潘广月　邱健　李映超

【摘 要】本设计主要研究基于ZigBee的无线路灯控制系统，目的在于利用无线网络技术，构建一个控制路灯的无线网络。整个系统主要有数个ZigBee模块系统构成，每个模块能自动控制一盏路灯，而其中一个模块可以构成主机，能去控制其他子机模块，按照主机的指令要求去控制路灯的开启或关闭。本设计实现了节能、高效、自动化的控制系统有助于灵活控制路灯、系统科学高效的控制和路灯资源优化合理使用，为实时了解整个路灯系统的照明情况提供一种新的方法。

【关键词】无线路灯；ZigBee模块；单片机；无线传输

0.前言

我国部分城市路灯控制具有遥测、遥信、遥控功能运行方式灵活可靠，可以按时段，天气等控制路灯的工作。虽然在技术控制上有相当显著地成效，但是设计成本较高，不能够大面积普及。本设计利用无线网络技术，构建一个控制路灯的无线网络，开发出一个用无线网络控制的路灯系统。

1.无线路灯控制系统的概述

相对于传统的路灯照明系统，本次设计利用无线网络对路灯进行控制，整个过程可以通过无线控制实现，不需人力去对路灯进行开关以及巡逻监测路灯的工作情况，避免在恶劣环境下对路灯进行维护。根据需求对路灯进行开关和亮度的调节，可以对光能的合理有效利用，减少浪费，节能环保。系统根据需求以及周围的环境对路灯进行自动控制，使系统更加智能化。进而利用LED照明和对太阳能的利用，可以进一步减少电能的利用，更加绿色环保。

2.系统方案设计与实现

本次设计主要使用51单片机作为主机，通过串口的配置对zigbee无线传输模块发送和接收的数据进行处理，并通过液晶显示屏显示出来；协调器同样使用zigbee无限传输模块，是整个系统正常运行的枢纽，通过无线模块接收各个子机发送回来的数据并进行处理，再通过串口与主机相连接传输数据主机。各个子机使用的同样是zigbee无线传输模块，各个子机链接路灯组成组网，由主机设置路灯的各种点亮方式，通过串口传送到协调器在通过无线传输通知节点上控制路灯工作。

主控系统模块是整个设计能够实现的关键，在整个设计中起到主导的作用，通过主控模块去控制以下子机模块的功能实现。在日常设计中最长用的主控芯片是单片机，单片机的类型有很多种，其中包括STM32单片机、51单片机和AVR单片机等。STC89C52RC是一种可编程芯片，它的最高工作频率80MHz，具有消耗低、性能高等特点。同时具备有51单片机不具备的功能，而且其指令代码能和传统的51单片机可以完全兼容。

无线传输模块是整个设计的枢纽，目前常用无线模块有ZigBee无线传输系统、nRF24L01等。Zigbee是一种基于IEEE802.15.4标准的无线组网，以CC2530作为核心板在通讯技术里面集成了一片增强型的51单片机。适合用于在路灯的设计上，本次设计就是基于Zigbee的无线传输及控制系统，所以在无线传送模块自然就选择Zigbee了。

显示器是本次设计中必不可少的器件，在操作和合适的过程中起到实时监控的作用，其实显示器有很多种， LCD1602是显示内容为两行的液晶显示模块，在使用过程中功耗较小，体积微小轻便，而且价格不高，能够显示字符和数字，显示内容丰富便于观看和数据读取。在显示上可以背光调节，适合在不同亮度的环境下显示清晰的效果，其性能安全可靠。

本次设计针对路灯的控制主要以输入信号为关键，而键盘也是单片机不可或缺的输入设备，是无线模块与路灯之间的纽带。考虑到本次设计的实用性，设计时选择硬件的方式产生键码。而单通常片机中使用非编码键盘，其中的独立式键盘根据I/O线数来确定键盘接口的，键盘的接口使用了几根I/O口线，就有几个按键。

