基于zigbee的智能节能路灯控制系统设计
基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计
基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计
引言
随着我国城市化建设的深入，大中型城市中智能化管理的高档小区、花
园别墅、综合设施等( 以下统称智能小区) 需要有与其配套的高效环保的智能化照明控制系统，要求在对照明设备信息的获取和控制方式上做到远程化、智
能化、个性化。
现代智能小区的照明设计已不仅是小区道路和庭院的照明设计，往往还包括一些景观照明设计。
小区主干道照明、支路照明、绿化景观照明可
分别采用单独回路供电，这样可以根据不同需要，对各处的照明实行单独控制，节约电能。
1 ZigBee 协议应用于智能小区照明的优势
ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中，同时支持地理定位功能。
ZigBee 技术的较低数据速率以及较小通信范围的特点决定其适合于承载数据流量较小的业务。
IEEE802. 15. 4 协议定义了两个物理层标准，分别是2. 4GHz 物理层和868 /915MHz 物理层。
2. 4GHz 波段为全球统一无需申请的ISM 频段，有助于ZigBee 设备的推广和生产成本的降低;为了避免干扰，除了2. 4GISM 频段外，欧洲还采用868MHz 频段，美国采用915MHz 频段作为ZigBee 的工作频段。
这些频段都比较近，对信号合成器的程序稍微改动，就可以使用相似的硬件，从而降低生产成本。
由于这两个频段上无线信号传播损耗较小，可以降低对接收机灵敏度的
要求，获得较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖较大的区域。
ZigBee 网络含3 种类型的节点，即协调器、路由器和终端设备，支持星状、。
基于ZigBee的校园无线路灯控制系统的设计
图1校园路灯无线控制系统网络结构图1.2 系统整体结构校园路灯无线控制系统的硬件设计以无线单片机CC2430为核心，主要包括直流稳压电源模块、LED驱动电路模块、LED故障检测电路和CC2430无线收发模块等。
在整个无线网络中，每盏路灯对应一个ID，每个终端节点和路由分别控制单盏路灯，并由传感器获取的信息数据，再通过无线收发模块传送给网络协调器，协调器将收到的数据通过串口发送给PC机。
当LED路灯出现故障时，检测电路会发生报警信号并发送给PC机，便于路灯及时的检修与维护。
系统的整体硬件结构框架如图2所示。
2 系统的硬件电路设计2.1 CC2430无线收发模块本设计选用CC2430为核心控制芯片，作为无线通信模块，它具有标准的8051增强型处理器，是一颗交流（220V，50HZ）C441C431XTAL2可选1234563635343331AVDD_RF2AVDD_SW RF_N TXRX_SWITCH RF_P AVDD_RF1AVDD_PRE AVDD_VCO VCO_GUARD AVDD_CHP RBIAS2AVDD_IF132302928272625P1_7P1_6P1_5P1_4P1_3P1_2DVDD P1_1P1_0RESET_N P0_0P0_1789101112131415161718192021222324484746454443424140393837P 2_0D V D D P 2_1P 2_2P 2_3P 2_4D C O UP LA V D D _D R E G A V DD _D G U A R D D V D D _A D C AV D D _A D C A V DD_IF2P 0_2P 0_3P 0_4P 0_5P 0_6P 0_7X O S C _Q 2A V D 0_S O C X O S C _Q 1R B I AS 1A V D 0_R R E G RREG _OUT C4212.0-3.6 V电源（50 Ohm）天线L341L321L321L331L331C191C211C241R221XTAL1或PCB天线R261λ/2λ/2C341图3 CC 2430典型外围电路图PGNG HVIN EN L D 1μFCF 1k RES50pF 10nF 1μF 1μF RT 10μF C C 0SW OV VDD-5V VDD-DR RT COMP Sense+AGND Sense- 4.7 k S8550IN4007VCCRLRS-RS+1J1图4 LED 驱动电路2.3 协调器和路由器设计协调器和路由器均采用CC 2430无线单片机。
基于Zigbee的智能灯光控制系统设计
本科生毕业设计（论文）题目：基于Zigbee的智能灯光控制系统设计姓名：冯祥勋学号：11S010900926学院：电气工程与自动化学院专业：电气工程与自动化（自动化方向）年级：2009级指导教师：（签名）2013 年 05 月 20 日摘要在现代社会，自动化与智能程度不断提高的今天，家居智能管理必然是人们今后的唯一选择。
本文主要研究对象为家庭的照明，在通过比较传统照明方式，研究目前较应用的照明控制中发现家庭照明中往往存在一些致命的问题，如照明控制方式落后，甚至很大程度都还是采用机械开关，安全系数低，舒适性差，布线复杂等。
由于这些控制方式上的不足，极大的造成能源的浪费，甚至在控制的误区里出现室内无人，却灯火通明的现象。
针对这些不足，需要对控制做一个进一步的研究与开发。
