應用在LED路燈控制的ZigBee智能控制系統(tǒng)設計方案

路燈是居民的日常生活中不可缺少的照明工具，隨著經(jīng)濟和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人們對于路燈的系統(tǒng)做出了改進與優(yōu)化。傳統(tǒng)的路燈照明系統(tǒng)一般是有線連接，其系統(tǒng)建設的花費較高，線路錯雜不清，不易擴展移動，且智能化程度不高。為了改進傳統(tǒng)路燈的諸多不便，人們將新技術與路燈系統(tǒng)結合起來，采用無線代替有線的控制方式，讓路燈更智能、方便。ZigBee 技術是一種新型的無線通信技術，主要應用于短距離內(nèi)的信息傳輸，其優(yōu)點較多，將這種技術與路燈照明系統(tǒng)結合是一種有利的創(chuàng)新。除此之外，為了響應現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的需要，我們從節(jié)能減排的角度考慮，采用LED路燈進行照明。這種基于 ZigBee 的路燈智能控制系統(tǒng)具備了穩(wěn)定安全、方便高效的優(yōu)勢。

　　1、ZigBee 組網(wǎng)技術

　　ZigBee 技術的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?strong>功耗較低、技術成本低、結構簡單但容量大是它的優(yōu)點。其網(wǎng)絡的拓補結構分為網(wǎng)狀拓補和樹狀拓補兩種，常用的為樹狀拓補結構。整個網(wǎng)絡主要包含了三種類型的設備，分為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器、全功能設備 (FFD) 與精簡功能設備 (RFD)。

　　2、路燈控制系統(tǒng)組成

　　路燈的智能控制系統(tǒng)組成部分有以下三點：

　　(1) 微處理器控制系統(tǒng)。它由路由節(jié)點與葉節(jié)點組成，主要的結構組成包括路燈調(diào)光控制器、直流電源系統(tǒng)、通訊控制系統(tǒng)與光照強度傳感器；

　　(2) 控制中心的服務器監(jiān)控系統(tǒng)。由協(xié)調(diào)器和 PC 機組成；

　　(3) 智能操控系統(tǒng)。是用來實現(xiàn)操控整個系統(tǒng)運行的 ZigBee 無線網(wǎng)絡。

　　微處理器的控制系統(tǒng)結構一般為多路樹狀網(wǎng)絡拓補結構，控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)、若干個路由節(jié)點與若干個 RFD 節(jié)點構成了整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器。在各個部分中，路由節(jié)點的安放是以串狀的連接方式被裝在道路旁邊，之后，路由器就被作為一個中繼控制器對路燈進行遠程控制。同時，它也有作為獨立用戶節(jié)點來控制 LED 燈的功能。而 RFD 用戶節(jié)點沒有路由節(jié)點的功能，不能作為中繼器使用，它只能接收信號，并根據(jù)所接收信號控制自己的LED 燈。

　　3、系統(tǒng)軟件設計

　　系統(tǒng)軟件的設計主要包括四大部分，分別是 PC 機服務器后臺軟件設計、協(xié)調(diào)器軟件設計、路由器軟件設計和葉節(jié)點軟件設計。

　　3.1 PC機服務器后臺軟件設計

　　在 PC 機對整個系統(tǒng)進行控制時，命令經(jīng)過串口送達給協(xié)調(diào)器，然后通過人機界面完成控制。工作中，PC 機服務器的主要功能是向協(xié)調(diào)器發(fā)送控制命令，這一命令會指揮協(xié)調(diào)動作進行控制，協(xié)調(diào)器讀取由 ZigBee 網(wǎng)絡中得到的數(shù)據(jù)信息，將這些數(shù)據(jù)返回給 PC 機服務器，接著 PC 機會將工作中的運行數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的參數(shù)進行保存?！　?strong style="word-break: break-all;">3.2 協(xié)調(diào)器軟件設計

　　協(xié)調(diào)器在電初始化之后第一步是建立一個等待節(jié)點加入的載體，這個載體就是一個智能網(wǎng)絡，每一個被發(fā)現(xiàn)申請加入網(wǎng)絡的節(jié)點都會被分配到一個網(wǎng)絡號。在協(xié)調(diào)器的監(jiān)控作用中，協(xié)調(diào)器會根據(jù) PC 機的相應指示來控制某個節(jié)點，例如節(jié)點燈光的控制、節(jié)點時間段的控制等。同時，協(xié)調(diào)器還起到了數(shù)據(jù)的交換作用，要是命令是使某個節(jié)點讀取相關信息，它會把讀取到的數(shù)據(jù)信息通過串口發(fā)送給 PC 機服務器。

　　3.3 路由器軟件設計

　　路由器電初始化的第一步是向協(xié)調(diào)器提出申請，申請加入?yún)f(xié)調(diào)器網(wǎng)絡。如果第一次沒有成功加入，就需要不停地向網(wǎng)絡提出申請，否則系統(tǒng)網(wǎng)絡就無法控制該節(jié)點。一旦成功加入網(wǎng)絡，路由節(jié)點的工作就會處于監(jiān)控狀態(tài)。其監(jiān)控工作分為三個方面。第一點是對于其他節(jié)點的監(jiān)控，它會自動給提出加入網(wǎng)絡申請的路由節(jié)點或葉節(jié)點分配網(wǎng)絡地址；第二點則是對從協(xié)調(diào)器發(fā)來的命令的監(jiān)控，當它收到了命令后，會根據(jù)命令的內(nèi)容對各部分的參數(shù)設置進行調(diào)整，如果協(xié)調(diào)器傳來了狀態(tài)讀取命令，它就會根據(jù)指示向其發(fā)送節(jié)點的工作狀態(tài)，因此，不同的命令對于路由器的指示作用是不同的；最后一點是其對于預設值的控制，這部分的監(jiān)控是路由器在進行了對于環(huán)境亮度信息采集之后做出的。由于每段時間內(nèi)的亮度都不同，因此，路燈的開關、運行情況也會根據(jù)路由器的分析做出智能的變化。

　　3.4 葉節(jié)點軟件設計

　　關于葉節(jié)點的程序流程，其作用過程類似于路由節(jié)點的流程，但又稍有不同。因為葉節(jié)點是終端節(jié)點，所以它不支持其他的節(jié)點加入。

　　4、結束語

　　對于這種利用了 ZigBee 技術的LED路燈智能控制系統(tǒng)來說，其好處在于解決了路燈系統(tǒng)的低能源利用率問題。LED 路燈的應用可以大幅度地減少能源的消耗，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。該系統(tǒng)安全性高，穩(wěn)定可靠，且拋去了錯綜復雜的線路結構，較為方便，且減小了空間體積。大功率 LED 路燈為人們的照明提供了新的發(fā)展方向，通過結合其它新型傳感器與控制器，實現(xiàn)了遠程路燈無線控制技術，有效地達到了智能化應用，且應用范圍廣，有效地提升了能源的利用率。同時我們可以推測出，這種新型的路燈控制方式在未來將會有廣闊的發(fā)展前景，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步，人們以后的生活將會朝著越來越智能化、舒適化的方向邁進。