基于ZigBee的智能小區(qū)LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　隨著我國城市化建設(shè)的深入，大中型城市中智能化管理的高檔小區(qū)、花園別墅、綜合設(shè)施等( 以下統(tǒng)稱“智能小區(qū)”) 需要有與其配套的高效環(huán)保的智能化照明控制系統(tǒng)，要求在對照明設(shè)備信息的獲取和控制方式上做到遠(yuǎn)程化、智能化、個(gè)性化?，F(xiàn)代智能小區(qū)的照明設(shè)計(jì)已不僅是小區(qū)道路和庭院的照明設(shè)計(jì)，往往還包括一些景觀照明設(shè)計(jì)。小區(qū)主干道照明、支路照明、綠化景觀照明可分別采用單獨(dú)回路供電，這樣可以根據(jù)不同需要，對各處的照明實(shí)行單獨(dú)控制，節(jié)約電能。

　　　1 ZigBee 協(xié)議應(yīng)用于智能小區(qū)照明的優(yōu)勢

　　ZigBee 技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入到各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。ZigBee 技術(shù)的較低數(shù)據(jù)速率以及較小通信范圍的特點(diǎn)決定其適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。

　　IEEE802. 15. 4 協(xié)議定義了兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2. 4GHz 物理層和868 /915MHz 物理層。2. 4GHz 波段為全球統(tǒng)一無需申請的ISM 頻段，有助于ZigBee 設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低;為了避免干擾，除了2. 4GISM 頻段外，歐洲還采用868MHz 頻段，美國采用915MHz 頻段作為ZigBee 的工作頻段。這些頻段都比較近，對信號(hào)合成器的程序稍微改動(dòng)，就可以使用相似的硬件，從而降低生產(chǎn)成本。

　　由于這兩個(gè)頻段上無線信號(hào)傳播損耗較小，可以降低對接收機(jī)靈敏度的要求，獲得較遠(yuǎn)的有效通信距離，從而可以用較少的設(shè)備覆蓋較大的區(qū)域。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)含3 種類型的節(jié)點(diǎn)，即協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備，支持星狀、樹狀和網(wǎng)狀3 種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　從ZigBee 協(xié)議特點(diǎn)可以看出，將ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)用于智能小區(qū)路燈控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：短距離、小范圍傳輸，具有成本優(yōu)勢;頻率范圍在小區(qū)內(nèi)具有較強(qiáng)的抗干擾性，可以利用小區(qū)的地域特點(diǎn)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且組網(wǎng)簡單可靠;經(jīng)過合理布局，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)能做到無任何通訊盲區(qū)，利用其地理定位的功能，便于對LED 路燈在小區(qū)分布區(qū)域進(jìn)行管理。

　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　如圖1 所示，整個(gè)系統(tǒng)由小區(qū)路燈監(jiān)控與管理系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、LED 路燈支路控制器、LED 路燈及驅(qū)動(dòng)電路、ZigBee 終端支路控制節(jié)點(diǎn)和ZigBee 終端環(huán)境參數(shù)檢測節(jié)點(diǎn)組成。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成依據(jù)小區(qū)環(huán)境參數(shù)( 如亮度、溫度、濕度) 自動(dòng)運(yùn)行，無需人工干預(yù)，并能及時(shí)檢測社區(qū)各路燈的工作狀態(tài)，及時(shí)跟蹤維護(hù)。智能小區(qū)信息管理中心( PC 監(jiān)控臺(tái)) 負(fù)責(zé)監(jiān)視整個(gè)社區(qū)路燈的運(yùn)行情況，并能根據(jù)控制臺(tái)命令人工控制各路燈的開關(guān)、亮度，其用RS232 串口與ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通訊;無線傳感網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)傳送監(jiān)控臺(tái)的命令并搜集ZigBee 終端節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息;終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)LED 路燈的控制與驅(qū)動(dòng);ZigBee 終端支路電壓電流檢測電路用于檢測整個(gè)支路的電壓電流狀態(tài);ZigBee 終端環(huán)境參數(shù)檢測電路用于檢測整個(gè)小區(qū)的環(huán)境參數(shù)，包括光線強(qiáng)度、溫度、濕度，以之作為ZigBee 終端控制的依據(jù)。

　　
圖1 系統(tǒng)組成方框圖