基于ZigBee技术的智能应急照明系统设计实现及解决方案

设计与研发2017.11
基于ZigBee技术的智能应急照明系统设计实现及解决方案
向辉，金虎
(国网湖北省电力公司荆门供电公司，湖北荆门，448000)
摘要：在传统的应急照明系统中具有较多问题，包括：应急灯使用寿命有限，人为控制不方便、系统功能单一等等。

为了解决这 些问题提出了基于ZigBee技术的智能应急照明系统。

此系统可以按照采集的数据以及所接收到的指令实现较为智能的自我 控制，同时能够对环境温度进行实时采集，并且能够进行活着预警等等。

本文主要介绍以ZigBee技术为基础的智能应急照明 系统，希望能够对相关人士有所帮助。

关键词：ZigBee技术；应急照明系统；技术设计；解决方案
Design and implementation of intelligent emergency lighting system
based on ZigBee Technology
Xiang Hui,Jin Hu
(State Grid Hubei electric power company Jingmen power supply company,Jingmen Hubei,448000) Abstract: in the traditional emergency lighting system has many problems,including:emergency lamp life
is limited,human control is not convenient,the system function is simple,etc..In order to solve these problems,an intelligent emergency lighting system based on ZigBee technology is proposed.The system can realize the intelligent self control according to the collected data and the received command,and can collect the environment temperature in real time,and can carry out the early warning and so on.This paper mainly introduces the intelligent emergency lighting system based on ZigBee technology.
Keywords: ZigBee technology;emergency lighting system;technology design;solution
〇引言
在传统的应急照明系统中，并没有针对应急灯实施实时的控 制和监测,这样必然会浪费较大的能源，或者出现电池过度充放 电的情况，这些情况的存在会很大程度上降低应急灯使用周期，进而加大运行成本。

另外，传统应急照明系统中各个应急灯间都 是相互独立存在,彼此之间并没有联系，无法实现应急灯的远程 控制，火灾险情的预警功能更是无从谈起。

对于智能应急照明系 统而言,其控制端与各个应急照明灯间主要输送的均为数据信息 或者控制指令，不需要占用非常大的内存，ZigBee技术的传输 速度能够达到250 kb/s[1]，完全能够达到智能应急照明系统传 输方面的要求，另外，ZigBee技术独有的性能尤其及其开放性 决定了其也可以很好地达到智能应急照明系统相关技术方面的 要求。

总之，在应急照明系统中应用ZigBee技术能够解决传统应 急照明系统中存在的诸多缺陷和不足[2]，促进其向着更加智能 化的方向发展。

1基于ZigBee技术应急照明系统实现难点
第一,远程控制方面。

主要指在监控中心实现系统内全部照 明设备的管理,更加具体的就是控制所有照明设备同时查看每个 设备所处状态。

第二，LE D灯的定时调光方面。

要在监控中心实现系统内照 明设备的调光操作，可以在LE D设备的基础之上能够达到节能效 果。

同时能够对路灯电量以及功率等参数进行采集，并且能够进 行储存显示。

I26
第三，数据采集管理方面。

用户要能够对实现照明设备环境 参数功能的选配采集，包括光线、温度、湿度以及噪音等等。

第四,智能管理方面。

能够实现配置控制策略，主要以时间、声 音、温度等等作为基准来进行任务的设定。

系统能够按照事先设定 的工作任务自动进行运行，从而实现照明设备的智能化管理。

第五，设备故障检测报警。

要能够通过相关芯片对设备工作 状态进行智能化诊断，并且能够将故障码传到控制中心，相关维 修人员可以借用故障信息快速找到故障位置，从而提升维修的效[3-4]
2基于ZigBee技术的智能应急照明系统解决方案 2.1总体方案
核心控制板由CC2430ZigBee芯片、DS18B20温度采集芯片 以及TSL2561光强采集芯片来组建，将其内嵌到所有照明灯中，构建应急路由器以及照明灯节点。