本文较全面的研究了传统照明、现代照明的特点，通过比较得出优缺点，提出一种基于Zigbee的无线智能控制方案，即采用两块Zigbee功能板，一块导入光敏传感器和热释红外传感器，用作信号发射，另一块接入继电器模块，接收信号并控制灯光亮灭。
在这种控制方式下，只有室内有人，且光线不足时才点亮所需灯光，而在室内无人，光线不足的情况下，灯不亮，采用这样的控制方式能很好解决误开断和能源浪费的问题。
论文中详细介绍了整个控制系统的功能和控制策略，软件程序设计包括LED灯初始化、光敏传感器初始化、PIR传感器初始化、协议栈初始化，串口通讯等。
最后，在模拟实际环境下，测试可行性与性能。
实验证明，采用Zigbee无线控制能有很好的控制效果，并且可以显著提高节能效果，改善“无人灯亮”的问题。
关键词：Zigbee，光敏传感器，热释红外传感器，节能AbstractWith the improvement of the automation and intelligence in the modern society, home intelligent management inevitably becomes the only option for people in the future. By comparing the traditional lighting, this paper discovers some fatal problems on the control of home lighting, such as backward way of lighting control, namely, mechanical switch, which has low coefficient of safety, poor comfortablity and complex wiring. These shortages result in great waste of energy as well as nobody appears but brightly lighted in mistaken area. In order to make up these deficiencies, it needs to make a further research on the control system.This paper has made a comprehensive study on the characteristics of traditional lighting and modern lighting by comparing the advantages and disadvantages and has put forward a wireless intelligent control scheme based on Zigbee, which use two pieces of Zigbee function board: one worked as a signal emission, conducting the photosensitive sensor and pyroelectric infrared sensor; the other connected to the relay module receives the signal and controls the lights. Under this kind of control mode, only when the interior has people with insufficient light will the light lights. Otherwise it won’t. T his control method can well solve the problem of open circuit by mistake and energy waste. This paper details the function of control system, control strategy and software design including the LED lights initialization, light sensor initialization, PIR sensor initialization, protocol stack initialization and serial communication, etc..Finally, this paper tests the feasibility and performance in a simulated environment. The result shows that Zigbee wireless control not only has a good control effect, but also significantly improve the effect of energy saving and improve the problem of lighting up while there is nobody.