基于Zigbee的路燈控制系統設計

吳高標

為了研究Zigbee技術對路燈的控制及其系統構架使用情況。通過對系統結構，軟件設計進行探討。探究其系統功能缺陷與下部發展情況。為我國節能減排及其智能化照明指明方向。

【關鍵詞】Zigbee技術 路燈 控制 系統

當前隨著高科技智能控制技術的進步，不僅在公共路燈功能性的基礎上要求越來越高，更要求安全、節能、夜景美化等功能；例如上海市博園安裝的無線景觀路燈照明，是美觀與功能性的雙重詮釋。本文基于無線網絡技術，在智能化控制框架下選用 Zigbee 技術實現路燈智能節電功能。

1 系統結構

該系統主要設備構件有：路燈、燈桿、路燈控制器、集中器、配電箱、集成控制柜及其它需要擴展的設備等，系統整體架構由應用層、服務層、匯聚層和節點層構成，如（圖1）所示。其中：主控室設置終端服務器，通過接線盒分配至監控客戶端，完成系統配置方便用戶操作。并通過遠程數據采集存儲和傳輸便于數據共享與調用。集中器是系統的網關和Zigbee子網的簇頭，上行數據采用GPRS/3G移動通訊網絡與服務器進行通訊，下行數據采用Zigbee無線通訊與路燈控制器進行通訊，完成數據采集、指令分發和路燈輪詢工作；外線路燈由路燈控制器進行控制，從集中器獲取指令，執行開關燈或調光動作，并獲取路燈運行數據，如工作電流、電壓、功率、溫度等參數，上傳至集中器。

2 系統軟件設計

系統軟件的設計需要經過先期的可行性論證。待數據抓取成功、通訊檢測合格、信號命令傳輸正常后方可通電測試。通電前系統會進行自動初始化自檢，確保各模塊斷路器正常，通訊暢通。若準備就緒則可進行算法決策性命令的輸出，實地查看路燈開關狀態是否受系統軟件控制，并測試Zigbee網絡穩定性。選取各測點數據進行核對，網絡各端口Zigbee模塊監控界面功能齊全，運用可靠。

2.1 采集、檢測遠傳信號實現程序化處理

路燈自動化開關的實現需要現場感知探頭的決策，在此方面選有具備充分靈敏性的光敏電阻來感知環境光線變化最終通過電信號轉換發送至ADC模塊，在此通過信號轉換，數字化平滑處理后最終聯入Zigbee網絡。進行程序化算法決策然后發送出數字濾波后的電信號至終端路燈進行調整。

2.2 通信程序設計

系統通信程序包括各路燈間的節點通信與路燈節點與監控中心之間遠傳通信兩部分。

2.2.1 路燈節點之間實現通信

路燈節點之間實現通信，主要功能有2點，

（1）確保夜間照明區內在無行人與車輛情況下路燈處于微亮節電狀態；

（2）檢測探頭在監控到有行人與車輛經過時第一時間觸發路燈節點開啟路燈并轉為全亮，隨即預測車輛軌跡，觸發下一盞路燈為全亮，確保行人或車輛的出行安全。

2.2.2 監控軟件功能設計

監控軟件應具備高標準的系統錯容與穩定性。其主要功能為監控路燈當前工作狀態與健康信息，確保區域內照明工作正常，嚴防偷電漏電，蓄意破壞等危險行為。而在數據采集上監控軟件應具備不同線路的用電量與損耗量，確保供電配給平衡，監控到電力數據異常時可以及時進行調整。晚間或者惡劣天氣情況下應對路燈的瞬時光通量進行調節，實現不同照相需求的路段路燈亮燈率與光通量動態調整，在確保交通安全與人們出行便捷的情況下最大限度節約電力，減小路燈損耗。在故障維修與調試階段可通過串口配置界面設置相應的串口配置參數，通過Zigbee的配置程序可讀取Zigbee模塊的網絡ID號、波特率、網絡地址、MAC地址，可以方便的設置Zigbee模塊的網絡ID號、波特率，通過路燈調試界面可以讀取該街道路燈的環境光強、路燈光強、功耗、是否故障等信息。

3 系統功能

通過自控程序與感知儀表的配合性使用，路燈控制系統具備如下功能：

（1）全面監測區域路燈總線運行情況，進行線路單位的一鍵式啟停；

（2）根據環境光照強度與時間進行手動/自動的切換設定；

（3）具備單燈監測功能，綜合監測能耗，光照強度等參數。并且可以隨時遠程調控；

（4）具備行人及其車輛流量監控功能，能根據車流量進行亮點微調與定時開關功能。例如天剛剛亮時路燈監測到自然光，并且逐漸減小其功率并逐漸調整變暗，待自然光亮度足夠時自行關閉；

（5）具備電纜及其單燈的故障監測功能，能及時判斷故障類型，并進行遠程報警，指示操作人員進行正確定位。

4 結語

智能化和網絡化控制路燈是未來路燈控制的發展方向和必然趨勢。隨著技術的進步和城市發展的需求，無線傳感節點集成度與普及率會越來越高，價格會越來越低，路燈控制系統的功能會越來越全，路燈的自動化管理和無線通信技術的結合應用也必然會越來越廣泛。

參考文獻

[1]劉星.基于Zigbee的路燈控制系統設計與分析[J].經營者，2014（10）.

[2]高云紅，梁小廷，張慶新.基于ZigBee的智能路燈控制系統設計[J].現代電子技術，2013（19）：29-32.

[3]黃沈磊.基于ZigBee的自組網無線路燈控制系統研究與設計[D].蘇州：蘇州大學，2010.

[4]劉鐵超.基于ZigBee的校園路燈控制系統的設計與實現[D].大連：大連海事大學，2014.

作者單位

臺州學院 浙江省臺州市 317000