摘  要： 以路燈的節(jié)能需求為出發(fā)點(diǎn)，將ZigBee技術(shù)和傳統(tǒng)的路燈照明行業(yè)相結(jié)合，在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上組建了遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，并從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和控制策略等方面研究了ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，然后在CC2530平臺上進(jìn)行測試。該監(jiān)控系統(tǒng)為路燈控制管理提供了先進(jìn)的解決方案，對提高節(jié)能控制成效有著重要意義。
關(guān)鍵詞： 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；ZigBee技術(shù)；路燈控制系統(tǒng)；CC2530；遠(yuǎn)程監(jiān)控

　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，路燈使用數(shù)量在逐漸增多，單純地依靠手動控制方式和自動控制方式來控制路燈會造成電能的大量浪費(fèi)[1-2]，如何高效地使用路燈能源已成為迫在眉睫的重大問題。為此，本文提出了在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建智能化的路燈監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能如下：
　（1）對單盞路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控并根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈的亮度；
　（2）可以根據(jù)路面上的車流和人流的情況來調(diào)節(jié)路燈的亮度；
?。?）可以對路燈進(jìn)行故障檢測，當(dāng)有路燈損壞時可以進(jìn)行報警并指出故障路燈的具體位置，以及時維修；
　（4）對用電量、亮燈率和功耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并可查詢歷史記錄；
?。?）為了降低功耗，設(shè)計了休眠狀態(tài)。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計和工作原理
　本文設(shè)計的系統(tǒng)主要由安裝在燈桿上的路燈節(jié)點(diǎn)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控界面3部分組成。路燈節(jié)點(diǎn)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心取得聯(lián)系。整體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 路燈節(jié)點(diǎn)
　路燈節(jié)點(diǎn)的主要工作包括處理控制命令、采集周圍環(huán)境信息、控制燈的開關(guān)時間和調(diào)節(jié)燈的亮度。路燈節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。路燈控制器、電源模塊和ZigBee模塊是路燈節(jié)點(diǎn)的主要組成部分。本文選擇了ATmega16作為路燈控制器的核心部件，其性能較高、功耗較低、驅(qū)動能力較強(qiáng)，并集成了多種器件和功能，這無疑減少了外圍器件的使用量減少了，簡化了電路，而且I/O口可以根據(jù)需要自由設(shè)定[3]。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.1 通信程序設(shè)計
　通信程序包括路燈節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心的通信以及路燈節(jié)點(diǎn)之間的通信兩部分。
　（1）路燈節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間的通信
　路燈節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控中心之間的通信主要是為了完成兩個方面的任務(wù)：一是為路燈節(jié)點(diǎn)配備相關(guān)信息和傳達(dá)控制命令，這是通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的；二是可以接收路燈節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行信息，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，工作人員在監(jiān)控室就可以對路燈進(jìn)行系統(tǒng)操作、故障查詢和報警等功能。系統(tǒng)的組網(wǎng)流程圖如圖4所示。
　（2）路燈節(jié)點(diǎn)之間的通信實(shí)現(xiàn)
　路燈節(jié)點(diǎn)之間的通信，其目的一是為了節(jié)能，當(dāng)路燈在深夜路上車輛和行人少的時候處于微亮的節(jié)能狀態(tài)；二是為了保證正常的照明，為行人提供方便，當(dāng)檢測到路上有行人或車輛經(jīng)過時，該盞路燈由微亮轉(zhuǎn)為全亮，并通知前面的路燈也作出這樣的操作。
2.2 監(jiān)控軟件功能設(shè)計
　系統(tǒng)監(jiān)控中心程序包括顯示監(jiān)控程序、系統(tǒng)參數(shù)配置程序、調(diào)試配備程序和存儲工作運(yùn)行數(shù)據(jù)程序。
?。?）顯示監(jiān)控程序
顯示監(jiān)控程序包括對路燈工作狀態(tài)的監(jiān)控、路面狀態(tài)的監(jiān)控和故障報警。其監(jiān)控界面可以實(shí)現(xiàn)許多的功能，主要包括選擇最優(yōu)路徑；監(jiān)控路燈當(dāng)前的亮度、功耗、工作時長及是否出現(xiàn)故障；自動統(tǒng)計該街道所有路燈的總用電量和亮燈率；系統(tǒng)自動動作的時間段；顯示故障路燈的具體位置及發(fā)生故障的時間[4-5]。
?。?）系統(tǒng)參數(shù)配置程序
系統(tǒng)參數(shù)配置程序包括對路燈節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)工作時間的校正以及設(shè)置街道的地址。系統(tǒng)在運(yùn)行一段時間后，系統(tǒng)時間和當(dāng)前的時間會有一個差值。通過系統(tǒng)時間校正就可以消除這個差值，使系統(tǒng)時間與PC時間同步?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況和需要設(shè)置系統(tǒng)正常工作的開關(guān)機(jī)時間與街道地址。
?。?）調(diào)試配備程序
　配置程序主要包括串口配置、ZigBee讀取和配置以及路燈調(diào)試。串口參數(shù)的配置就是通過串口配置界面來設(shè)置的；ZigBee的配置程序主要完成對ZigBee模塊的網(wǎng)絡(luò)ID號和波特率的讀取與設(shè)置，還包括對網(wǎng)絡(luò)地址、MAC地址的讀取；通過路燈調(diào)試界面可以清楚地知道路燈周圍的環(huán)境光的強(qiáng)度、路燈的照明情況、功耗及故障情況的信息；也可以對路燈的光照強(qiáng)度進(jìn)行測試和設(shè)置路燈的開關(guān)時間。
　（4）存儲工作運(yùn)行數(shù)據(jù)
　系統(tǒng)在工作的時候，數(shù)據(jù)庫中儲存了由下位機(jī)傳來的路燈信息和報警信息，同時，保存在數(shù)據(jù)庫中的信息還有街道及路燈的配置信息，這樣可以方便用戶導(dǎo)出和打印這些信息。
3 系統(tǒng)功能測試
　利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有自組網(wǎng)的能力，在測試的時候做了一個最小系統(tǒng)。該最小系統(tǒng)由一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和3個路由器節(jié)點(diǎn)組成，系統(tǒng)在一般情況下是處于休眠狀態(tài)的，只有中斷發(fā)生時才激活節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作，本系統(tǒng)采用了主從的工作方式。將路燈高度和路燈之間的距離分別設(shè)置為0.7 m和0.8 m，情況如圖5、圖6所示。
圖5顯示的是當(dāng)小車運(yùn)行到路燈2位置時的狀態(tài)。此時，路燈2由微亮轉(zhuǎn)為全亮，并告知行駛過的路燈1由全亮轉(zhuǎn)為微亮。當(dāng)小車?yán)^續(xù)前行進(jìn)入3號節(jié)點(diǎn)的熱釋電紅外傳感范圍時，3號燈就會由微亮轉(zhuǎn)為全亮，此時如果2號節(jié)點(diǎn)沒有檢測到車流或人流信息就會由全亮轉(zhuǎn)為微亮，情況如圖6所示。若1號節(jié)點(diǎn)熱釋電紅外傳感器檢測不到人流或車流信號又接收到了前方路燈發(fā)來的信號，該路燈就會由全亮轉(zhuǎn)為微亮。

　本設(shè)計利用了ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)了路燈控制系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化管理。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括擴(kuò)展靈活、易于安裝、操作界面友好以及管理方便等。該系統(tǒng)不僅節(jié)約電能，減少了浪費(fèi)，而且也實(shí)現(xiàn)了照明系統(tǒng)的信息化和智能化管理，具有很好的發(fā)展前景。
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