基于ZigBee的智能路灯控制系统的设计方案

时间:2022-03-17作者:佚名

0 引言

随着中国城市和经济的迅速发展,城市路灯照明已经成为展示城市魅力的名片和窗口,但是照明在带来绚丽和方便的同时,也遇到了诸多问题。据调查,我国小型城市在夜晚9点后,大中城市在午夜12点后,道路上行人非常稀少,即便是北京、上海、广州这样的繁华都市,凌晨2点以后,道路上也罕见行人、车辆。这时如果保持“恒照度”会造成资源的大量浪费;另外后半夜是用电的低谷期,电力系统的电压升高,路灯反而会更亮,而我国现行70%的道路照明使用的高压钠灯,此类电网电压的波动致使灯泡的实际使用寿命不超过1年,带来了高额的维修费和材料费,并且系统难以及时反馈路灯运行的故障信息,无法进行远程控制和处理,只能采取人工巡查方式。

路灯控制系统从最初的开关控制功能,逐渐演化到监控节能控制功能,各种新技术被用于路灯监控系统中。路灯控制方法有PLC控制,电力载波控制和无线网络控制等。从路灯控制系统的成本、可靠性、信息化、应用前景等方面考虑,本方案采用ZigBee无线自组网网络技术实现LED路灯节能控制的目的。

1方案系统设计

按照系统要求,本设计主要完成支路控制器和路灯及二者之间的通信网络设计,其中支路控制器完成时间、光照信息的测量,路灯终端完成故障诊断和移动物体的检测,利用ZigBee无线网络技术实现支路控制器和路灯终端之间的通信。因此系统主要包括以下分系统:

电源稳压系统、支路控制系统、ZigBee协调器系统、Zig-Bee 路由和终端系统。其中电源稳压包括5 V 稳压和3.3 V稳压;支路控制系统包括时间模块、键盘模块、显示模块和光照采集模块;ZigBee协调器包括显示模块和键盘模块;ZigBee路由和终端包括微波雷达检测模块、故障检测模块和路灯控制模块。系统结构框图如图1所示。

ZigBee技术是一种新兴的短距离无线通信技术,在近距离无线网络领域得到广泛应用。ZigBee技术采用自组网络,其网络拓扑机构可以随意变动,这一特点对实现路灯智能监控系统的智能化、高可靠性、低成本起到很好的作用。ZigBee的网络拓扑结构可分为:网状结构、星型结构和树状结构,考虑到树状结构能够提高通信网络的可靠性,因此本设计中无线系统的网络拓扑采用树状结构,使用路由功能传输。无线系统由一个ZigBee协调器、若干个路由控制器和若干个路灯终端所组成,网络示意图如图2所示。

根据ZigBee通信组网技术的特点,将ZigBee 技术与传统的路灯控制模式相结合,根据不同路段及时间,对协调器设置不同的检测与控制方式,能及时对路灯进行相应的控制并发现路灯损坏情况和它的具体位置,方便维修管理,实现按需节能、智能化管理,达到城市照明系统节能减排的目标。

2 系统硬件设计

2.1 支路控制器设计

根据系统功能,支路控制器主要包括时空电路、光控电路、键盘及显示等,电路如图3所示。

时间控制芯片采用的是DS12887芯片,其内部自带锂电池,外部掉电时,还可准确走10年之久,有12小时制和24小时制,数据可分二进制或BCD 码传送,使用非常方便。环境光检测部分采用的是光敏电阻加LM339电压比较器的测量方案。电阻RV2,R5,R9 及光敏电阻共同构成了惠斯顿电桥的两个桥臂。在光线相对较强时,电路输出端输出低电平;当光线强度相对较暗时,电路输出端输出高电平。统共设置5个按键,采用独立式键盘,包括时间调节键,模式选择键及季节设置键。时间调节键三个,设置键、上调键和下调键,按下设置键开光标,上下调节键用来调节时间。模式选择键,采用自锁式按键,进行繁华和偏僻模式转换。季节设置键,也采用自锁式按键,进行夏季和冬季转换。

2.2 ZigBee协调器设计

ZigBee协调器负责组建网络与信息的收发处理工作。协调器不断采集主机发来的开关路灯与开关雷达指令,通过发送不同的字符给终端使其作相应的操作。

同时能够显示故障地址,并能对故障信息进行清除。当接收到终端和路由发来的故障地址时,将地址显示在LCD上。由于CC2530的IO口资源较为紧缺,所以设计时选择串口驱动方式。故障维修人员记录检查故障信息,维修员维修之后,需要将原有的故障信息清除,此时只要按下故障清除按键即可。ZigBee协调器接口电路如图4所示。

