摘要： 提出了一种依据无线通讯协议Zigbee的路灯操控体系完结计划。体系光源选用LED,具有热释电红外人体检测、环境光检测及时刻设定等路灯操控方法，能完结长途单灯监控、主动调光、电能丈量、毛病检测及毛病方位显现等功用。试验运用标明： 体系操作界面友爱、功用强大，且路灯节点体积小、易于装置。
1 导言
选用时刻操控、光照操控等方法操控的路灯照明体系存在着路灯运用寿命短、办理开支大、电能糟蹋、无法长途监控以及毛病修理反响功率低一级现象。跟着人们日子质量的前进及科学技能的前进，对城市路灯的要求越来越高，不只要求安全、节能、保护便利，还要求其能美化夜景，显现城市魅力; 例如上海市博园装置的无线景象路灯照明，为其夜晚增添了不少的颜色。
现在国内外路灯体系正朝着节能、单灯操控以及长途监控的方向开展。本文依据无线网络技能，规划了一套选用Zigbee 技能完结的路灯操控实训体系; 该体系可完结路灯的长途实时监控及数据收集存储等功用。
2 体系硬件规划
体系由装置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求装备无线通讯模块。
图1 体系结构图
2. 1 无线网络
无线网络选用Zigbee 技能，使路灯作业现场与体系监控中心牢靠通讯。这种技能首要运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，十分合适工业操控、环境监测等场合，具有低功耗、低成本和低杂乱度等特色。本体系Zigbee 模块选用CC2530 片上体系作为操控电路的中心，具有256KBFLASH,在接纳和发射形式下，电流损耗别离低于25mA 和34mA.模块电源由外部稳压电源供给5V电压，以确保各节点长时刻安稳作业。
依据路灯体系特色，网络选用树形衔接，以便灵敏扩展节点和自组网络。与PC 机串口RS232 衔接的Zigbee 模块为网络和谐器，起着安排、办理网络和指挥若定的效果; 当网络有节点加入时，它分配地址给新节点，因而不能掉电也没有低功耗状况。
与路灯单元串口衔接的Zigbee 模块为路由器，起着中继器的效果，能够收发数据也能够转发数据，承担着与上位机和相邻节点通讯的使命。
2. 2 路灯节点
路灯节点由路灯操控器、电源模块和Zigbee 模块组成，完结现场数据及操控指令的处理、操控LED 灯开关及调光的使命。
路灯操控器挑选高性能、低功耗的8 位AVR 微处理器ATmega16 作为中心部件，该单片机输入/输出口能够自在设定，驱动才能强，集多种器材与多种功用于一身，大大减少了外围器材的运用量，下降了电路的杂乱程度。操控器的外围电路包含信号检测、亮灯驱动和毛病检测等电路。
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，然后操控灯火的亮度; 热释电红外传感器DYPME003感应距离0 ~ 7 米可调，用于判别是否有行人或许车辆经过，并依据设定值调理灯火亮度。
考虑到LED 路灯高效节能及其运用日趋广泛，选用LED 作为光源，并选用XN2115 芯片驱动。体系选用1W、3. 2 ~ 3. 6V 的LED 灯4 颗。路灯毛病检测信号取自XN2115 芯片的SW 点的电压，将该点电压经过大电容平波后与电压比较器的基准电压进行比较，比较成果的凹凸电平送入单片机处理，并将毛病信息送至上位机完结毛病报警、方位显现等功用。
路灯节点运用了5V 及12V 的直流电。将220V交流电经过整流桥KBP210 变为12V 直流电，为LED 驱动电路和毛病检测电路供给电源，功率可达40W; 12V 直流电源再经过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理特性，为Zigbee 模块、单片机及其他外围电路供给电源。
2. 3 监控中心
监控中心由PC 机和Zigbee 模块组成，供给体系信息，具有遥测、遥控及存储和办理数据功用的人机界面显现，能够对整个路灯体系进行作业状况的实时监控。