目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 基于Zigbee灯光控制系统研究的背景 (1)1.2 现有灯光控制方案 (2)1.2.1 传统灯光控制 (2)1.2.2 声控有线自动控制 (2)1.2.3 光强无线灯光控制 (2)1.3 方案比较 (2)1.3.1 传统灯光控制方式 (2)1.3.2 声控有线自动控制 (3)1.3.3 光强无线灯光控制 (3)1.4 本文设计方案 (3)1.4.1 Zigbee无线智能控制 (3)1.4.2 Zigbee控制方案优势 (3)1.4.3 Zigbee控制研究意义 (4)第2章Zigbee简介 (5)2.1 Zigbee介绍 (5)2.2 CC2530 (5)2.3 基于CC2530实验板 (6)2.4 光敏传感器 (8)2.5 热释电红外线传感器 (9)第3章Zigbee无线智能灯光控制 (11)3.1 Zigbee无线控制结构 (11)3.2 设计说明 (11)3.3 系统软件的实现 (13)3.3.1 开发环境介绍 (13)3.3.2 系统初始化 (14)第4章硬件仿真结果分析 (19)4.1 硬件仿真调试内容 (19)4.2 调试结果分析 (19)4.2.1 模拟环境中，光照不足，但是有人的情景 (19)4.2.2 模拟环境中，光照不足且无人员 (20)4.2.3 模拟环境中光照充足，但没有人员 (21)4.2.4 模拟环境中光照充足，且有人员经过 (21)4.3 创新点及应用 (21)4.3.1 创新点： (21)4.3.2 应用： (21)4.4 存在的不足 (22)第5章总结 (22)5.1 工作内容 (22)5.2 展望 (23)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论1.1基于Zigbee灯光控制系统研究的背景随着电子技术的高速进步，社会经济的不断发展，人们的生活质量也不断的提高，生活节奏的不断加快。
一种基于ZigBee的城市智能路灯监控系统设计
一种基于ZigBee的城市智能路灯监控系统设计【摘要】为有效实现对城市道路路灯的智能化控制和精细化节能管理，本文设计了一套基于ZigBee技术的无线路灯监控系统，文中详细介绍了本系统的结构和功能，合理设计了系统硬件模块的组成及软件流程方案。
在实际应用中，取得了很好的效果。
【关键词】路灯无线监控系统；ZigBee技术；LED路灯终端1.引言道路照明是城市公共设施的重要组成部分，目前国内的道路照明系统大部分没有采用网络化监控管理，只能以区域为单位对照明设备进行简单的开关灯控制，多数城市路灯的开关控制仍由传统变压器（配电箱）分散控制，不能对路灯进行有效监控，缺乏灵活多变的操作系统，因此存在着一系列的问题：如系统复杂，难以统一管理；路灯覆盖面广，维护困难；开关控制效率低，电能浪费严重等。
针对目前城市对路灯照明控制和管理水平的不足，笔者设计了一套路灯无线监控系统，能对城市路灯实现智能化控制并有效节约电能。
本系统主要分为三层，分别是具有人机交互界面功能的路灯管理中心、汇聚路灯节点信息和发送路灯控制命令的路灯监控子站以及采集路灯节点信息的路灯控制终端。
采用GPRS通信和ZigBee无线通信相结合的技术手段，取代了传统的有线传输。
其中，路灯管理中心和路灯监控子站之间的通信采用GPRS技术，具有覆盖范围广、传输速率高的特点，且能实现远程异地操作；路灯监控子站和路灯控制终端以及路灯控制终端之间的通信采用ZigBee技术。
2.路灯监控网络的系统结构本设计采用GPRS技术与ZigBee技术相结合的方案，结合两者的优点，既节约成本，又降低了系统的复杂度。
系统采用“路灯管理中心一一路灯监控子站一一路灯控制终端”三层模式结构，实现对路灯的远程控制操作。
其中，路灯管理中心与路灯监控子站之间的通信采用GPRS技术，路灯监控子站与路灯控制终端以及路灯控制终端之间的通信采用ZigBee技术。
系统操作的对象是城市道路成千上万盏路灯，通过管理系统，负责监测路灯的各项运行状况，如监测当前路灯节点的电压、电流、功率等指标是否符合规范，并且能实现对路灯开关的简单控制。
基于ZigBee的路灯控制系统
基于ZigBee的路灯控制系统近年来，随着城市发展速度加快、人口增长率不断上升，以及城市规模的不断扩大，城市智能化已成为解决城市管理和发展的重要手段。
其中，路灯控制系统的智能化是城市建设和改善交通安全的重要组成部分，为此基于ZigBee技术的路灯控制系统应运而生。
本文将详细介绍基于ZigBee的路灯控制系统。
一、ZigBee技术概述ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，该技术具有低功耗、低速率、低数据量传输、低延迟等特点。
ZigBee技术可以将多个节点链接成一个网络，并实现节点间的数据传输，从而建立了广泛的应用场景。
ZigBee的无线控制技术，可以控制智能家居、智能城市、智能工厂等方面，ZigBee技术在智能家居、智慧城市和物联网等领域得到了广泛应用。
二、基于ZigBee的路灯控制系统基于ZigBee的路灯控制系统是一种智能化的路灯控制系统，实现了对路灯的远程无线控制。
该系统以ZigBee协议为基础，通过传感器接收光线变化、温度、湿度等数据信号，并通过物联网的技术与控制中心相连通，在实现对给定时段路灯的开启、关闭、亮度调节等控制功能。
基于ZigBee的路灯控制系统由节点、协调器和中心控制三个部分组成。
其中，节点由无线ZigBee模块、温湿度传感器、光照传感器、LED灯等组成。
三、基于ZigBee的路灯控制系统的工作原理（1）路灯节点的工作原理路灯节点由无线ZigBee模块、温湿度传感器、光照传感器、LED灯等各个部分组成，当节点上的光照传感器检测到光强度低于阈值时，会向协调器发送信号，告知其需要打开灯光。
相反，当光照传感器检测到光强度高于阈值时，则会向协调器发送信号，告知其需要关闭灯光。
（2）协调器的工作原理协调器由无线ZigBee模块、处理器等组成，在系统中充当着路灯节点与中心控制器之间的桥梁，实现节点之间的数据传输以及与中心控制器之间的通信。
