ZigBee技术智能化控制城市LED路灯系统解析
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1.引言 道路照明是城市公共设施的重要组成部分，目前國内的道路照明系統大部分没有采用網络化监控管理，只能以区域為单位对照明设备进行简单的开关灯控制，多数城市路灯的开关控制仍由傳統变压器(配電箱)分散控制，不能对路灯进行有效监控，缺乏灵活多变的操作系統，因此存在着壹系列的问题：如系統复杂，难以統壹管理;路灯覆盖面广，维护困难;开关控制效率低，電能浪费严重等。针对目前城市对路灯照明控制和管理水平的不足，笔者设计了壹套路灯无线监控系統，能对城市路灯实現智能化控制并有效节约電能。本系統主要分為三层，分别是具有人機交互界面功能的路灯管理中心、汇聚路灯节点信息和发送路灯控制命令的路灯监控子站以及采集路灯节点信息的路灯控制终端。采用GPRS通信和ZigBee无线通信相结合的技術手段，取代了傳統的有线传输。其中，路灯管理中心和路灯监控子站之間的通信采用GPRS技術，具有覆盖范围广、传输速率高的特点，且能实現远程異地操作;路灯监控子站和路灯控制终端以及路灯控制终端之間的通信采用ZigBee技術。 2.路灯监控網络的系統结构 本设计采用GPRS技術与ZigBee技術相结合的方案，结合两者的优点，既节约成本，又降低了系統的复杂度。系統采用“路灯管理中心壹壹路灯监控子站壹壹路灯控制终端”三层模式结构，实現对路灯的远程控制操作。其中，路灯管理中心与路灯监控子站之間的通信采用GPRS技術，路灯监控子站与路灯控制终端以及路灯控制终端之間的通信采用ZigBee技術。系統操作的对象是城市道路成千上万盏路灯，通過管理系統，负责监测路灯的各项运行状況，如监测当前路灯节点的電压、電流、功率等指标是否符合规范，并且能实現对路灯开关的简单控制。整個路灯监控系統结构图如图1所示。
图1 系統结构图 ZigBee網络拓扑结构可分為三类：網状结构、星型结构和树状结构。经過对ZigBee網络拓扑结构的分析，考虑到路灯监控覆盖范围面广，所处的自然环境易受天气、障碍物和電磁辐射等的影响，难免会出現终端节点失效的情況，星形網络和树形網络都不宜采用。因此，本系統采用網状形ZigBee網络，它具备較大的通信范围，能实現路由发現的功能，当網络出現故障时，能自动修复实現愈合，从而大大提高了整個监控系統的稳定性和可靠性，使用路由功能传输。網络结构如图2所示。
图2 ZIGBEE组網意示图 在壹個路灯无线监控系統中，包含有多個ZigBee網络，壹条街道附近区域的路灯就组成壹個ZigBee網络。由於路灯均匀分布於道路两旁，且每两盏灯的间距壹般為25~30m。所以，本系統首先要选取壹個合适的地点安置ZigBee網络协调器，在ZigBee網络中，由ZigBee網络协调器负责建立網络，通常情況下，用ZigBee網络协调器实現路灯监控子站的功能，负责维护街道上路路灯节点的运行状況。路由节点加入到網络后，路灯监控系統中控制终端的角色。实际應用中，為了方便管理，每壹個路灯控制终端只能加入壹個ZigBee網络，实現单灯控制。当所有的路由器节点都成功加入網络后，协调器根據網状形網络拓扑结构為路由节点分配網络地址。 |
