姚树香
（厦门大学，福建 厦门 361005）
摘 要：随着中国社会经济发展水平的不断提高，人们越来越重视城市的基础设施建设，路灯照明系统是新兴城市建设中的关键设施之一，它直接关系到市民的日常生活.ZigBee技术是新信息时代的衍生物，因其能耗低、可靠性好、网络容量大的优势备受社会各界的欢迎.本文主要从ZigBee技术优点与软硬件选择上对智能节能路灯控制系统方案展开讨论，主要探讨ZigBee技术与LED灯给路灯节能技术带来的革命性变化.
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关键词 ：ZigBee技术；智能节能；可靠性
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）04-0039-03
引言
ZigBee技术作为一项新兴技术，应用在传统的行业中能够产生巨大的影响.ZigBee技术有许多的优点，最主要的就是它的网络覆盖面积很广，电能的消耗极低，而且还有非常强的抗干扰能力.LED灯是近几年迅速发展起来的最具节能色彩的固体光源，它的能耗低、体积小，将这两者结合起来就为LED路灯控制系统在智能节能的技术层面上提供了可靠的技术依据.
1 智能节能路灯控制系统的研究意义
智能节能路灯控制系统可以省去大量的劳动力，一旦出现技术上的问题并不需要技术人员一一地进行摸排，调度人员会在第一时间知道路灯究竟坏在了哪里，为电力设施的抢救工作提供了便利.其次它还具有鲜明的节能环保色彩，为和谐家园的建设提供了良好的基础.
2 智能节能路灯控制系统的整体方案设计规划
2.1 基于ZigBee的LED智能节能路灯控制系统概述
要想建立一个完整的、可以实现节能减排的路灯控制系统需要遵循一些固定的设计原则.本系统最大的亮点就是在每一个路灯上都安装了一个ZigBee的控制节点，这些节点之间可以通过固定的网络实现数据的传输，这些数据会以GPRS的网络形式传向系统中心通信，最终实现多个路灯的控制器通信.
2.2 整体方案设计框架
一个完整的智能节能路灯控制系统由四个不同的模块或者是系统组成.它们在功能层面上可划分为微波模块、路灯直接的控制系统、监控系统与无线通信系统.系统的整体框架图如图一所示：
2.3 路灯自动控制的工作原理
基于ZigBee的LED智能节能路灯控制系统采用的是星型无线网络拓扑结构，它可以实现对路灯进行多条路由控制的功能.此系统内的协调器作为控制中心的监控系统，若干个FFD设备作为路由的节点，RFD设备是此系统的末端节点.此系统中的网络协调器主要是完成建立网络与网络管理的工作，它控制着整个网络电源开关的状态；FFD路由节点主要安装在道路的两侧，多个路由节点连成串状结构成为中继控制器，同时它还是灯杆上的微处理器，控制单个路灯的亮灭；RFD节点是系统的末端装置，它会受到上级无线信号的指令控制自己的状态.这三者的结合实现了路灯的智能化控制.
3 此控制系统所需的技术功能支持
此系统可以根据道路上行人与车辆的运行情况实现自身的开关状态，当没有行人与车的时候路灯处于关闭的状态，一旦检测到有车辆通过时，系统会自动地打开路灯.路灯的控制设备之间是依靠无线通信的方式进行连接的，智能节能在功能上主要是利用相邻路灯之间的信息传递来分析是否有车辆与行人通过，实现了人、车在哪里路灯就亮哪里的功能，使得人与车辆始终都会在照明的范围之内.该系统还需要良好的自动修复、ID设定的技术支持，因为系统需要对工作中的每一个模块进行自检的工作，对于检测出现异常的信息要及时上报给管理中心，也就是人们经常所说的“路灯自动报修”.
4 此系统方案的硬件选择
4.1 硬件元器件的选择
智能节能化的路灯控制系统在主控芯片上主要是采用CC2530芯片，它可以轻松地完成无线网络间的通信功能，CC2530单片机中有一个系统可编程的flash程序存储器，它在供电模式下具有保持数据不丢失的能力.CC2530芯片因其高性能的无线收发器与增强版的8051微处理器内核成为了ZigBee技术开发应用的首要选择，在无线收集系统中还有一个比较重要的元器件就是SHT11温湿度传感器，它可以将当地的温度与湿度数据采集并发送到中心控制系统，无线控制部分的主要器件是STM32单片机.
4.2 CC2530芯片的电路原理图
CC2530芯片具有21个I/O引脚，拥有两个不同的外围晶振频率，该芯片的布线尽可能地接近了各个引脚，并对周围进行了敷铜处理，极大地减小了晶振高频信号对其他信号的影响作用，最大限度地减小了对CC2530收发距离的影响.
