基于Zigbee的路灯控制系统设计[1]

　　引言

　　采用时间控制、光照控制等方式控制的路灯照明系统存在着路灯使用寿命短、管理开销大、电能浪费、无法远程监控以及故障维修反应效率低等现象[1]。随着人们生活质量的提高及科学技术的进步，对城市路灯的要求越来越高，不仅要求安全、节能、维护方便，还要求其能美化夜景，彰显城市魅力; 例如上海市博园安装的无线景观路灯照明，为其夜晚增添了不少的色彩。

　　目前国内外路灯系统正朝着节能、单灯控制以及远程监控的方向发展[2]。本文基于无线网络技术，设计了一套采用Zigbee 技术实现的路灯控制实训系统; 该系统可实现路灯的远程实时监控及数据采集存储等功能。

　　2 系统硬件设计

　　系统由安装在路灯灯杆上的路灯节点、无线网络及监控中心组成，结构如图1 所示，路灯节点和监控中心需要配备无线通信模块。

　　交流电通过整流桥KBP210 变为12V 直流电，为LED 驱动电路和故障检测电路提供电源，功率可达40W; 12V 直流电源再通过LM2596-5. 0 集成三端稳压器输出5V 直流电源，输出电流最大可达3A，具有很好的线性和负载调节特性，为Zigbee 模块、单片机及其他外围电路提供电源。

　　2. 1 无线网络

　　无线网络采用Zigbee 技术，使路灯工作现场与系统监控中心可靠通信。这种技术主要应用在数据传输速率不高且短距离传输的各种电子设备之间，非常适合工业控制、环境监测等场合，具有低功耗、低成本和低复杂度等特点。本系统Zigbee 模块采用CC2530 片上系统作为控制电路的核心，具有256KBFLASH，在接收和发射模式下，电流损耗分别低于25mA 和34mA。模块电源由外部稳压电源提供5V电压，以确保各节点长时间稳定工作。

　　根据路灯系统特点，网络采用树形连接，以便灵活扩展节点和自组网络。与PC 机串口RS232 连接的Zigbee 模块为网络协调器，起着组织、管理网络和发号施令的作用; 当网络有节点加入时，它分配地址给新节点，因此不能掉电也没有低功耗状态。与路灯单元串口连接的Zigbee 模块为路由器，起着中继器的作用，可以收发数据也可以转发数据，承担着与上位机和相邻节点通信的任务。

　　2. 2 路灯节点

　　路灯节点由路灯控制器、电源模块和Zigbee 模块组成，完成现场数据及控制命令的处理、控制LED 灯开关及调光的任务。

　　路灯控制器选择高性能、低功耗的8 位AVR 微处理器ATmega16 作为核心部件，该单片机输入/输出口可以自由设定，驱动能力强，集多种器件与多种功能于一身，大大减少了外围器件的使用量，降低了电路的复杂程度[3]。控制器的外围电路包括信号检测、亮灯驱动和故障检测等电路。

　　信号检测部分由光敏电阻电路和热释电红外传感器电路组成。光敏电阻5537 用于对环境光检测，从而控制灯光的亮度; 热释电红外传感器DYPME003感应距离0 ～ 7 米可调，用于判断是否有行人或者车辆通过，并根据设定值调节灯光亮度。

　　考虑到LED 路灯高效节能及其应用日趋广泛，采用LED 作为光源，并采用XN2115 芯片驱动。系统选用1W、3. 2 ～ 3. 6V 的LED 灯4 颗。路灯故障检测信号取自XN2115 芯片的SW 点的电压，将该点电压通过大电容平波后与电压比较器的基准电压进行比较，比较结果的高低电平送入单片机处理，并将故障信息送至上位机实现故障报警、位置显示等功能。

　　路灯节点使用了5V 及12V 的直流电。将220V交流电通过整流桥KBP210 变为12V 直流电，为LED 驱动电路和故障检测电路提供电源，功率可达40W; 12V 直流电源再通过LM2596-5. 0 集成三端稳压器输出5V 直流电源，输出电流最大可达3A，具有很好的线性和负载调节特性，为Zigbee 模块、单片机及其他外围电路提供电源。