这样应急照明灯节点便能够添 加至ZigBee网络，实现本身工作及其周围环境状态等相关数据 信息的采集。

此外，系统中还有ZigBee芯片的收集节点，主要任 务是组建网络并接受应急照明灯节点的接入请求。

网络路由器节 点不但可以采集相关信息，它还需要转发路由器与协调器间的数 据包。

某个区域中的路由节点允许若干应急照明灯灯节点同时加 入并输送所采集到的数据信息；位于不同区域的路由器节点全 部都接入协调器中，同时相关数据信息汇总之后输送至协调器节 点。

ZigBee协调器节点不仅可以收集网络中所有应急照明灯传
甲孑测i i !
2017.11
设计与研发
输过来的数据信息，同时还可以针对这些数据信息作出简单分析 并总结，然后输送至上位机，经过上位机系统研宄分析之后便能 够获得所有应急照明灯节点具体方位及其附近火灾险情状态。

如 图1所示为基于ZigBee的智能应急照明系统示意图。

一般而言，智能应急照明系统由两大部分构成，分别为：应 急照明系统采集端、应急照明系统收集和监控端。

前者指的就是 位于照明灯安装场所的传感器，作用就是实现设备本身工作情况 数据信息、附近环境数据信息的采集，并且可以根据所采集的数 据信息判断附近是否存在火灾险情；后者指的就是位于值班室 或者监控机房的电脑以及在上位机工作的监控软件，应急照明系 统收集和监控端可以利用串口等方式实现和采集端之间的互相 通信，进而对所收集的数据信息进行分析处理，此外，还可以向协 调器节点下达相关的控制指令实现对系统的有效控制。

2.2应急照明系统采集端的实现方法 2.2.1硬件谢十
(1)
电路模块硬件的设计。

电路模块主要由三大部分构成，分 别为变压电路、过放过充保护电路以及来电断电控制电路。

以下 分别针对这些电路进行介绍。

应急照明灯节点供电电压只有9 V, 但是其接入的是220 V 的交流电压，因此必须使用变压以及整流 电路。

来电断电控制电路其作用就是如果有电时就需要对应急照 明灯电池实施充电，并且L E D 灯处于断电状态；一旦遇到停电， 电池则就会转变成为放电状态，并对L E D 灯进行供电，确保LED 灯通电并正常工作，维持此状态至来电或电池没电。

应急照明灯 电池若长期处于过冲过放状态，就会在很大程度上缩短铅蓄电池 使用寿命，因此电源电路中必须要有过充过放保护电路。

当电池 电压超过9. 2V 时充电电路就会被断开；反过来如果电池电压低 于9. 2V 时充电电路就会再次被闭合，实现电池的充电过程；另 外，当电池电压低于8V 时，为保护电池，此时的电池会停止放电，
L E D 灯停止工作。

如图2所示为电路模块设计图。

(2) C C 2430射频模块硬件的设计。

C C 2430作为一种无线 S 0C 芯片，其使用起来非常便捷，在无需其他电路的情况下便
能够实现正常无线通信。

C C 2430射频模块的构成部分主要有
芯片以及射频前端的巴伦电路，CC2430由应急照明灯内
田孑测a
部供电，供电电压为2~3. 6V 。

如图3所示为CC2430射频模块设 计图。

图2应急照明灯电路模块设计图
(3) 参数检测模块的设计。

按照设计要求，需要检测的主要参
数包括电池电压、周围光照条件以及温度等。

附近的光照条件及 温度分别利用TSL2561光照传感器和DS18B20温度传感器来进
行测量，而电池电压无需另外设计检测电路，直接利用CC2430本
身具备的8-14位可调A/D 转换就能够实现电池电压的测量。

(4)
串口通信硬件的设计。

串口通信模块功能就是实现
ZigBee协调器节点与P C 间的数据连接。

路由器节点以及应急 照明灯节点直接以无线的方式进行通信，不需要串口通信模块。

CC2430芯片具备两个可编程串口，分别为USART0和USART1,其 中前者属于优先使用串口，本系统就是选择USART0当作协调器 节点与上位机进行通信的串口。

如图4所示为串口设计示意图。

27
设计与研发
2017.11
2.2.2应急照明师点工作離
当给应急照明灯终端节点通上电之后便初始化，然后开始查 找网络并请求加入,上述流程完成之后便能够得到一个16位短 地址，该地址具有唯一性，主要作用就是网内节点识别。

