基于ZigBee無線網絡路燈監測控制系統的設計

摘要：本文介紹了一種利用短距離無線接力方式實現遠程路燈控制的方案。該系統將通過ZigBee短距離無線蜂窩網絡和CDMA/GPRS無線移動網絡共同組網，利用DSP控制系統來控制路燈的使用情況，使得該系統具備設備安裝方便、組網方式靈活、節約能源等突出優點，具有很大的市場應用前景。

關鍵詞：ZigBee蜂窩網絡；數字信號處理器(DSP)；無線路燈控制；無線移動網絡

中圖分類號：TN919.2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-3315(2010)5-164-001

隨著各種無線網絡技術的發展、成熟，使得靈活控制每一盞路燈的應用成為現實。本文介紹了采用ZigBee蜂窩網絡+CD-MA/GPRS無線移動網絡組網，構建功能強大的四遙(遙測、遙控、遙信、遙調)無線網絡，從而實現集實時的本地故障監測、模塊自動重啟、遠程監控管理為一體的無線路燈控制系統。

ZigBee是一種基于IEEE802.15.0標準的短距離、低速率無線網絡技術，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用，主要用于無線傳感器網絡和測量控制方面。國際上，IEEE802.15.4工作組及ZigBee聯盟共同致力于該無線連接技術的推廣工作，其中。IEEES02.15.4工作組主要負責制定ZigBee物理層及MAC層協議，其余協議主要參照和采用現有標準，以便于今后不同廠商、設備的互聯互通；ZigBee聯盟則負責高層應用及市場推廣工作。于2002年成立的ZigBee聯盟如今已經吸引了上百家芯片公司、無線設備公司加入。

1.系統組成

本系統采用三級網絡組成，分別是監控中心、控制主站、路燈控制器。如下圖所示：

監控中心：由服務器、監控終端組成。

控制主站：采用CDMMGPRS無線傳輸網絡(TCP/IP方式)。將采集到的管轄內的路燈信息傳輸至監控中心，同時接收監控中心下發的指令，進行各個路燈的控制。

路燈控制器：采用ZigBee無線網絡組網，同網關分中心組成一個無線網絡，各個路燈控制器采取級聯方式，將本地檢測的數據傳輸至網關分中心，并通過網關分中心上傳至監控中心。

2.系統硬件設計

為了進行模塊化設計，系統硬件主要分為三個部分：主控制電路、ZigBee無線接口、CDMMGPRS無線接口。

主控制部分采用TI公司的TMS320C203，該芯片是美國TI公司推出的TMS320C2XX系列的定點式數字信號處理器，該產品以高速、低功耗、低成本、易于開發為顯著特點。芯片內置544字的高速SRAM。外部可尋址64K字程序/數據及I/O，指令周期在25ns-50ns之間，實時性處理比16位單片機快2倍以上，可取代一般的單片機。

ZigBee無線接口采用CC2431，該芯片是美國Ⅱ公司收購無線單片機公司CHIPCON后推出的全新概念新一代ZigBee無線單片機系列芯片。CC2431是一款真正符合IEEE802.15.4標準的片上SOC ZigBee產品。CC2431除了包括RF收發器外，還集成了32/64/128KB的Flash內存、8KB的RAM、以及ADC、DMA、看門狗等。CC2431可工作在2.4GHz頻段，采用低電壓(2.0～3.6V)供電且功耗很低(接收數據時為27mA，發送數據時為25mA)，其靈敏度高達-91dBm、最大輸出為+0.6dBm、最大傳送速率為250kbps。

3.系統軟件設計

控制主站軟件設計：在系統設計中，控制主站是路燈管理中心和路燈控制器之間數據交互的橋梁，通過控制主站，將路燈管理中心的控制、配置、查詢等命令轉發至路燈控制器，同時將路燈控制器執行命令的結果、獲取路燈的狀態上傳至路燈管理中心。

路燈控制器軟件設計：在系統設計中，路燈控制器是整個系統的執行機構，所有路燈控制器組成一個級聯的無線網絡，遠端的路燈控制器可以就近通過其他路燈控制器將信息轉發、下達，并根據監控中心的各種指令完成對路燈的控制及路燈狀態的采集。路燈控制器軟件由主程序和中斷服務程序構成。

后臺軟件設計：路燈管理中心軟件采用Visual C++編制，使用SQL Server數據庫，采取C/S(客戶端，服務器)結構，通過響應操作人員的指令，對前端路燈控制器進行控制、配置、查詢。主要完成用戶登錄、口令管理、指令下達、數據采集、統計報表、工作情況判斷、電子地圖顯示、數據存儲等功能。無線路燈監測控制系統主要功能：

>主動問詢功能：監控中心可以主動問詢每路路燈的開關狀態、電流電壓、電量等數據。

>主動控制功能：監控中心可以隨意開關任何一路路燈或開關自定義群組的路燈。

>自動控制功能：現場按季節變化、每日計劃等自動調節路燈開關時間，同時允許交叉控制、分組控制。

>報警功能：通信中斷、亮燈率過低、未按時開關等情況出現時，監控中心有報警顯示。

>顯示功能：電子地圖上顯示每路路燈的開關狀態及其它重要信息。

>數據存儲功能：現場監控設備和服務器上的數據庫中存儲歷史記錄。

>數據查詢功能：監控中心可以查詢任意時間段每路路燈數據信息。

>曲線報表功能：可以生成電流、電壓、電能、亮燈率、開關時間的分析曲線和報表。

>遠程維護功能：監控設備中的采集和通信模塊具備遠程參數設置和維護功能。

>拓展功能：系統可自由增減監控設備的數量；監控設備可以擴展其它功能。