基于ZigBee網絡的校園戶外照明管理系統

曹佳維++杜榮旭++黃淵森++李德龍

照明光源的研究日益成熟，在智能化物聯網化的今天，照明的智能控制還是短板，尤其是照明需求量大的校園。ZigBee是一種雙向無線通訊技術，擁有低功耗、低成本、低復雜度、延時短和網絡容量大的特點，與藍牙、Wi—Fi相比更適用于校園戶外照明管理的數據傳輸。本文將重點介紹基于ZigBee網絡的校園戶外照明管理系統的設計想法，使校園照明戶外照明管理更加智能化。

ZigBee技術控制智能化

一、關于戶外照明與校園戶外照明的分析

1、戶外照明現狀分析

十三五規劃中，在各級政府的報告中多次出現了智能城市等相關的詞匯，智能照明作為智能化城市的一部分，則是扮演著其重要的作用，并且如今的戶外照明的增速已經超過40%，市場的潛力巨大，如今的LED技術則是被廣大的應用，先進的光源技術更加需要的是先進的控制技術。同時有相關的專家提出，智能化的照明不應該是局部開關控制，而應該是真正意義上的實現智能化，真正的體現出它的智能化，由此可見，戶外照明的智能化已經成為以后發展的必然趨勢。

2、為何選擇校園的戶外照明

如今的校園戶外照明主要涉及路燈及部分指示性燈具，其中部分高校已經安裝LED路燈，例如天津工業大學自制的LED路燈已經運行十余年，但智能的控制系統至今還不完善。所以此次的智能化設計針對于學校主要有以下幾點。第一，學校屬于國家教育的支柱，很多新生事物的興起與發展都在學校發起，具有領頭羊的作用；第二，學校的師生以及工作人員有著較為規律的作息時間，對于整體的人員的管理較為容易；第三，學校的戶外照明利用率低，尤其夜間休息后，學校封校，無人走動，造成資源的大量浪費。基于以上幾點，我們對學校的戶外照明進行智能化控制。

二、ZigBee技術簡介

ZigBee是一種雙向無線通訊技術，可工作在2.14GHz、868MHz和915 MHz頻段上，具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率。作為一種無線通信技術，ZigBee技術具有如下特點：

（1）低功耗：由于ZigBee的傳輸速率低，發射功率僅為1mW，且采用了休眠模式，功耗低，因此該設備非常省電。

（2）成本低：由于該模塊的復雜度低，ZigBee協議免專利，且所使用的頻段無需付費，故成本較低。

（3）時延短：通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延為30ms，休眠激活的時延是15ms，活動設備信道接入的時延為15ms。

（4）網絡容量大：一個星型結構的ZigBee網絡最多可容納一個主設備和254個從設備和，一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡，且網絡組成靈活。

（5）ZigBee、藍牙及Wi-Fi技術的對比

如今的無線傳輸技術主要有ZigBee、藍牙、Wi-Fi等，它們各有自身的獨特之處。下表詳細地列出了這三種技術在單點覆蓋距離、電池壽命、傳輸速率等方面的指標。

對比上述三種技術不難發現，ZigBee技術在低功耗、低復雜度以及低成本方面都表現不俗。

三、校園戶外照明智能化的具體功能介紹

我們的主體設計是應用ZigBee模塊將校園網絡中的燈具與傳感器等進行連接，讓其具備自動開關、故障檢測、人員管理、數據分析等一系列的功能，實現節能減排加智能化校園的目的。

1、自動開關功能

我們在每個燈上面加上了一個人體檢測模塊以及紅外模塊，當有人或者車輛靠近的時候可以提前的開啟路燈，同時將信息傳遞給下一個路燈，讓其提前到的打開路燈，為體驗者提供更好的照明效果，當一段時間檢測不到人或者車輛的時候，降低燈具的光照強度，從而減小燈的耗能。

2、故障檢測功能

在燈具的底端，我們還裝有一個光強檢測模塊，讓其對光強有一個時實的檢測的功能，同時對于異常的數據，例如人體檢測模塊檢測到人，但整體的光強卻沒有明顯的變化，說明燈具的某些部位產生了故障，這時候通過ZigBee的通訊傳輸給信息的終端，人們就可以進行更快的維護，更加的節約了成本。

3、人員管理功能

通過人體檢測、紅外等的監測，再者就是ZigBee通訊網絡的行成，信息的終端可以收到各個位置傳來的報告，路燈的亮與滅，其實就是人們活動范圍以及頻率的體現，通過這種方式我們可以更加清楚的了解整個學校人員的流動，并且對夜間的防盜提供了更有利的保障。

4、數據分析功能

每隔一定的區域，我們會設立一個小型的數據分析站，對整個的校園的戶外燈具的使用情況做一個整體的統計與分析，為未來更加節能及智能話的產生，做了良好的數據基礎，并對自己的產品的優化做了良好的保障。

我們此次的想法已經通過了實驗室階段的驗證，全部符合相應的功能要求，軟件與硬件功能正常，且具有良好的穩定性，但是距離成品的發布還需要一定的時間，今后的優化與革新將是我們的發展新方向。

四、總結

在智能化物聯網化的今天，如何選擇合適的技術與日常使用巧妙的結合是很重要的。利用低功耗低成本的ZigBee技術與復雜的校園戶外照明控制系統相結合，讓校園戶外照明控制更加便利簡潔，也節約了社會資源，起到了節能減排的作用。

參考文獻：

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[2]謝金龍.物聯網無線傳感器網絡技術與應用.人民郵電出版社，2016.

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