相之間不能通訊，完成信息的發(fā)送和接收。
ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持星型網(wǎng)、集群樹(shù)狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種拓?fù)?。網(wǎng)狀網(wǎng)是一種高可靠性的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，與集群樹(shù)狀網(wǎng)不同的是，具有路由功能的節(jié)點(diǎn)之間可以進(jìn)行通訊，從而網(wǎng)狀網(wǎng)通過(guò)自組織和無(wú)線線路的功能可以提供多個(gè)數(shù)據(jù)通路。當(dāng)最優(yōu)路徑出現(xiàn)故障時(shí)，冗余的其他通路提供相應(yīng)的路徑。因此網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縮短了信息傳輸?shù)难舆t并提高了通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
路燈節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)是由三層網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示。

其中監(jiān)控層主要有PC機(jī)完成系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控畫面，以及控制指令的交互設(shè)計(jì)。中間層由每個(gè)子網(wǎng)的協(xié)調(diào)器組成，通過(guò)GPRS通訊技術(shù)將子網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息傳送到系統(tǒng)上位機(jī)。最后子網(wǎng)內(nèi)采用ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)路燈之間的通訊。將每個(gè)街道劃分為一個(gè)子區(qū)域，將街頭的路燈設(shè)置為協(xié)調(diào)器，其他的路燈節(jié)點(diǎn)設(shè)置為路由節(jié)點(diǎn)，最后通過(guò)ZigBee協(xié)議棧中的網(wǎng)絡(luò)層來(lái)實(shí)現(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。從而保證將每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的信息及時(shí)地發(fā)送到相應(yīng)的協(xié)調(diào)器。