4.3 SHT11温湿度传感器
SHT11温湿度传感器将传感元件与信号处理电路都集中分配在一个集成板上，可以实现输出信号的绝对数字化，它的传感器具有良好的稳定性与可靠性，它的反应速度极快，具有超强的抗干扰能力.
在结构上它具有一个测湿敏感元件和一个测温元件，在这个芯片上它可以与14位的A/D转换器以及串行接口电路连接.
4.4 STM32单片机
STM32单片机是基于性能高、成本低、消耗低等因素而专门设计的ARM内核，它可以在电压极低的情况下正常运行，就算它的所有设备均处于工作状态也仅仅消耗36mA的电流；其次就是它所搭载的是8MHZ的RC振荡器，具有快速退出低消耗模式的特性，进一步降低了微控制器整体的功率消耗.
5 此系统方案的软件选择
5.1 主要模块概述
在ZigBee技术的控制设备中主要采用两大类的设备节点，分别是协调器节点与路由节点.协调器节点可以在设备运行之初进行手动的参数设置，以此来初始化协议栈.它在网络结构上还可以连接其他的节点或者是断开与它们之间的联系，维护其网络拓扑结构；路由节点可以进行搜索网络并加入网络的具体工作，它会实时地对数据进行采集与收取，可以与相邻的节点通信实现路灯提前点亮，它是现代社会智能节能路灯控制系统不可缺少的一部分.
智能节能路灯监控系统的总体设计思想是采用分区模块化的软件，大致分为四个模块，这四个模块在功能上划分为采集模块、CPU处理模块、ZigBee协议模块以及网络通信模块.
其中采集模块主要是沿用微波检测技术，为了能够更有效地确定多普勒效应，此模块必须准确地得到多普勒信号的过零点数与时间间隔，只有在拥有足够多的过零点数时才可以认定为是有效信号.在对多普勒电路进行调试的过程中要先焊接好每一个必要的元器件，通过对PW的调节使电压比较器得到一个比较合理的参考电压.调试的目的主要是检查多普勒雷达是否正在正常的工作；反射回来的信号是否在多普勒频率公式的测定范围内；经过放大后的信号是否满足I/O接口的电平要求，下图为雷达工作时的使能电路.
ZigBee协议模块主要是检测CC2530芯片是否在正常工作，最基本的工作就是负责组建网络与信息的收发处理工作，协调器会不断地采集来自路灯与雷达之间的指令，在进行相应的处理后会以不同的字符给终端发出操作指令.要想使此模块进行工作必须编写相应的测试程序，主要包括定时器中断程序、外部中断程序、USART串口以及ADC采样等测试程序，在对这些模板程序进行测试后，就要进行基于ZigBee协议栈的无线数据通信测试.下图为协调器的接口电路：
将各个模块进行组合以后就要进行下一步的调试步骤，基于对于路灯的实用性研究，本系统采用串状网络的拓扑结构.这是一种特殊的网络形式，在进行配置的时候要使得每个路由都有且只有一个父节点与子节点，这样做会使相邻的节点在拓扑结构上也是相邻的，由此一来，路灯之间的数据传输就不需要进行繁琐的转发阶段，极大地提高了无线通信的传输效率.
5.2 主机系统的软件设计
主机系统软件根据智能路灯实现功能的需要主要划分为监控主程序、日历时钟子程序、LED灯显示子程序等.大致的软件设计流程图如下：
6 系统的可靠性研究
系统的稳定性是衡量系统价值的重要指标，单片机系统会受到来自各方面的干扰，外界的干扰会使系统的稳定性得不到保障.在整个的路灯控制系统里如果出现干扰的现象极容易造成程序的紊乱，进而影响到路灯的智能与节能化.所以，在以后的路灯智能节能控制系统中要加强对干扰的控制力度，为整个系统提供一个稳定的运行环境.
在对系统的硬件进行抗干扰的研发控制中要努力确保供电系统的稳定性.防止出现电压过大或者欠压的情况；其次就是在电路中加入滤波器，可以采用隔离从根本上杜绝干扰的产生，因为只有这样初级的干扰才不会进入到下一级.STM32单片机在设计时充分考虑到了散热与电磁干扰方面的问题，最大限度地降低了整个系统的干扰发生率，显著地增强了它的抗干扰能力.
结语：
针对于现代社会路灯管控系统的缺陷，本文提出了基于ZigBee的LED智能节能路灯控制系统，它具有低成本与低消耗的特点，此系统已经得到了业界的广泛好评.我们有理由相信，在不久的将来，智能节能路灯控制系统将会得到进一步的开发与研究，它将以一种节能、绿色的形象出现在我们的视野中、出现在我们美丽的城市中.
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参考文献：
（1）徐殿国，张相军，刘晓胜，等.照明电子技术的发展现状与未来[J].电力电子技术，2010.
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