毕 威

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

基于ZigBee的路灯智能控制系统

毕 威

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

在智能路灯控制系统中，以TI公司生产的CC2530芯片为硬件核心，在协议栈ZStack的基础上创建无线网络，利用ZigBee无线传输技术，对监控路灯的传感器进行操作，并传输和处理相关的数据，从而实现路灯控制的感应控制和远程监控。本文的整套系统是在ZigBee无线自组织网络技术的基础上创建的远程通信网络，它不但能够实现对单个路灯的实时监控和智能管理，而且具有功耗低、组网规模大、成本低、系统运行可靠、抗干扰能力强等优点，实现了节约能源、提高电能利用率和方便管理的目的，是一条路灯管理系统的有效和可靠的途径，具有很强的实用性和推广价值。

ZigBee无线；路灯控制；CC2530芯片；无线传输；远程监控；智能管理

1 引言

目前,国内绝大部分的城市和地区路灯照明采用传统控制技术，控制手段落后、灵活性差特点，不能有效的发挥应有的控制效能[1]。其中不仅路灯控制需要投入大量的人力、物力和财力,而且路灯的维修管理也缺乏科学有效的监控管理手段，通常采用的是人工巡查及群众反映等常规方式,常常发生出现故障却不能及时排查等状况,不但造成能源、人力资源的浪费,还不利于路灯照明系统的稳定运行[2]。针对以上实际情况，要优化城市路灯系统的控制，一方面可以采用高效的节能灯具，如LED灯；另一方面则需采用更加科学先进的控制手段。本论文研究的目的是结合ZigBee无线通信技术与光敏传感技术，设计一种较为智能的路灯控制方式达到节约能源、方便管理的目的。而研究的意义在于对现有路灯控制技术进行适当的补充，提高照明系统的控制管理水平，在学术方面还可以将该设计作为Zig-Bee技术应用范围的扩展。

本论文设计的ZigBee智能路灯控制系统，采用ZigBee无线自组网络、光敏传感器等多项技术，能够根据外部光照的明暗情况点亮或熄灭LED路灯，做到天黑灯亮、天亮灯灭，使LED路灯最大限度地提高节电率，同时也实现路灯的智能化控制和每个路灯的实时监控。整个系统采用自动化控制控制设备，能实现无线通信，而且安装简单，管理方便，操作容易，具有很好的发展前景。

2 系统硬件设计

系统总体方案设计是从宏观上对系统结构进行规划和设计，在系统分析的基础上，确定系统总体设计框架和功能模块，对系统可利用的资源进行分配。本论文主要介绍路灯控制系统硬件电路的设计与实现，系统硬件设计主要是实现信息的采集,无线网络建立以及数据的传输。系统总体设计框架如图1所示。

图1 系统总体设计框架

在整个硬件系统中，主要以CC2530芯片为核心，通过控制外围设备完成系统功能。其中路灯控制电路的功能是根据ZigBee节点电路发送的命令执行对LED路灯的开关控制；路灯信息采集电路的任务则是采集外界光照强弱信息[3]，将此信息传递给ZigBee节点供其进行判断；作为核心模块的ZigBee节点电路除了需要与相关的传感器进行信息交互外重要的是负责在ZigBee无线网络中与ZigBee协调器进行信息交流；电源电路模块则是为系统提供适宜的电源电压保证相应电路的正常工作[4]。系统整体硬件框图如图2所示。

图2 系统整体硬件框图

根据模块化设计思想，本硬件系统分为以下几个模块：ZigBee节点电路模块、电源电路模块、路灯信息采集电路模块以及路灯控制电路模块。

2.1 ZigBee节点电路模块

ZigBee节点电路模块是整个网络的关键部分，路灯控制电路模块和路灯信息采集电路模块都需要该模块的支持才能顺利通信，电路设计的好坏影响通讯的距离和可靠性[5]。CC2530配合很少的外围元件就可以组成无线通信模块，如图3所示。

图3 ZigBee节点电路原理图

2.2 电源电路模块

ZigBee模块的工作电压范围是2V-3.6V,在无线工作时推荐的工作电压为3.3V，因此需要一个电源电路为其提供3.3V的稳压电源[6]。本设计使用的AM1117-3.3可以得到固定输出3.3V电压，用它设计的电源电路可以为CC2530的正常工作提供良好的电压保证。电路原理如图4所示。

图4 电源电路原理图

2.3 路灯信息采集电路模块

由于系统需要采集外界光照强弱信息，本设计使用光敏电阻对光照信息进行采集。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；当入射光强时，电阻值减小；入射光弱时，电阻值增大；无光时，呈现高阻态。因此微处理器可以根据光敏电阻的阻值大小来确定光照的强弱。路灯信息采集电路原理图如图5所示。

图5 路灯信息采集电路原理图

2.4 路灯控制电路模块

路灯控制电路的任务是根据ZigBee节点模块的命令控制LED路灯的开关。路灯控制模块由光耦隔离单元、继电器单元和受控路灯组成[7]。路灯控制电路模块示意图如图6所示。

图6 灯控制电路模块示意图

当ZigBee节点发出信号，即CC2530的发送路灯控制信号CRTL给光耦隔离单元时，光耦隔离单元的输出口就会向继电器发送命令，继电器的电压达到额定值使线圈得电吸附悬铁,继电器的常开常闭端点状态改变，LED路灯电路导通从而控制路灯的亮灭。

3 系统软件设计

系统软件设计部分是根据系统的功能需求来确定系统的软件设计方案，主要完成ZigBee节点基于ZigBee协议栈的无线通信，包括实现了无线通信网络的组建以及路灯信息在无线网络中各节点之间的传递。具体流程图如图7所示。

图7 系统的主程序流程图

控制系统软件开发工具是IAR Embedded Workbench(简称EW)。使用EW可以生成高效可靠的可执行代码，降低了对芯片内存的要求,不但提高开发效率而且可以节省硬件资源[8]。

4 结束语

本文针对我国城市路灯照明系统控制手段落后、灵活性差的现状，将近几年无线通信领域中快速发展的ZigBee无线技术应用于路灯控制方案中，并结合了传感器技术，设计了一套基于ZigBee智能路灯控制系统。该系统提高了路灯控制系统的节能化和智能化程度，更加便于管理。

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Intelligent Streetlight Control System Based on ZigBee

Bi Wei
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Shenyang 110032,China）

The intelligent streetlight control system,using chip CC2530 manufactured by TI as hardware core,creates a wireless network based on the protocol stack ZStack to operate the sensors used for monitoring the streetlight,by ZigBee wireless transmission technology,and transmit and process the data for inductive control and remote control.With the advantages of low power consumption,large-scale networking,low cost and reliable system operation,anti-jamming ability,etc.,it is able to achieve real-time monitoring and intelligent streetlight management,and save energy,improve energy efficiency and is convenient for management.It is an effective and reliable way of streetlight management system that has a strong practical and promotional value.

ZigBee；Street light control；CC2530;Wireless transmission；Remote monitoring；Intelligent management

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.03.020

TN7

A

1002-2279-（2017）03-0093-03

毕威（1982-），女，辽宁沈阳，工程师，主研方向：集成电路测试。

2016-10-18