基于Zigbee的道路照明系統(tǒng)

　　1 系統(tǒng)功能

　　1.1 控制方案的確定

　　對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)路燈的控制方案，在遵循基本設(shè)計(jì)原則的前提下，確定了以CC2530為核心的節(jié)點(diǎn)收發(fā)控制方案。路燈1、2……n的開關(guān)動(dòng)作通過CC2530單片機(jī)進(jìn)行控制，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，除了設(shè)置了本地控制的單片機(jī)外，路燈信息和控制信號(hào)經(jīng)ZigBee、GPRS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。為了控制成本，對(duì)于某段路的無線節(jié)點(diǎn)的接入，可采用圖1所示的同一路段共用一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)的方式對(duì)路燈信號(hào)進(jìn)行收發(fā)。例如，某條路段可共用一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，路燈信號(hào)經(jīng)ZigBee采集傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)將信息傳給本地單片機(jī)實(shí)現(xiàn)本地控制，且可由該中心節(jié)點(diǎn)通過GPRS通信和上位機(jī)進(jìn)行交互。

　　在圖1所示的控制方案中：

　　(1)上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈狀態(tài)的監(jiān)控，便于實(shí)現(xiàn)路燈的自動(dòng)控制，易于實(shí)現(xiàn)管理和對(duì)路燈的維護(hù);

　　(2)Zigbee中心節(jié)點(diǎn)：將某一路段的路燈組成無線網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)GPRS與上位機(jī)通信;

　　(3)Zigbee終端控制節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)發(fā)送傳感器采集到的信息，接收來自中心節(jié)點(diǎn)的控制信號(hào)，并由無線單片機(jī)控制路燈的按時(shí)按需開啟和關(guān)斷。

　　1.2 功能模式的分析

　　基于ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)路燈，在光照度和紅外對(duì)射傳感器的共同作用下，通過監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)單燈控制、多策略控制、白天模式、黑夜模式、深夜模式、故障檢測和霧霾防護(hù)等功能。

　　1.2.1 控制方式

　　單燈控制和多策略控制是路燈照明系統(tǒng)的核心功能。所謂單燈控制，即是指每盞路燈的狀態(tài)都獨(dú)立地受到上位機(jī)和本地單片機(jī)的控制。而多策略控制，表明既可根據(jù)環(huán)境變化來實(shí)現(xiàn)路燈的智能化本地控制，也可在特殊時(shí)候通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人工操作，比如節(jié)假日時(shí)期人工開燈。

　　1.2.2 模式選擇

　　道路照明系統(tǒng)根據(jù)不同情況采用不同照明方案的原則，將系統(tǒng)分為白天模式、黑夜模式和深夜模式。三種模式的開始結(jié)束的時(shí)間段可人工設(shè)定。

　　在白天模式中，路燈默認(rèn)是關(guān)閉狀態(tài)。而當(dāng)出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)、暴雨等惡劣天氣的時(shí)候，光照度傳感器能自動(dòng)感知環(huán)境光線強(qiáng)度降到一定值，繼而發(fā)送消息至單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過分析判斷后，發(fā)送控制指令控制路燈變亮。

　　黑夜模式則是根據(jù)當(dāng)?shù)匾荒晁募镜娜粘鋈章鋾r(shí)間來設(shè)定相應(yīng)的開關(guān)燈時(shí)間。每月一次地查詢當(dāng)?shù)匚磥硪粋€(gè)月的日出日落時(shí)間，并選擇一相近值來作為傍晚路燈開啟、早上路燈關(guān)閉的時(shí)間。

　　最后是深夜模式。我們知道，晚上12點(diǎn)后，路上的行人和車流量都很少，于是采取單雙號(hào)間隔開關(guān)燈的方式。當(dāng)有車經(jīng)過時(shí)，紅外對(duì)射傳感器出現(xiàn)瞬時(shí)遮擋，產(chǎn)生感應(yīng)，路燈全部點(diǎn)亮。車經(jīng)過一段時(shí)間后，路燈自動(dòng)熄滅，恢復(fù)原始狀態(tài)。

　　1.2.3 霧霾防護(hù)功能

　　眾所周知，霧霾天氣可見度低，嚴(yán)重影響行人、車輛的安全出行。為此，引入國家氣象局提供的天氣預(yù)報(bào)API接口，將天氣情況轉(zhuǎn)入上位機(jī)。若為霧霾天氣，則點(diǎn)亮路燈底部的防霧小黃燈，來幫助車輛識(shí)別道路走向和邊緣信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路燈停靠的車輛和行人，減少交通安全隱患的發(fā)生。

　　1.2.4 故障檢測功能

　　當(dāng)路燈發(fā)生故障時(shí)，路燈控制單元檢測故障部位的電位會(huì)發(fā)生變化。終端控制節(jié)點(diǎn)將采集到的此種變化發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并顯示故障路燈的具體位置，方便工作人員及時(shí)地開展維修工作。

　　2 硬件及實(shí)現(xiàn)方法

　　2.1 概覽

　　硬件上，我們采用TI出品的CC2530芯片，在CC2530模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行外設(shè)模塊的設(shè)計(jì);組網(wǎng)上，主要使用Zigbee和GPRS相結(jié)合的方式來進(jìn)行指令的傳輸和系統(tǒng)的控制;軟件上，根據(jù)Zigbee協(xié)議棧采用C語言進(jìn)行CC2530語言的編寫，采用VC的上位機(jī)編寫，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。

　　2.2 ZigBee路燈節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

　　終端節(jié)點(diǎn)主要由TI的CC2530模塊、路燈控制模塊、傳感器模塊、電壓電流采集模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和路燈控制，相應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)的硬件連接如圖2所示。