本站原创关键词：Zigbee；CC2430；路灯故障；节能
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一、引言
随着我国高校的快速发展，教学校区的分布越来越广，对于其相配套的照明控制系统的要求也逐渐提升，要求其向着智能化和高效节能环保的方向发展并使获取照明设备的信息方式达到远程化。采用先进技术节约能源以及提高路灯自动化控制与管理水平，已成为校园照明系统建设的当务之急。目前，路灯的控制技术既无法做到随时调整开关灯的时间，也不能做到及时反映路灯的运行状态，而且路灯地域上分布广泛，控制范围越来越大导致发生故障机率很高，维修十分困难被动。对于路灯运行时的故障只有在巡查人员夜晚到达现场才能发现，或者被动等待学生和老师反映，难以做到及时发现问题并维修。
而在此提出的Zigbee技术为路灯控制系统的自动化管理发展方向提供了较适合的解决方案，它有着时延短，成本低，网络容量大，低功耗，可靠通信等特点。照明自动监控与管理系统能够灵活开关灯，随时了解运行参数，及时发现故障，同时还能通过主干路段全夜灯、部分路段半夜的照明方式灯降低能耗，提高设备使用寿命，节约电能。
二、zigbee技术简介
ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低耗功、低传输速率、低成本的双向无线组网通讯技术。它的标准是基于IEEE802.15.4的物理层，MAC层及数据链路层，并在短距离范围内的各种传感器间实行数据传送和通信功能。其中Zigbee的2.4GHz波段在使用时无需任何申请，这样便减少了生产的成本并大大推广了设备的使用。Zigbee设备都有一个64bit的IEEE地址，在子网内部可以分配一个16bit的地址来减少数据报的大小。它们之间都采用自组织网络通信方式，只要它们在相互的网络信号覆盖范围内便能自动找到对方并建立网络连接，很快就可以形成一个互联的Zigbee网络。同时，它们还会根据各节点位置的变化而重新与新的附近节点建立网络通信。在zigbee网络中的设备分为FFD（全功能设备）和RFD（简化功能设备）两种。FFD可以作为协调器和路由器使用，可以和FFD和RFD设备之间进行通讯；主要负责网络的组建和维护以及路由。RFD设备一般为终端节点，互相之间不能通讯，完成信息的发送和接收。
Zigbee网络支持星型网络、树状网络和网状网络三种拓扑。
三、系统设计方案
(一)传统路灯控制方式
目前常见的路灯控制方式有时控方式，人工控制，电力载波，蜂窝数字分组数据，2G网络控制等。时间控制方式是把时间当作开关灯的依据，到了规定时间则开启或关闭路灯。人工控制是工作人员根据时间手动掌握路灯的开关。2G网络控制则通过手机发送短信来控制路灯的开关，虽然方便但是费用较高。电力载波则容易受到周围高压电线强磁场的干扰。这些传统的路灯控制方式都有自身存在的缺点，它们都不具备智能化和高度自动化的特点，无法做到记录运行操作结果，达不到校园现代化的量化管理要求。(二)智能系统的优势
较传统的控制方式而言，基于Zigbee网络的路灯控制技术则很好的解决了以上问题。在路灯开关上不再单纯地以时间和人工控制为依据，在智能系统中采用高灵敏度的亮度传感器，通过传感器实时地采集环境光强判断是否达到开关灯标准从而摆脱人工干预。由于Zigbee使用了直接序列扩频技术，故使得网络具有安全可靠性，保证了信号在传输过程中免受其他信号干扰。此外，在芯片选用方面使用了TI公司的CC2430芯片，该芯片使用安装方便，低功耗，延时短，协议栈清晰简明。从以上优势可以看出由Zigbee无线网络组建的校园路灯控制系统可以利用校园地域的特点选择合适的网络拓扑结构且各节点距离短传输范围小，组网简单可靠。只要经过合理设计可以让无线网络频率在校园范围内抗干扰性增强并能做到无通信盲区，便于对路灯在校园分布区域进行管理。(三)系统组成及工作原理
