基于ZigBee的智能LED路灯监控系统的设计方案

文章针对LED 路灯与多通道传感器与IEEE802.15.4 的ZigBee 无线自组网技术相互配合，能实时返回各路灯的状态信息和检测各种路灯故障，并及时通过GSM 通信模块反馈故障信息到服务器控制节点，实现了大规模路灯照明系统的集中控制与维护，极大降低了运维成本。通过上位机的路灯管理软件，方便管理人员操作使用。

0 引言

城市智能LED照明系统是智能交通系统重要组成部分。利用智能物联网技术能够有效提高如何节约能源，提高路灯能源的利用率并对路灯进行自动化、智能化的管理等急需解决的问题。

ZigBee 技术以其低功耗、通信可靠、网络容量大等特点为路灯自动控制领域提供了较合适的解决方案。而基于ZigBee 自组网的LED 智能照明控制系统是将ZigBee 在短距离无线传输的优势与LED 照明寿命长和节能的优势相结合。具有安全、智能、便于控制、方便维护等特点。

本文提出了一种基于物联网技术的交通照明控制系统。利用用ZigBee 技术与新型传感器、功率控制器及LED 路灯相结合，完成对城市路灯照明系统的集中监控。

1 系统设计方案

对路灯来说，其照明作用是最主要的，其它传感器是为了辅助路灯而设计的，用来实现更好的照明效果或减少不必要的资源浪费。因此，传感器的选择比较关键。本系统涉及的传感器有人体热释电红外传感器、tsl2561 亮度传感器。路灯节点主要由LED灯具、蓄电池、LED 稳压电路、故障检测电路、微控制器、ZigBee无线数传模块及其它外围传感器模块构成，系统的整体结构如下图1 所示。

本系统路灯的工作模式共三种：分别为白天模式、夜晚模式和午夜模式。在主控平台进行工作模式的选择，工作模式由外界环境来设定。

白天正常模式下，当环境亮度强到一定光强值时，不再需要路灯照明，此时路灯将处于关闭状态;特殊情况下，如阴雨或大雾天气时，只需在主控平台进行设置，使路灯打开，即可应对各种突发情形。

夜晚模式下，路灯会根据设定的光强值进行判断，当环境亮度小于所设定的光强时，路灯开启，并将路灯的状态通过无线数传模块发送到主控平台，在主控平台的界面上就可随时观测路灯状态。一旦此时路灯突然关闭，将会实现自检功能，将检修的信息发送到主控平台，主控平台通过对这些数据进行分析，可将有问题的路灯信息通过GSM 模块发送到路灯维修人员的手机上，以实现路灯的及时维护。

在午夜模式下，主控平台会根据电脑系统时间定时关闭路灯，以节约电能。主控平台的硬件结构如下图2 所示。

2 系统硬件设计

2.1 控制部分

2.1.1 主控制器单元

主控平台用LCD12864 液晶辅助显示路灯实时状态信息。中央处理器用Arduino MEGA2560 单片机处理路灯实时数据信息。

MEGA2560 的处理器核心是ATmega2560,同时具有54 路数字输入/ 输出口(其中16 路可作为PWM 输出)，还具有16 路模拟输入，4 路UART 接口，采用16MHz 的晶体振荡器，兼容Arduino UNO 设计的扩展板。片上资源可以满足单路灯节点照明的需求，并为后续在路灯上开发新应用提供了较大的选择空间。

2.1.2 故障监测

本系统是通过路灯外部传感器配合微控制器来控制路灯的状态，因此路灯故障的监测也更为复杂。要实现远程故障监测，需要可正常工作的无线模块，若不能监测到无线模块传回的数据，则问题可能出现在供电或模块损坏上。

计算公式为：checkDATA = 0xFF - (type) - (DATA)

路灯出现故障时会向主控平台发送类似数据：