2.1硬件设计

硬件设计部分主要由STC89C52RC单片机模块、键盘模块、显示模块和由ZigBee无线模块构成的中心节点，其作为发送接收的枢纽控制以下所有子机路灯的工作。单片机模块通过在得到键盘键入信号后，将信号通过串口发送的方式将信号发送至中心节点的ZigBee无线接收模块。在信号接收后中心节点将信号通过无线传输的模式将信号传送去子机控制路灯的工作。路灯同样以无线传输的形式将其现时的工作情况反馈回中心节点模块，再将信号反馈回单片机，而显示模块的作用就是时时显示路灯的工作情况，以便于及时处理可能发生的状况。

2.1.1无线控制路灯组网模块

在单片机上对按键模块进行设置，并通过串口将指令传送到ZigBee模块上，再通过协调器上的无线组网将信号传送至各节点，以此来控制路灯的工作。同时接收节点返回的信号，对数据进行处理并显示出来。

2.1.2路灯节点模块

路灯节点模块接收接收到主机发来的数据，并分析数据进行处理对路灯进行控制。各节点同时对周围环境进行检测，根据环境情况，并充分考虑到季节，地域性，天气的不同状况。春夏秋冬季节天亮与日落的时间并不相同，控制路灯工作的持续时间和路灯亮度以达到节能的目的，并将数据发回给主机。

2.2软件设计

程序主流程主要通过主控系统开始，初始化，接收键盘模块指令，串口发出数据，通过数据分析显示模块显示相应数据，ZigBee模块接收和反馈数据这一循环过程。

在本次设计中主要是以单片机模块作为主控，其主要的作用是通过串口向中心节点无线模块发送相应的数据。以按键作为控制路灯的开关，通过串口发送和接收相关的数据。

无线模块在用ZigBee模块的协议栈。协议就是一种通信的标准，通信双方会按照同一个标准对这些数据进行正常的发射与接收。ZigBee的协议栈分为物理層和介质访问层，将各层的协议集合在一起，通过函数的方式实现，在设计的过程中可以直接调用。其设计过程就是通过对协议栈组网函数的调用，加入网络函数，从而实现网络的建立和节点的加入。发射和接收节点通过调用协议栈的无线数据发射、接收函数，进而实现对无线数据的发射和接收。在程序设计时，调用basicRfInit（）函数对协议进行初始化。调用函数basicRfSendPacket（）和basicRfReceive（）对相应的数据进行发射和接收，同时对数据进行处理。

3.系统调试

在编译和调试过程中，遵循的是先大后小的原则。先根据流程图将程序的各个模块的框架定好，然后进行编译并进行下载调试，如编译不通过，分块进行检查。如编译通过，就可以进行模块的编程，每编好一段完整的程序就要进行一次编译，在完成整个模块的编程下载调试后，在对另外的模块进行编程，同时要注意没编完一条程序之后要检查程序之后的符号是否写上。向单片机下载编写好的程序，检测各模块功能是否完好，然后各模块连接进行调试。编写简单的测试程序，测试各传感器模块、节点模块以及单片机的协调工作，若出现问题，应该首先考虑程序问题。

4.总结

本次设计实现了设计任务的基本功能，使用无线传输模块对无线路灯进行控制，采用层层递进的方式点亮路灯，这种方法便于在后续使用中添加路灯的盏数。由于设计与实际操作之间的存在偏差，设计结果没能做到完美。 虽然本次设计只是在实验室小范围进行是要使用，相信在今后进一步改善给技术添加之后，能够大范围使用到我们的日常生活中，节能减排做出一定贡献。 [科]

【参考文献】

[1]康华光.电子技术基础—数字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006，1.

[2]林小茶.C语言程序设计（第三版）.北京：中国铁道出版社，2010，12.

[3]李全利.单片机原理及接口技术. 北京：高等教育出版社，2009，1.