节点在加 入网络之后便会请求和协调器进行捆绑。

若未发现收集节点，系 统便会每隔一段时间持续查找，直到找到为止。

捆绑成功后，节点 便能够向收集节点输送所采集的传感信息。

协议栈开始运行时需 要进行初始化处理，此时需要对任务添加函数进行调用,不同任 务对应着不同的任务初始化函数以及任务处理函数。

如图5所示 为详细流程图。

2_3系统ife H M 控端软件的实现
系统收集及监控端的作用可以表现在三个方面：其一，全面 收集系统采集端所采集获得的全部数据信息；其二，针对所采集 得到的数据信息进行处理分析并获得分析结果，基于该结果给出 火灾险情具体情况，并且将这些详细信息全部以较为友好的方式 呈现，包括所有应急照明灯节点的具体方位、详细参数以及工作 状态等;其三，向对应的应急照明灯节点下达检测或者控制指令, 以达到检测并控制急照明灯节点的目的。

利用RS-232,上位机就能够实现和协调器节点之间的通信。

上位机软件一般情况下都是通过Java语言来进行开发,然后在 Jcreator l e 环境下进行调试。

其中上位机软件功能就是收集串 口收集节点输送过来的数据信息，然后对这些数据信息做出简单 处理，同时将节点输送过来的数据信息储存到数据库中，向相关 节点下达控制指令，对节点附近温度、光照条件等详细情况进行
显示，火灾险情的实时预警等。

如图6所示为详细的工作流程。

3结束语
由于传统照明系统存在很多方面的问题，为了解决这些问题 可以采用以ZigBee技术为基础的智能应急照明系统。

该系统主 要是以无线传感网络作为基础,在应急照明灯中植入CC2430芯 片和传感器芯片，这样就能够使得应急照明灯可以按照周围的光 照强度、温度以及电池电压等相关数据信息实现应急照明灯的智 能控制，这样可以达到节能减排的目的，并在一定程度上延长应 急灯使用寿命。

同时也能够利用无线网络把所采集获得的温度、 光照强度、电池电压等数据信息输送至上位机，并能够接受上位 机下达的指令来实现智能控制以及火灾预警方面的功能。

图6上位机软件流程图
参考文献
[1] 刘明生，苗森，李燕.基于ZigBee 技术的智能应急照明系统[J ].
消防科学与技术，2013(01): 15-17.
[2] 戴祥南,袁纵横，江志强.基于ZigBee 技术的智能家居系统[J ].
桂林电子科技大学学报，2014(36):88-91.[3] 吴光荣，章剑雄.基于ZigBee 技术的无线智能照明系统[J ].
现代电子技术，2008(14):22-25.
(上接第38页）
只需要调节一次间距即可，因此图像的识别只需要在工作前拍摄 照片进行图像的预处理、图像上行距的判别以及田间玉米株距的 真实距离的求取。

参考文献
[1] 施文化.农业机械自动化的现状及其推广模式[J ].河北农
机,2015,(08):26-27.
[2] 吕继东.浅谈国内外采摘机器人[N ].中国农机化导报,2014-04-28(008).
[3] 蔡健荣，周小军，李玉良，范军.基于机器视觉自然场景下成
熟柑橘识别[J ].农业工程学报,2008，(01):175-178.
[4] 刘光灿.基于机器学习的物体识别[D ].上海交通大学，2013.[5] 胡耀.自然场景中物体识别算法研究[D ]•华南理工大
学，2016.
[6] 王玉亮，刘贤喜，苏庆堂，王朝娜.多对象特征提取和
优化神经网络的玉米种子品种识别[J ].农业工程学
报，2010，(06):199-204+389.
[7] M .W . Spratling . A neural implementation of the Hough
transform and the advantages of explaining away [J ]. Image and Vision Computing ,2016.
[8] 陈俊杰，吕剑，降爱莲.改进的Hough 变换直线段检测方法[J ].
微计算机信息,2010,(21):211-213.
28
is
iiia。