协调器负责处理节点发送的数据，将其发送给中心控制器，并接受来自中心控制器的指令，将其传输到对应的路灯节点进行控制。
基于zigbee的智能路灯控制系统
系统关键技术分析在路灯控制系统所使用的关键技术，主要包括ZigBee技术、嵌入式操作系统FreeRTOS和微波多普勒原理。
1.1ZigBee技术Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。
IEEE802.15.4 是针对低速的无线个人区域网络（low-rate wireless personal area network, LR-WPAN）而制定的标准错误!未找到引用源。
该标准把能量消耗低、传输速率低、成本低作为目标，旨在为个人或者家庭范围内的设备的低速互连提供统一标准。
IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有如下特点：➢提供20kbps、40kbps和250kbps三种不同的传输速率；➢两种网络拓扑结构：星型、点对点；➢两种地址格式：16位、64位，64位地址是全球惟一的扩展地址；➢采用载波多路侦听技术（carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMA-CA）避免冲突；➢采用确认（ACK）机制以保证可靠传输。
而ZigBee协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
其特点是距离短、复杂度低、自动组织、功耗低、数据速率低、成本低错误!未找到引用源。
适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
ZigBee协议栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。
ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4(定义了RF射频以及与相邻设备之间通信)的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。
图2.1 ZigBee协议栈结构错误!未找到引用源。
1.1.1物理层规范错误!未找到引用源。
ZigBee的物理层是基于IEEE 802.15.4标准的。
IEEE802.15.4标准定义了两个物理层：2.4GHz和868/915MHz的物理层。
基于zigbee的智能路灯控制系统
系统关键技术分析在路灯控制系统所使用的关键技术，主要包括ZigBee技术、嵌入式操作系统FreeRTOS和微波多普勒原理。
1.1ZigBee技术Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。
IEEE802.15.4 是针对低速的无线个人区域网络（low-rate wireless personal area network, LR-WPAN）而制定的标准错误!未找到引用源。
该标准把能量消耗低、传输速率低、成本低作为目标，旨在为个人或者家庭范围内的设备的低速互连提供统一标准。
IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有如下特点：➢提供20kbps、40kbps和250kbps三种不同的传输速率；➢两种网络拓扑结构：星型、点对点；➢两种地址格式：16位、64位，64位地址是全球惟一的扩展地址；➢采用载波多路侦听技术（carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMA-CA）避免冲突；➢采用确认（ACK）机制以保证可靠传输。
而ZigBee协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
其特点是距离短、复杂度低、自动组织、功耗低、数据速率低、成本低错误!未找到引用源。
适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
ZigBee协议栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。
ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4(定义了RF射频以及与相邻设备之间通信)的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。
图2.1 ZigBee协议栈结构错误!未找到引用源。
1.1.1物理层规范错误!未找到引用源。
ZigBee的物理层是基于IEEE 802.15.4标准的。
IEEE802.15.4标准定义了两个物理层：2.4GHz和868/915MHz的物理层。
基于ZigBee技术的智能路灯控制系统设计方案 周永刚
基于ZigBee技术的智能路灯控制系统设计方案周永刚摘要：当前随着高科技智能控制技术的进步，不仅在公共路灯功能性的基础上要求越来越高，更要求安全、节能、夜景美化等功能；例如上海市博园安装的无线景观路灯照明，是美观与功能性的双重诠释。
本文基于无线网络技术，在智能化控制框架下选用 Zigbee 技术实现路灯智能节电功能。
关键词：Zigbee 技术；智能路灯；控制系统设计引言自二十一世纪以来，中国的城市化进程速度不断加快，在城市之中，针对路灯的建设规模和建设速度也呈现逐年增长的态势。
在进行路灯使用的过程中，所使用到的电能占据能城市交通系统当中，能源消耗的一大部分。