本系统中将每条道路划分为一个子区域，用无线网络对校园内路灯进行多条路有控制。路由节点由FFD设备承担，路灯上的终端子节点由RFD设备承担。网络的建立和管理由网路协调器负责。道路上每隔一段距离安装一个FFD路由节点，使它们相互联接形成网络节点的中继控制器，它可以转发下一级路灯节摘自：学术论文翻译www.808so.com点上传的数据信息。同时，它也是路灯上的无线收发微处理器，通过对传感器测量参数信息的处理来控制路灯的开关。最终整个网络的状态信息经由网络协调器通过RS232串口传输到上位机，从上位机监控软件中可以容易地获取网络中每个节点的信息。
路灯照明控制系统硬件组成包括：路灯驱动电路与路灯、无线收发与处理器控制单元（集成C51的CC2430芯片）、环境数据采集传感器（光感和红外）、校园控制中心路灯监控与管理系统。
要想对整个网络中的子节点都做到较好的控制即实现对单灯的控制和操作，则在网络初始化时协调器会给每个终端子节点分配一个16bit的地址，这个地址在网络中是独一无二的。这样通过监控平台就可以寻址到任何节点进行控制，也能由路由自动完成广播信息的转发来达到控制网络中的所有节点的目的。
智能校园的路灯监控系统采用基于时间的控制方案为主，Zigebee网络协调器可以根据不同的环境，例如：阴雨、雷雨天气启动照明系统。本系统的其中一大特点是具有路灯故障自动报修功能，因此Zigbee网络中的每一个主节点和子节点上都集成了亮度传感器。在未开启路灯之前，主节点上的亮度传感器监测环境光线值，当环境亮度低于设定值时将信息发送到协调器，若在时间允许范围内则开启照明系统；当路灯照明系统启动后。则每个主节点及子节点上的亮度传感器实时监测灯泡的亮度情况。若某一节点亮度传感器测量返回的数值与其它传感器数值相差较大（或者与正常情况下亮度数值相差较大），则系统监控软件进行故障报警，并将此节点记录在数据库中，待第二天工作人员巡查时按系统指示的错误亮度数值传感器所在的路灯进行维修或更换，使发生故障的路灯及时得到修理。本系统的另外一个特点就是实现主干道路全夜灯，部分路段半夜灯的照明方式来降低能耗提高路灯的使用寿命。在时控的基础上（比如晚上11点以后），让部分路段路灯子节点上集成的红外传感器开始工作。当无人经过的时候实行半夜灯照明，有人经过的时候则点亮相应的路灯即可。
四、系统硬件及软件设计
(一)硬件设计
本系统的节点以CC2430为主要的硬件平台实现系统的设计。芯片内集成了存储器，1个8位CPU（8051微处理器），常用的片内外设及丰富的I/O口资源和无线收发器。具有优良的灵敏度和强抗干扰能力。采用了0.8μm CMOS工艺生产，使处于休眠状态时的功耗极低且从休眠摘自：本科毕业论文评语www.808so.com
转到正常模式时间微少。对于需要长期电池供电的环境十分适合。芯片自带的微控制器使得硬件设计中减少了一个模块，把系统的组件成本降到最低。
(二)软件设计
当需要让系统执行开关的命令时，处于时刻监听信号状态的网络协调器会检测到相应的命令并发送到FFD节点，由FFD节点执行命令并决定是否分组转发，同时当有新的节点要加入网络时则为它分配一个网络地址。FFD节点也通常处于监控状态，它需要根据RFD节点上的亮度传感器的数值判断是否开关路灯。
路灯照明系统开启后RFD节点的功能除了监听还需上报实时监测的光强数据，部分路段路灯根据红外感应结果执行命令。
五、结论
通过对基于Zigbee技术的校园路灯控制系统的研究，结合路灯分布的特点设计出的具有故障报错和节能的监控方案。在方便安装的同时有效地解决了路灯控制的灵活性、经济性，充分利用Zigbee抗干扰能力强，系统稳定，低速率低功耗和自配置的特点降低系统检修的复杂性。最终使得管理智能化信息化，提高了校园资源管理的效率。
参考文献：
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郭佑民，刘娟，孟凡刚，金乾坤.基于ZigBee的智能型LED路灯照明系统设计
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[7]http：///app/control/201106/86442.htm
[9]http：//bbs.c—c.com/showtopic—141728.html