應(yīng)用在LED路燈控制的ZigBee智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

路燈是居民的日常生活中不可缺少的照明工具，隨著經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人們對(duì)于路燈的系統(tǒng)做出了改進(jìn)與優(yōu)化。傳統(tǒng)的路燈照明系統(tǒng)一般是有線連接，其系統(tǒng)建設(shè)的花費(fèi)較高，線路錯(cuò)雜不清，不易擴(kuò)展移動(dòng)，且智能化程度不高。為了改進(jìn)傳統(tǒng)路燈的諸多不便，人們將新技術(shù)與路燈系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，采用無(wú)線代替有線的控制方式，讓路燈更智能、方便。ZigBee 技術(shù)是一種新型的無(wú)線通信技術(shù)，主要應(yīng)用于短距離內(nèi)的信息傳輸，其優(yōu)點(diǎn)較多，將這種技術(shù)與路燈照明系統(tǒng)結(jié)合是一種有利的創(chuàng)新。除此之外，為了響應(yīng)現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的需要，我們從節(jié)能減排的角度考慮，采用LED路燈進(jìn)行照明。這種基于 ZigBee 的路燈智能控制系統(tǒng)具備了穩(wěn)定安全、方便高效的優(yōu)勢(shì)。

　　1、ZigBee 組網(wǎng)技術(shù)

　　ZigBee 技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?strong>功耗較低、技術(shù)成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但容量大是它的優(yōu)點(diǎn)。其網(wǎng)絡(luò)的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)狀拓補(bǔ)和樹(shù)狀拓補(bǔ)兩種，常用的為樹(shù)狀拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)主要包含了三種類型的設(shè)備，分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、全功能設(shè)備 (FFD) 與精簡(jiǎn)功能設(shè)備 (RFD)。

　　2、路燈控制系統(tǒng)組成

　　路燈的智能控制系統(tǒng)組成部分有以下三點(diǎn)：

　　(1) 微處理器控制系統(tǒng)。它由路由節(jié)點(diǎn)與葉節(jié)點(diǎn)組成，主要的結(jié)構(gòu)組成包括路燈調(diào)光控制器、直流電源系統(tǒng)、通訊控制系統(tǒng)與光照強(qiáng)度傳感器；

　　(2) 控制中心的服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)。由協(xié)調(diào)器和 PC 機(jī)組成；

　　(3) 智能操控系統(tǒng)。是用來(lái)實(shí)現(xiàn)操控整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

　　微處理器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般為多路樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)、若干個(gè)路由節(jié)點(diǎn)與若干個(gè) RFD 節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。在各個(gè)部分中，路由節(jié)點(diǎn)的安放是以串狀的連接方式被裝在道路旁邊，之后，路由器就被作為一個(gè)中繼控制器對(duì)路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，它也有作為獨(dú)立用戶節(jié)點(diǎn)來(lái)控制 LED 燈的功能。而 RFD 用戶節(jié)點(diǎn)沒(méi)有路由節(jié)點(diǎn)的功能，不能作為中繼器使用，它只能接收信號(hào)，并根據(jù)所接收信號(hào)控制自己的LED 燈。

　　3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要包括四大部分，分別是 PC 機(jī)服務(wù)器后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)、路由器軟件設(shè)計(jì)和葉節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)。

　　3.1 PC機(jī)服務(wù)器后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

　　在 PC 機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，命令經(jīng)過(guò)串口送達(dá)給協(xié)調(diào)器，然后通過(guò)人機(jī)界面完成控制。工作中，PC 機(jī)服務(wù)器的主要功能是向協(xié)調(diào)器發(fā)送控制命令，這一命令會(huì)指揮協(xié)調(diào)動(dòng)作進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)器讀取由 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中得到的數(shù)據(jù)信息，將這些數(shù)據(jù)返回給 PC 機(jī)服務(wù)器，接著 PC 機(jī)會(huì)將工作中的運(yùn)行數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行保存?！　?strong style="word-break: break-all;">3.2 協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)

　　協(xié)調(diào)器在電初始化之后第一步是建立一個(gè)等待節(jié)點(diǎn)加入的載體，這個(gè)載體就是一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)被發(fā)現(xiàn)申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都會(huì)被分配到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)。在協(xié)調(diào)器的監(jiān)控作用中，協(xié)調(diào)器會(huì)根據(jù) PC 機(jī)的相應(yīng)指示來(lái)控制某個(gè)節(jié)點(diǎn)，例如節(jié)點(diǎn)燈光的控制、節(jié)點(diǎn)時(shí)間段的控制等。同時(shí)，協(xié)調(diào)器還起到了數(shù)據(jù)的交換作用，要是命令是使某個(gè)節(jié)點(diǎn)讀取相關(guān)信息，它會(huì)把讀取到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)串口發(fā)送給 PC 機(jī)服務(wù)器。

　　3.3 路由器軟件設(shè)計(jì)

　　路由器電初始化的第一步是向協(xié)調(diào)器提出申請(qǐng)，申請(qǐng)加入?yún)f(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)。如果第一次沒(méi)有成功加入，就需要不停地向網(wǎng)絡(luò)提出申請(qǐng)，否則系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)就無(wú)法控制該節(jié)點(diǎn)。一旦成功加入網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)的工作就會(huì)處于監(jiān)控狀態(tài)。其監(jiān)控工作分為三個(gè)方面。第一點(diǎn)是對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控，它會(huì)自動(dòng)給提出加入網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)的路由節(jié)點(diǎn)或葉節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址；第二點(diǎn)則是對(duì)從協(xié)調(diào)器發(fā)來(lái)的命令的監(jiān)控，當(dāng)它收到了命令后，會(huì)根據(jù)命令的內(nèi)容對(duì)各部分的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，如果協(xié)調(diào)器傳來(lái)了狀態(tài)讀取命令，它就會(huì)根據(jù)指示向其發(fā)送節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，因此，不同的命令對(duì)于路由器的指示作用是不同的；最后一點(diǎn)是其對(duì)于預(yù)設(shè)值的控制，這部分的監(jiān)控是路由器在進(jìn)行了對(duì)于環(huán)境亮度信息采集之后做出的。由于每段時(shí)間內(nèi)的亮度都不同，因此，路燈的開(kāi)關(guān)、運(yùn)行情況也會(huì)根據(jù)路由器的分析做出智能的變化。

　　3.4 葉節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

　　關(guān)于葉節(jié)點(diǎn)的程序流程，其作用過(guò)程類似于路由節(jié)點(diǎn)的流程，但又稍有不同。因?yàn)槿~節(jié)點(diǎn)是終端節(jié)點(diǎn)，所以它不支持其他的節(jié)點(diǎn)加入。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　對(duì)于這種利用了 ZigBee 技術(shù)的LED路燈智能控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其好處在于解決了路燈系統(tǒng)的低能源利用率問(wèn)題。LED 路燈的應(yīng)用可以大幅度地減少能源的消耗，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)安全性高，穩(wěn)定可靠，且拋去了錯(cuò)綜復(fù)雜的線路結(jié)構(gòu)，較為方便，且減小了空間體積。大功率 LED 路燈為人們的照明提供了新的發(fā)展方向，通過(guò)結(jié)合其它新型傳感器與控制器，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程路燈無(wú)線控制技術(shù)，有效地達(dá)到了智能化應(yīng)用，且應(yīng)用范圍廣，有效地提升了能源的利用率。同時(shí)我們可以推測(cè)出，這種新型的路燈控制方式在未來(lái)將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人們以后的生活將會(huì)朝著越來(lái)越智能化、舒適化的方向邁進(jìn)。