据有关资料表明，我国所有城市当中的路灯若全部打开，其功率超过 135 亿千瓦•小时，为了能够有效降低交通系统能源的消耗，有关部门便开始着手建立智能交通工程。
而针对路灯智能工程，最重要的是能够对其进行灵活有效的远程控制，并在此基础上，降低路灯的能源消耗，在此大环境中，交通部门确定了基于 ZIgbee 的智能路灯控制系统方案的研究。
1使用 zigbee技术进行路灯设计时需要遵循的原则设计人员在基于 zigbee 技术进行路灯设计时，需要严格遵守以下的原则：首先，在路灯的控制节点选择上，需要体积相对较小，并且安装较为简便的。
其次，所选择的路灯节点的硬件，需要有较强的可扩展性，并且在进行日后维护的过程当中也较为便捷。
第三，所选择的路灯节点应拥有良好的可靠性与稳定性，主要展现在，路灯节点在运行的过程当中，硬件对于环境的适应性较高，可以有效适应温度较高、湿度较大的环境。
而在软件的方面，路灯控制节点中的软件需要操作简单，并且拥有极强的可移植性。
最后就是从智能路灯控制系统的整体来看，该系统需要有足够高的性价比。
2智能路灯控制系统设计方案本系统采用 ZigBee 技术组建通信网络，自协调器和终端设备组网后，由协调器部分通过光敏传感电路采集到的光照强度转化成电压值经 CC2530 内部 ADC（模数转换）处理后由 CC2530 的 P0_5 脚输出相应的电平值。
基于zigBee技术的路灯节能监控系统.
基于zigBee技术的路灯节能监控系统基于zigBee技术的路灯节能监控系统类别：显示与光电路灯系统是城市基础设施的组成部分，是与人们日常生活紧密相关的市政公共设施。
同时绿色照明是当今照明界的必然趋势，随着城市化进程的加快和城市规模和数量的扩大，照明消耗，照明电费日益高涨，加剧了我国日趋紧张的能源供应。
因此建立路灯节能监控系统实现了路灯的集中控制、检测与管理。
结合相应的控制网络确保按时、按需点亮每盏路灯，并能有效的节省路灯的用电，延长灯泡的寿命，降低维护的成本，是现代能效型社会的目标。
当前路灯节能系统组网的方案中有基于电力线载波通讯的组网方式，GSM短消息控制。
ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术。
目前已经广泛应用于无线网络监控行业，并取得了较好的效果。
提出了基于ZigBee技术的无线网络的通讯系统。
在降低成本的同时能够克服电力线载波通讯中不能换相的问题，另外使用Mesh网络进行通讯保障了无线通讯的可靠性。
1 系统方案以及ZigBee技术在ZigBee网络中的设备分为FFD(全功能设备)和RFD(简化功能设备)两种。
FFD可以作为协调器和路由器使用，可以和FFD设备和RFD设备之间进行通讯；主要负责网络的组建和维护以及路由。
RFD设备一般为终端节点，互相之间不能通讯，完成信息的发送和接收。
ZigBee网络支持星型网、集群树状网和网状网三种拓扑。
网状网是一种高可靠性的AdHoc网络，与集群树状网不同的是，具有路由功能的节点之间可以进行通讯，从而网状网通过自组织和无线线路的功能可以提供多个数据通路。
当最优路径出现故障时，冗余的其他通路提供相应的路径。
因此网状结构缩短了信息传输的延迟并提高了通讯网络的可靠性。
路灯节能监控系统是由三层网络来实现的，如图1所示。
图1系统网络结构框图其中监控层主要有PC机完成系统的上位机监控画面，以及控制指令的交互设计。
中间层由每个子网的协调器组成，通过GPRS通讯技术将子网内的数据信息传送到系统上位机。
基于Zigbee的路灯控制系统设计
【 关 键 词 】Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ技 术 路 灯 控 制 系 统
一
一
当 前 随 着 高科 技 智 能 控 制 技 术 的进 步 ，不 仪 在 公 共 路 灯 功 能性 的 基 础 Ｉ ： 要求 越 求 越 高 ， 更 要 求 安 、 ” Ｉ Ｊ ｒ 一 Ｊ ￣ 、 伎 景美 化 等 功 能 ： 例 如 上 海 市 博 安装 的 无 线 景 观路 灯 照 明 ， 是 美 观 与
情的没备等， 系统 整体架构｝ ｛ ｊ 应用层、
服 务层 、 ｌ 策层 和 节点 层 构 成 ，如 （ 图１ ） 所 示 其ｒ ｔ ｌ ： 捧 窀 设置 终 端 服 务 器 ，通 过 接 线 盒 分
配 监 拎 端， 完 成 系 统 配 置 方 便用 户 操 作 。
操ｆ １ ： 人 员进 行 正 确 定 ｆ 。
４ 结 语
智 能 化 和 网 络 化 控 制 路 灯 是 未 来 路 灯 控
健康信 息，确保【 域 内照明 ｒ ＝ 作Ｊ ｌ ： 常 ，严 防偷 电漏 电，蓄意破坏等危险行为。而 数据采集 卜监 控 软 件 应 具 备 同 线 路 的 用 电 量 与损 耗 量 ，确 保 供 电 配 给 平衡 ， 蠊 控 到 电 力数 据 异 常
２
．
２ 通 信 程 序 设 计
（ ３）具 备 单灯 豁测 功 能 ，综 合 豁 测 能 牦 ， 光照 强 度 等 参 数 。 并 Ｈ町 以 随时 远 程 调 ：
灯 控 制 器 、 集 Ｉ ＿ 器 、 配 电箱 、集 成 控 制 柜 及 其
系统通信 程 序包括 再路 灯 Ｉ Ｔ ｉ Ｊ 的 竹点 通 信 与路 灯 节 点 与 ： 监控 ＿ ｛ １ 心之间远传通信两部分 。 ２ ． ２ ． １ 路 灯 节 点 之 问 实 现 通 信 路灯节点之问实现通信 ， 主要 功 能订 ２点 ， （ Ｉ ）确 保 夜 照 明 区 内存 无 行 人 与 １ 辆
基于ZigBee的智能LED路灯监控系统的设计方案
