基于Zigbee的路灯控制系统设计[2]

　　2. 3 监控中心

　　监控中心由PC 机和Zigbee 模块组成，提供系统信息，具有遥测、遥控及存储和管理数据功能的人机界面显示，可以对整个路灯系统进行工作状况的实时监控。

　　PC 机可以通过无线通信网络采集路灯状态，例如环境光强度、用电量、亮灯率等，并可向路灯节点发送控制命令，路灯节点根据这些命令对LED 灯进行操作[4]，实现系统的按需控制及每盏路灯的实时监控。

　　3 系统软件设计

　　系统上电后进行初始化，检测系统是否正常工作，如果正常则按照路灯控制界面进行路灯状态检测或者对路灯进行输出控制，使路灯按照既定程序实现开/关状态，并经由Zigbee 网络实时显示信息。监控界面可选择各Zigbee 模块的网络节点号，搜索网络内的各个模块，将控制命令发送至指定的路灯节点，也可实时显示路灯状态信息和底层数据包。

　　3. 1 现场信号采集、检测与处理程序

　　路灯现场环境光采集模块经由光敏电阻得到电压值，并通过ATmage16 内部的1 路10 位ADC 模数转化电路将其转化为数字信号。为了平滑采样信号，提高系统抗干扰能力，设计中采用了数字滤波方式，每次转换完闭后，ATmage16 会自动产生中断信号，将本次和前8 次数据取平均值送给单片机处理。

　　当有人经过时热释电红外传感器会输出高电平，经过后续处理电路，单片机得到一个低电平。为了避免重复触发，人体检测中断触发方式采用下降沿方式。

　　路灯的调光是通过给XN2115 芯片的DIM 引脚端上施加PWM 信号来实现。ATmage16 内部自带四通道的PWM，设置为快速PWM 模式、OC2 复位、32 分频。当OCR2 的值从0 到256 变化时，LED 灯从全亮到全灭。

　　3. 2 通信程序设计

　　系统通信程序包括路灯与路灯节点之间的通信及其路灯节点与监控中心之间的通信两部分。

　　1) 路灯节点之间的通信实现

　　路灯节点之间实现通信，一方面是为了了保证路灯在夜间没有行人或车辆通过时处于节电状态，即微亮状态，另一方面是当路灯节点检测到道路上有行人或车辆通过时，使该路灯转为全亮，并通知下一盏路灯转为全亮，以确保行人或车辆的出行安全。

　　路灯节点之间采用串口通信，通信参数配置为异步通信、8 位数据、无奇偶校验、一个停止位及无倍速。串口的发送程序采用查询方式，接收程序采用中断接收方式。

　　路灯节点控制器之间的发送程序为:

　　2) 路灯节点与监控中心之间的通信

　　路灯节点与监控中心之间的通信一方面可以通过上位机为路灯节点配置相关信息、发送控制指令，另一方面可以接收来自路灯节点的现场运行信息，实现系统在监控室进行路灯系统操控和故障查询、报警等功能。

　　采用PC 机串口与网络协调器相连，实现读取路灯节点信息或控制路灯运行状态。例如PC 机要读取当前系统路灯信息，利用串口调试工具观察PC机向无线网络发送和接收数据，如图2 所示。发送指令格式为: FB + 02 + 14 + 路灯编号( 本系统中路灯编号为01，02，03) ，表示读取编号为01、02、03 的路灯节点当前信息; 路灯节点做出回应，通过无线网络返回路灯信息格式为: 环境光强+ 路灯光强+ 故障情况。路灯节点1 返回的信息表明当前所

　　处环境光强度为E2 ( 由强到弱范围: FE ～ 00) 、路灯亮度FB ( 由灭到全亮范围: FE ～ 00) 、无故障00( 有故障为01) 。

　　3. 3 监控软件功能设计

　　系统监控中心程序包括: 显示监控程序、调试配置程序、系统参数配置程序及存储工作运行数据程序[5]。

　　( 1) 显示监控程序

　　显示监控程序包括路灯状态信息、街道状态信息、报警信息。通过显示监控界面可以实现街道选择; 观察路灯当前光通量、功耗、工作时长及是否故障; 自动统计该街道的总用电量、亮灯率; 系统自动工作的时间段; 显示当前街道故障的路灯编号及该路灯在什么时间发生故障。

　　( 2) 调试配置程序

　　调试配置程序包括串口配置、Zigbee 读取及配置、路灯调试。通过串口配置界面设置相应的串口配置参数; 通过Zigbee 的配置程序可读取Zigbee 模块的网络ID 号、波特率、网络地址、MAC 地址，可以方便的设置Zigbee 模块的网络ID 号、波特率;通过路灯调试界面可以读取该街道路灯的环境光强、路灯光强、功耗、是否故障等信息。可以对该路灯进行调光测试及设置该路灯开始工作时间。

　　( 3) 系统参数配置程序

　　系统参数配置程序包括校正路灯节点时间、设置系统工作时间、配置街道地址。在系统运行过程中，系统时间可能会与当前时间有差别，通过系统时间校正，可以使系统时间与PC 机时间同步; 可以设置系统正常工作的开关机时间与街道地址。

　　( 4) 存储工作运行数据

　　在系统运行的过程中，下位机发送的路灯信息及报警信息都会保存到数据库中。同时街道及路灯的配置信息也保存在数据库中，并可方便用户导出及打印信息。

　　4 系统功能测试

　　4. 1 系统测试

　　由于Zigbee 网络能自组网，因此在构造试验系统时我们配置了最小系统: 1 个网络协调器节点和3个路由器节点，系统采用主从方式，一般处于休眠状态，当有中断请求时激活节点进行工作。路灯高度为0. 7m，路灯间隔为0. 8m，现场路灯系统如图3、图4 所示。

　　图3 为小车运行到路灯2 位置的状态。路灯2全亮，并通知路灯1 转为微亮、前方路灯3 转为全亮。若1 号节点热释电红外传感器检测不到信号并收到了前方路灯的信息，则状态转为微亮; 当小车向前运行进入3 号节点热释电红外传感范围时，3号灯通知2 号灯转为微量，如图4 所示，对应的监控界面如图5 所示。监控界面中淡黄色路灯表示路灯微亮、深黄色路灯表示路灯全亮。