PC 机能够经过无线通讯网络收集路灯状况，例如环境光强度、用电量、亮灯率等，并可向路灯节点发送操控指令，路灯节点依据这些指令对LED 灯进行操作，完结体系的按需操控及每盏路灯的实时监控。
3 体系软件规划
体系上电后进行初始化，检测体系是否正常作业，假如正常则依照路灯操控界面进行路灯状况检测或许对路灯进行输出操控，使路灯依照既定程序完结开/关状况，并经由Zigbee 网络实时显现信息。
监控界面可挑选各Zigbee 模块的网络节点号，查找网络内的各个模块，将操控指令发送至指定的路灯节点，也可实时显现路灯状况信息和底层数据包。
3. 1 现场信号收集、检测与处理程序
路灯现场环境光收集模块经由光敏电阻得到电压值，并经过ATmage16 内部的1 路10 位ADC 模数转化电路将其转化为数字信号。为了滑润采样信号，前进体系抗干扰才能，规划中选用了数字滤波方法，每次转化完闭后，ATmage16 会主动产生中止信号，将本次和前8 次数据取平均值送给单片机处理。
当有人经过期热释电红外传感器会输出高电平，经往后续处理电路，单片机得到一个低电平。为了防止重复触发，人体检测中止触发方法选用下降沿方法。
路灯的调光是经过给XN2115 芯片的DIM 引脚端上施加PWM 信号来完结。ATmage16 内部自带四通道的PWM,设置为快速PWM 形式、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 通讯程序规划
体系通讯程序包含路灯与路灯节点之间的通讯及其路灯节点与监控中心之间的通讯两部分。
1) 路灯节点之间的通讯完结。
路灯节点之间完结通讯，一方面是为了了确保路灯在夜间没有行人或车辆经过期处于节电状况，即微亮状况，另一方面是当路灯节点检测到路途上有行人或车辆经过期，使该路灯转为全亮，并告诉下一盏路灯转为全亮，以确保行人或车辆的出行安全。
路灯节点之间选用串口通讯，通讯参数装备为异步通讯、8 位数据、无奇偶校验、一个中止位及无倍速。串口的发送程序选用查询方法，接纳程序选用中止接纳方法。
路灯节点操控器之间的发送程序为：
sysDRFarr [0] = 0xfd; / /点对点数据传输指令
sysDRFarr [1] = 1; / /数据长度
sysDRFarr [2] = sysAddress [( LEDNumber )* 11 + 1]; / /方针地址高
sysDRFarr [3] = sysAddress [( LEDNumber )* 11 + 2]; / /方针地址低
sysDRFarr [4] = 0; / /数据
put_ arr ( sysDRFarr,5) ; / /发送一串数据帧
接纳处理程序为：
void PointToPointRecive ( void)
{
LEDPWM_ Adjust ( usartReceiveBuf [3 ]) ;
/ /接纳到的数据
sysDRFarrShortAddress [0] = usartReceiveBuf[4]; / /来历地址高
sysDRFarrShortAddress [1] = usartReceiveBuf[5]; / /来历地址低
usartReceive_ Init ( ) ; / /串口数据初始化
}
2) 路灯节点与监控中心之间的通讯。
路灯节点与监控中心之间的通讯一方面能够经过上位机为路灯节点装备相关信息、发送操控指令，另一方面能够接纳来自路灯节点的现场运转信息，完结体系在监控室进行路灯体系操控和毛病查询、报警等功用。
选用PC 机串口与网络和谐器相连，完结读取路灯节点信息或操控路灯运转状况。例如PC 机要读取当时体系路灯信息，运用串口调试东西调查PC机向无线网络发送和接纳数据，如图2 所示。发送指令格局为： FB + 02 + 14 + 路灯编号( 本体系中路灯编号为01,02,03)，标明读取编号为01、02、03 的路灯节点当时信息; 路灯节点做出回应，经过无线网络回来路灯信息格局为： 环境光强+ 路灯火强+ 毛病状况。路灯节点1 回来的信息标明当时所在环境光强度为E2(由强到弱规模： FE ~ 00)、路灯亮度FB ( 由灭到全亮规模：FE ~ 00) 、无毛病00( 有毛病为01) .