基于ZigBee的智能LED路灯监控系统的设计方案与信息数据以及信息的正确性。
这样便可大大的提高数据的可靠性与稳定性。
2.1.3 故障报修本系统采用华为公司的GTM900C 无线通信模块来反馈故障信息，这是一款两频段GSM/GPRS 无线模块，支持标准AT 命令及增强的AT 命令，可提供丰富的语音和数据业务等，支持Text 和PDU 格式的SMS（Short Message Service，短消息），可通过UART 接口与单片机通信。
路灯管理人员通过液晶显示屏可知道当前路灯状态。
若路灯出现故障，微控制器将分析反馈回来的信息，将有故障的路灯信息显示在液晶显示屏上，并向指定的手机号码发送短信，告知故障路灯信息。
路灯维护人员通过短信即可知道路灯故障的原因，这将减少维修时间，提高维修效率。
2.2 无线通信（ZigBee）模块本系统ZigBee 模块采用的是DIGI 公司生产的XBee S2 模块，该模块是一款超小型但功能完善的ZigBee 收发器，其接口简单，易于使用，具备防水、防雷和防冲击的性能，并且可以满足室外各路灯间的距离要求。
是一款把ZigBee 协议内置进Flash 里的ZigBee 模块，其内部已经包含了所有外围电路和完整协议栈，能够立即投入使用。
PC 上有专门的配置工具X-CTU，采用串口和用户产品进行通讯，并可以对模块进行发射功率，信道等网络拓扑参数的配置，使用起来简单快捷。
本项目中XBee 模块通过UART 接口直接与MEGA 2560 控制器的串口0 相应管脚交叉相连。
XBee 模块的通信系统原理结构如下路灯上采用热释电红外传感器来检测有无行人，行人检测原理如下路灯上的亮度检测传感器采用TAOS 公司推出。
基于Zigbee的智能路灯控制系统的研究
基于Zigbee的智能路灯控制系统的研究随着社会的不断进步，人们的节能环保意识逐渐加强，作为重要电能消耗的城镇道路照明系统，其环保节能的效果对国民经济发展产生重要影响。
所以目前运用先进的科学技术，探寻环保节能效果更好的控制系统具有重要的社会价值和经济效应。
本文根据实际应用需求，以zigbee技术为研究基础，对智能路灯控制系统进行科学分析，构建高效实用的路灯管理监控系统，确保路灯照明系统低耗能、高效率地安全运行。
标签：Zigbee；智能路灯；控制系统；研究分析1 引言近年来，城市建设规模不断扩大，城镇照明系统得到空前发展。
然而受人力、经济、技术等方面的影响，针对路灯照明的管理控制以及维修养护等方面存在很多不足之处。
在科技高速发展的背景下，在路灯系统的设备配置、环境监测等环节实施先进的技术手段，使系统功能大大增强，建设成本有效降低，进而提高路灯系统的智能性、实用性、经济性和安全性。
目前zigbee通讯技术在路灯的控制方面应用较广，使路灯施工安装更加便捷，使用更加安全可靠，所以致力于探索基于zigbee智能路灯控制系统的构建的具有较高的应用价值和研究意义。
2 Zigbee技术定义从学术意义上来讲，zigbee技术就是一种无线局域网络。
该技术具有结构简单、功耗低、传输数据速率低、成本低、适合近距离传输的新型无线传输技术。
该技术是以IEEE802.15.4为基础标准的链路层、物理层和MAC层，以及zigbee 协定的网络层、应用层和加密业务等。
Zigbee拥有教学的网络宽带，较小延时性和较低的功耗，工作所需电源通常依靠干蓄电池供给。
此外该项技术可结合传感器，应用较为简单，有较高的通信效率和安全性。
3 智能路灯系统的主要功能智能路灯应当能够进行“单灯单控”式操作，可以监控每盏灯的功率、电流、电压等数据；根据实际需求，设计可以控制不同的照明模式的系统软件；可跟随季节变化以及日出日落的不同时间，对路灯的开关时间能够自动调节，并且能够自行完成电源的通断；实施有效控制策略，完成夜间别个时段路灯自动断开；在回路中，用无线传输或者有线网络的方式来实现采集器与终端至今啊的信息传输；系统中的每个回路部分应当具备数据计量能力，利用无线网络及通讯技术对电表数据进行远传，同时将用电量传到监管平台，并且能够自动形成报表，与监管平台进行有效对接。
基于ZigBee的智能LED路灯控制系统设计
基于ZigBee的智能LED路灯控制系统设计文章详细介绍了一种新型的基于ZigBee的智能LED路灯控制系统，它通过PWM（Pulse-Width Modulation）调光技术分时段对路灯进行光照强度的调节，区别于传统路灯的亮灭两种状态。
其中，系统的路由节点和协调器节点选用TI 公司的CC2430芯片作为光照数据采集处理的节点硬件平台。
标签：ZigBee；LED路灯；PWM；CC2430引言文章设计的智能路灯控制系统的路由节点和协调器节点选用TI公司的CC2430芯片作为光照数据采集处理的硬件平台，并且具体讨论了采用CC2430芯片LED路灯照明系统的设计方案。
该方案实现了无线智能化亮度可调的照明技术和系统运行过程中对其实时监控的功能。
文章对基于ZigBee的智能LED路灯控制系统进行了整体的设计，分别实现系统的节点硬件和软件的具体功能[1]。
1 系统的方案设计基于ZigBee协议的智能LED路灯控制系统可以分为三个部分：（1）终端控制：控制中心利用上位机软件对系统进行整体监控，实时监控路灯运行状态和接收采集到的信息。
（2）远端接入：由GPRS与ZigBee协调器共同组成，控制中心通过Internet 发出的控制信号由GPRS接收后转为ZigBee信号传输至每盏路灯[2]。
路灯网络上传至网关的各种参数信息也由GPRS发送至控制中心。
（3）单灯控制：每盏路灯都装有基于ZigBee的无线路灯控制器，它们一方面接收协调器发出的ZigBee信号并执行相应的操作，另一方面采集电流、电压、光照度等信息传输至控制中心，并可以根据需求产生PWM信号至LED驱动来调节路灯的亮度。