2.3 ZigBee路由和终端系统

ZigBee路由和终端系统接收来至协调器开关灯与开关雷达的指令,某个路灯出现故障时发送本路灯的地址给协调器。因此ZigBee路由和终端系统由微波雷达检测模块、故障检测模块及LED路灯控制模块组成。

2.3.1 微波雷达检测模块

微波雷达传感器受气流、温度、尘埃的影响较小,因此设计中选用标准的10.525 GHz微波多普勒雷达探测器HB100进行移动物体检测。在人与车稀少的区段开启移动物体检测模块,当有移动物体在路灯所检测的范围内活动时开启路灯;当移动物体离开后保持路灯处于低亮状态一段时间,STC15F104单片机提供延时,并由P3.1口输出控制信号。电路如图5所示。其中CC2530的P2.1口控制三极管的通断决定单片机与雷达模块是否上电工作。三极管的发射极与基极电阻R4 使三极管更有效截止与导通。

相关阅读

公园夜景亮化应该如何设计?

公园它是居民休闲娱乐、游戏娱乐、运动健身的重要场地。那么,大家应当注意哪些的 公园夜景亮化设计 呢?怎样应用光与光的造型艺术来营造极致的景观亮化工程,是每一个设计师...
2022-10-07
公园夜景亮化应该如何设计?

城市广场亮化工程灯光的效用

在广场照明设计 中,应致力于利用灯光的表现力对环境空间进行艺术加工,以满足人们视觉的心理机能的要求。 对灯光表现力的主要效用是: 1、丰富空间内容 在现代照明设计中,运用...
2022-07-15

城市亮化工程与城市文化的关联

光本身不具有任何意义,但当它作用于载体的时候,文化的意味便跃然而生。就像现代化城市亮化 工程中的光与城市文化必然会带有一定的文化属性。从战国出现的跽坐人漆绘铜灯,是...
2022-07-15

如何做"好的城市照明"的规划、设计

好的城市照明 是需要规划和设计的。纵观国内外各大城市照明的发展脉络,美国,作为最早期的城市照明的发源地,它是以功能照明为规划重点,规划成果主要是以控制城市用电量为主...
2022-07-15

威创“易控”网络分布式系统功能介绍之——便利性设计

网络分布式系统近几年在控制室市场快速发展,主要得益于三个方面的优势: 01弹性扩容 网络分布式系统主要由节点机及网线构成,扩容仅需增加节点机及网线,规避了集中式系统扩容...
2022-09-26
威创“易控”网络分布式系统功能介绍之——便利性设计

热销商品

拷边机 包缝机内六角上针匙 开刀 上针内6角螺丝刀扳手 1.5 1.6

拷边机(包缝机)专用内六角上针匙及开刀工具,适用于精确调整机针位置与维护设备。配备1.5mm与1.6mm两种规格的内六角螺丝刀扳手,专为紧固或拆卸上针螺丝设计,确保机针安...
1.65

暗装开关插座面板单开双控一开五孔二三极USB快充肤感超薄家用4开

暗装开关插座面板,简约设计,完美融入家居环境。单开双控,轻松实现远程控制,方便实用。一开五孔,满足多种电器插孔需求;二三极USB快充,快速充电,高效便捷。超薄设计,节省空...
1.2

鸿雁开关插座面板旗舰店家用暗装墙壁86型一开带五孔多孔X86-1

鸿雁开关插座面板旗舰店推出的家用暗装墙壁86型一开带五孔多孔X86-1,是一款设计精良、功能齐全的家居电气产品。该产品采用86型标准面板尺寸,安装方便,适用于各种暗...
4.71

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草 这款不锈钢加厚镊子维修工具夹子是设计用于各种专业场合的多功能工具。它拥有一个厚实的手柄,确...
0.8

三色变光led筒灯2.5寸3W5瓦开孔6 7.5 8公分家用客厅嵌入式天花灯

三色变光LED筒灯,2.5寸精巧设计,功率可选3W/5W,适用于开孔直径6.7–8公分的家用嵌入式安装。采用高亮LED光源,支持暖光、自然光、白光三色切换,满足不同场景氛围需求。...
7.2

网站栏目