图2 串口调试界面
3. 3 监控软件功用规划
体系监控中心程序包含： 显现监控程序、调试装备程序、体系参数装备程序及存储作业运转数据程序。
(1) 显现监控程序。
显现监控程序包含路灯状况信息、大街状况信息、报警信息。经过显现监控界面能够完结大街挑选; 调查路灯当时光通量、功耗、作业时长及是否毛病; 主动计算该大街的总用电量、亮灯率; 体系主动作业的时刻段; 显现当时大街毛病的路灯编号及该路灯在什么时刻产生毛病。
(2) 调试装备程序。
调试装备程序包含串口装备、Zigbee 读取及装备、路灯调试。经过串口装备界面设置相应的串口装备参数; 经过Zigbee 的装备程序可读取Zigbee 模块的网络ID 号、波特率、网络地址、MAC 地址，能够便利的设置Zigbee 模块的网络ID 号、波特率;经过路灯调试界面能够读取该街路途灯的环境光强、路灯火强、功耗、是否毛病等信息。能够对该路灯进行调光测验及设置该路灯开端作业时刻。
(3) 体系参数装备程序。
体系参数装备程序包含校对路灯节点时刻、设置体系作业时刻、装备大街地址。在体系运转过程中，体系时刻或许会与当时时刻有不同，经过体系时刻校对，能够使体系时刻与PC 机时刻同步; 能够设置体系正常作业的开关机时刻与大街地址。
(4) 存储作业运转数据。
在体系运转的过程中，下位机发送的路灯信息及报警信息都会保存到数据库中。一起大街及路灯的装备信息也保存在数据库中，并可便运用户导出及打印信息。
4 体系功用测验
4. 1 体系测验
因为Zigbee 网络能自组网，因而在结构试验体系时咱们装备了最小体系： 1 个网络和谐器节点和3个路由器节点，体系选用主从方法，一般处于休眠状况，当有中止请求时激活节点进行作业。路灯高度为0. 7m,路灯距离为0. 8m,现场路灯体系如图3、图4 所示。
图3 路灯1 微亮，2、3 全亮
图4 路灯1,2 微亮，路灯3 全亮。
图3 为小车运转到路灯2 方位的状况。路灯2全亮，并告诉路灯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，则状况转为微亮; 当小车向前运转进入3 号节点热释电红外传感规模时，3号灯告诉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标明路灯微亮、深黄色路灯标明路灯全亮。
图5 监控界面。
运转路灯操控体系软件时需求进行体系装备、通讯装备、Zigbee 装备等操作; 在运转中可对路灯节点进行调光、校对时刻等操作。如图6 为体系作业时刻设置，图7 为路灯节点时刻校对。
图6 体系作业时刻设置。
图7 体系校对时刻。
4. 2 体系功用
路灯操控方法可分为手动操控方法和主动操控方法，均可在监控中心操作或进行参数设置。体系可完结以下功用：
1) 可进行单灯长途监控，并可调理灯具亮度。
2) 可依据环境光主动开关路灯，并可调整灯具亮度，确保运用需求。
3) 依据路途是否有行人/车辆经过完结亮度突变。路灯夜间无行人/车辆经过，路灯微亮; 当检测到远方有行人/车辆挨近时，路灯由微亮转为全亮，并告诉前方路灯由微量转为全亮; 车辆/行人经往后，路灯又转为微亮。
4) 具有路灯毛病检测功用。当有路灯损坏，能够进行声光报警，并指示毛病路灯的具体方位。
5) 具有数据计算和存储功用。可供给路灯用电量、亮灯率和功耗等数据，并可查询历史记录。
6) 体系具有休眠状况，下降体系功耗。
5 结束语
智能化和网络化操控路灯是未来路灯操控的开展方向和必然趋势。跟着技能的前进和城市开展的需求，无线传感节点集成度会越来越高，价格会越来越低，路灯操控体系的功用会越来越多，路灯的主动化办理和无线通讯技能的结合运用也必然会越来越广泛。
本体系选用Zigbee 协议完结了路灯操控模仿体系的实时监控和网络化办理。体系网络扩展灵敏、现场易于装置，操作界面友爱、办理便利。本体系已用于主动化类专业的大学生试验实训教育，有助于学生了解无线通讯、传感技能、单片机技能及其在城市路灯操控体系中的运用。