系统方案设计框图如图1所示。
2 系统的硬件设计2.1 LED驱动电路设计该系统选用HV9911芯片来设计变压电路来驱动LED，HV9911是一款高电压PWM LED驱动控制芯片，而且不需要额外的电压，因为它有一个9V-250V DC 的输入电压稳压器，可以由单一输入电压提供工作电源。
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基于zigbee的智能节能路灯控制系统1 引言传统的路灯节能系统存在着智能化程度低、通讯稳定程度差、路面照度分布不均等问题。
目前路灯电费和管理费用是政府的一项巨大的财政支出。
从路灯节能控制系统的成本、可靠性、信息化、应用前景等方面考虑，采用ZigBee无线自组织网络技术无疑是可以实现路灯节能控制系统的智能化、信息化、可靠性高、低成本的目标。
2 系统方案本系统采用ZigBee和GPRS无线网络两层网络。
ZigBee路由节点安装在路灯灯杆上，起着控制路灯节能和为其他节点的信息中寄的作用。
在系统各子网路灯控制器通信采用ZigBee协议，无需通信费用，子网控制器是采用GPRS数传终端，对子网采用ZigBee协议与路灯控制器通信，对系统中心通过GPRS通信。
ZigBee网络协调器负责建立网络和管理网络，形成一个ZigBee子站，远程控制中心通过GPRS网络于ZigBee子网相联。
①路灯控制器主要功能有：控制路灯开关、亮度调节、电流采集、电压采集、计算功率以及功率因数等。
②子网控制器（GPRS数传终端）主要功能有：接收和发送子网的所有路灯控制信号、数据记录、报警处理等。
它负责控制子网的路灯控制器运行，将系统中心的命令下达给路灯控制器，将路灯控制器及线路信息反馈系统中心。
子网控制器处于系统中心和子网路灯控制器的中间，向上通过GPRS同系统中心通信，向下则是通过ZigBee通讯协议方式，同各个路灯控制器通信。
③系统中心系统中心主要实现通过系统控制软件对子网下的路灯控制器进行远程数据访问和控制，包括参数配置，控制命令发送、现场灯具状态收集等。
能够显示路灯状态（亮度、电压、电流、功率和功率因数）信息，能够远程控制路灯的开关和调节路灯的亮度，可以实现时序调度事件、读取数据记录、监视事件和报警应答等操作。
3 节能策略控制模型采用基于功率的闭环控制系统。
在容许的超调亮围实现对路灯功率的自动调节，通过单片机控制可控硅的导通角，对路灯的功率进行调节。
智能感应控制。
白天，当光线达到预期要求时关灯；晚上，当有人或车辆经过时，控制路灯自动控制打开路灯或者增强路灯的亮度；而在一段时间没有人或车辆经过，自动延时后关闭路灯或者减弱路灯亮度。
系统控制网络拓扑图系统架构图4 系统功能介绍(1)自动巡测功能：系统中心可以自动巡测每路路灯的开关状态。
(2)数据采集功能：采集电流、电压、功率因素等数据。
(3)过载保护：通过采集到的数据进行处理判断，保证负载处于合理围。
(5)控制功能：系统中心可以随意开关任何一盏路灯。
(6)自动控制功能：现场按预先设计好的时间计划自动调节路灯开关时间。
(7)报警功能：故障出现后，系统中心可以准确获取故障灯的位置信息，工作人员可以在最短时间赶到现场进行维护。
通过采集电力线的电流、电压状况，通知系统中心，从而进行防盗处理。
(8)数据存储功能：可对路灯安装和时间、地点、运行参数、工作时间等用户关心的信息进行记录存储。
(9)数据查询功能：系统中心可以通过互联网查询任意时间段每路路灯数据信息。
(10)远程维护功能：进程网络维护，控制模块具备远程参数设置和维护功能。
(11)信号传递功能：将任一路灯所在处人和车辆的情况传递到下一个路灯，可以通知下一个路灯提前点亮。
5 具体实施方案和过程5.1灯泡亮度调节控制方法利用可控硅实现基于单片机的可控硅功率调节电路。
可控硅调节功率具有不冲击电网、对用电设备不产生干扰等优点，是一种应用广泛的功率调节方式。
所谓功率调节就是控制在给定周期可控硅的导通时间，从而改变负载功率，实现功率调节。
实现可控硅功率调节须解决3个技术关键：(1)获取工频交流电源的过零脉冲，作为触发双向可控硅的同步脉冲；(2)将控制算法得到的控制量变为可控硅在给定周期的导通时间；(3)隔离工频交流电源强电对微机系统和控制电路弱电的干扰。
可控硅功率调节电路如图1220V220VP1.2P1.1图1电路中，光电耦合器TIL117用于产生工频交流电的过零脉冲。
交流电经全波整流后驱动光电耦合器输入端的发光二级管的通断，通过合理设计光电耦合器电阻R1和和R2的阻值，在光电耦合器输出端即可获得1个幅值和宽度均能满足要求的过零脉冲。
该脉冲信号分为两路：一路送至单片机的高速输入通道HIS的引脚，另一路送至与非门的1个输入端，与之对应的另一输入端接门控信号，以控制过零脉冲在T周期通过与非门的时间。
该门控信号就是单片机高速输出通道P1.1输出的脉宽信号。
由与非门输出的过零脉冲通过光电耦合器TIL113隔离传输至双向可控硅触发电路，为使可控硅可靠导通，同步触发脉冲再经晶体管功率放大，R9为负载电阻。
由图1可知，光耦合器TIL117和TIL113将工频交流强电与单元机电路弱电隔离，提高了系统的抗干扰能力和工作的可靠性。
5.2灯泡功率因数测量方法5.2.1功率因数是电力供电系统重要参数之一，将直接影响电网供电质量。
采用电流和电压信号的门限电压值的“过零检测”技术，实现信号功率因数的测量。
该测量仪具有硬件电路结构简单、实用、测量精确度高、抗干扰能力强等特点。
图1为功率因数测量中的相位-时间转换法的结构框图。
由于电力系统中工频周期为20 ms，因此，电压与电流的相位差测量精度取决于相位差信号的高电平宽度的测量。
相位差为Φ的电压和电流信号Ui和Ii分别经电压转换器和低通滤波器。
再经相应过零比较器变成方波，最后经相位-时间转换电路得到与相位成比例的高电平方波。
图2给出图1中各节点的信号波形。
相位-时间转换法所得Φo与实际相位有一定的相位差，这是由低通滤波器引起的，可通过软件进行补偿。
Φo信号是由单片机定时器定时计数高电平而测量的，其相位差Φ为：式中，△t为高电平宽度。
余弦值的计算采用查表和小数补偿算法。
首先对计算出的相位整数度查表，求得当前值和下一整数值的余弦值；然后，计算小数部分余弦值的增量值为两整数余弦值之差乘以小数部分，最后，将当前值的整数相位余弦值加上小数值进行校正补偿。
这样就可得到精度较高的功率因数。
5.2.2系统硬件结构及其工作原理图3为功率因数测量电路原理图，该测量仪由信号预处理电路、相位检测电路、电源、显示和单片机小系统等模块组成。
图3中的Ui、Ii、Uo、Io和Φo各节点与图1中的各点相对应。
图3 功率因数测量电路原理图信号预处理电路电压预处理电路由电压转换电路和过零比较器组成。
实验发现，采用隔离变压器进行电压信号转换会造成相位偏移，且相位偏移不够稳定。
因此，电压转换电路采用光电隔离器构成，由于发光管发光具有一定的滞后特性，因此由光电隔离器构成的电压转换电路除具有无相位偏移的特点外，还具有很高的过零点检测的稳定性和可靠性。
电流预处理电路由低通滤波器和过零比较器组成。
电力系统常有电力设备开关和控制造成的突发脉冲、高次谐波和噪声等因素的干扰，这些干扰频率通常高于工频，且主要体现在电流中。
为了滤除或降低干扰，在电流预处理电路中设置由U21构成的二阶低通滤波器。
其传递函数为：电流门限检测电路由VD31和C31构成的半桥滤波器和比较器U31构成，只有当电流达到一定值时，比较器输出为高电平。
单片机通过检测到P3．7引脚的状态为1，才开始功率因数检测。
图3中U13和U22分别构成两个过零比较器，由于比较器采用单5 V供电，满足TTL 电平要求。
过零比较器输出端的是与输入信号频率相同的方波。
相位检测电路由于电力系统中电压与电流的相位差大于-90°，且小于90°。
因此，可直接对电压信号预处理输出的方波信号和电流信号预处理的方波信号进行异或运算。
得到一串脉宽与相位成正比的脉冲波。
系统软件设计为避免随机干扰和测量结果的不稳定，提高相位测量精度，采用相位差中值滤波测量法：首先，采用排序技术对N个测量值进行冒泡排序排序，然后，取中间(N-2)个测量值，求平均值作为相位差值。
采用这种方法能够很好地提高测量仪的抗干扰能力问题。
测试结果功率因数测量仪的关键技术在于对相位的精确测量。
在完成硬件电路设计后．采用数字示波表测试相位检测电路中的电压和电流信号，测试结果如图6所示。
通过对测试电压和电流波形的分析可知：当电流信号发生严重畸变时，系统硬件能够很好地进行滤波整形，进而保证相位检测的精确度和准确度。
由于在系统软件中采用中值滤波技术，因此，在工业现场实际测试时，测量结果具有很高的稳定性和测量精度。
5.3传感器5.3.1热释电红外传感器正面反面技术参数：1.工作电压：DC5V~20V2.静态功耗：65微安3.电平输出：高3.3V低0V4.延时时间：可调（0.3秒~18秒）5.封锁时间：默认0.2秒6.触发方式：L不可重复，H可重复7.感应围：小于120度锥角，7米。
8.工作温度：-15~70度9.PCB外形尺寸：32*24mm，螺丝孔距28mm，螺丝孔径2mm使用方法：1.感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出0-3次，一分钟后进入待机状态。
2.应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。
3.感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A元B元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。
为了增加感应角度围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应围大、灵敏度强，安装时仍须尽量按以上要求。
5.4继电器模块6 系统创新点(1)节省成本：安装施工简易快捷，无需铺设专线；每个路灯只需要一个路灯控制器。
不用改变既有的电力线架设和配电控制网络，一方面节省了人力物力；一方面自动组网的ZigBee模块不受天气和地形的影响，也保证了通讯的可靠性。
(2)每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电。
(3)控制灯具的开/关和亮度，从而可以显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。
可以远程设置节点控制参数，实现节点的灵活控制。
在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明。
这样做主要优点就是在调光的同时，也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命。
4)根据天气情况和实际光的照度，自动控制灯具的开/关和灯具的亮度，如在不好的天气时及时打开路灯；路据实测光强，来自动以最佳的亮度打开路灯，提高公众满意度，在灾害天气使路灯更人性化。
(5)通过系统中心设置，防止非授权人操作，确保系统控制安全可靠。