摘要：当前随着高科技智能控制技术的进步，不仅在公共路灯功能性的基础上要求越来越高，更要求安全、节能、夜景美化等功能；例如上海市博园安装的无线景观路灯照明，是美观与功能性的双重诠释。本文基于无线网络技术，在智能化控制框架下选用 Zigbee 技术实现路灯智能节电功能。
关键词：Zigbee 技术；智能路灯；控制系统设计
引言
自二十一世纪以来，中国的城市化进程速度不断加快，在城市之中，针对路灯的建设规模和建设速度也呈现逐年增长的态势。在进行路灯使用的过程中，所使用到的电能占据能城市交通系统当中，能源消耗的一大部分。据有关资料表明，我国所有城市当中的路灯若全部打开，其功率超过 135 亿千瓦•小时，为了能够有效降低交通系统能源的消耗，有关部门便开始着手建立智能交通工程。而针对路灯智能工程，最重要的是能够对其进行灵活有效的远程控制，并在此基础上，降低路灯的能源消耗，在此大环境中，交通部门确定了基于 ZIgbee 的智能路灯控制系统方案的研究。
1使用 zigbee技术进行路灯设计时需要遵循的原则
设计人员在基于 zigbee 技术进行路灯设计时，需要严格遵守以下的原则：
首先，在路灯的控制节点选择上，需要体积相对较小，并且安装较为简便的。其次，所选择的路灯节点的硬件，需要有较强的可扩展性，并且在进行日后维护的过程当中也较为便捷。第三，所选择的路灯节点应拥有良好的可靠性与稳定性，主要展现在，路灯节点在运行的过程当中，硬件对于环境的适应性较高，可以有效适应温度较高、湿度较大的环境。而在软件的方面，路灯控制节点中的软件需要操作简单，并且拥有极强的可移植性。最后就是从智能路灯控制系统的整体来看，该系统需要有足够高的性价比。
2智能路灯控制系统设计方案
本系统采用 ZigBee 技术组建通信网络，自协调器和终端设备组网后，由协调器部分通过光敏传感电路采集到的光照强度转化成电压值经 CC2530 内部 ADC（模数转换）处理后由 CC2530 的 P0_5 脚输出相应的电平值。系统采用的光敏传感器为硫化镉光敏电阻，该元件根据光照强度的不同，改变光敏电阻的电阻值，光照强度越大电阻值越小，光照强度越小电阻值越大。当光敏电阻两端实测电压跳变电压为 2V 时，对应的光照强度约为 50LUX。实测电压小于 2V 时，相应的电阻值为 2-15.38 千欧，协调器给终端设备发送“1”，继电器断开，路灯熄灭。当实测电压大于等于 2V 时，光敏电阻阻值为 15.4-2.5 兆欧，协调器给终端设备发送“0”，可以触发继电器吸合，路灯点亮。如果协调器与终端设备之间距离较远无法组网，可以考虑引入路由的功能。智能路灯控制系统图如图 1 所示。
图 1 智能路灯系统图
3硬件电路设计
3.1电源电路设计
电源部分是由一个 12V 的蓄电池，通过一个 10uF/50V 的电解电容滤波后接三端稳压模块 7805 输出5V，再次经过一个 10uF/50V 的电解电容第二次滤波后接三端稳压模块 UTC1117TC33 后，输出 3.3V。电源电路系统图如图 2 所示。
图 2 电源电路图
3.2协调器电路设计
协调器电路在 CC2530 的 P0_5 脚外接光敏传感器电路及紧急控制电路。光敏电路是由一个 10k 的电阻、一个 330 的电阻、一个光敏电阻器和一个开关构成。光敏电阻会随着光照程度不同而阻值不同，当光照程度越高时，光敏电阻的阻值越低，但是在光敏电阻没有光照的情况下，它的电阻值最大。这些模拟数据经CC2530 单片机内部 ADC 转换电路，获取相应的数字电平值。
3.3终端电路设计
终端设备部分在 CC2530 的 P0_5 脚外接继电器控制电路，此部分的继电器控制电路利用 PNP 三极管驱动继电器工作，同时为了防止元件不被感应电压击穿或烧坏，在继电器两输入端并联一个二极管。利用继电器电路控制电路中的常开、常闭功能，实现对路灯的通、断控制。当 P0_5 脚输出低电平时，继电器吸合，路灯点亮；当 P0_5 脚输出高电平时，继电器断开，路灯熄灭。
4软件设计
系统软件的设计需要经过先期的可行性论证。待数据抓取成功、通讯检测合格、信号命令传输正常后方可通电测试。通电前系统会进行自动初始化自检，确保各模块断路器正常，通讯畅通。若准备就绪则可进行算法决策性命令的输出，实地查看路灯开关状态是否受系统软件控制，并测试 Zigbee 网络稳定性。选取各测点数据进行核对，网络各端口 Zigbee 模块监控界面功能齐全，运用可靠。
4.1通信程序设计
4.1.1 路灯节点之间实现通信
路灯节点之间实现通信，主要功能有2点，
（1）确保夜间照明区内在无行人与车辆情况下路灯处于微亮节电状态；（2）检测探头在监控到有行人与车辆经过时第一时间触发路灯节点开启路灯并转为全亮，随即预测车辆轨迹，触发下一盏路灯为全亮，确保行人或车辆的出行安全。
4.1.2 监控软件功能设计
监控软件应具备高标准的系统错容与稳定性。其主要功能为监控路灯当前工作状态与健康信息，确保区域内照明工作正常，严防偷电漏电，蓄意破坏等危险行为。而在数据采集上监控软件应具备不同线路的用电量与损耗量，确保供电配给平衡，监控到电力数据异常时可以及时进行调整。晚间或者恶劣天气情况下应对路灯的瞬时光通量进行调节，实现不同照相需求的路段路灯亮灯率与光通量动态调整，在确保交通安全与人们出行便捷的情况下最大限度节约电力，减小路灯损耗。在故障维修与调试阶段可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。
4.2采集、检测远传信号实现程序化处理
路灯自动化开关的实现需要现场感知探头的决策，在此方面选有具备充分灵敏性的光敏电阻来感知环境光线变化最终通过电信号转换发送至 ADC 模块，在此通过信号转换，数字化平滑处理后最终联入 Zigbee 网络。进行程序化算法决策然后发送出数字滤波后的电信号至终端路灯进行调整。
结语
基于 ZigBee 技术的智能路灯控制系统可以通过协调器部分的光敏传感器采集数据并进行处理后，可以同时远程无线控制多个终端设备中的继电器工作，即可以同时控制多台路灯的亮和灭。整个控制系统不仅开发成本低，性价较高，而且安装与维护比较简单。因此，该系统具有传统定时器控制路灯系统所不具备的优势，能够较好地解决因为四季的时差变化需要对定时器进行经常性人工调整的问题。
参考文献
[1]贺玲玲.ZigBee传感网络 Cluster-Tree 改进路由算法研究 [J]. 传感技术学报 ,2010(9):1303-1307.
[2]康雪娟,景军锋.基于ZigBee网络的路灯节能监控系统 [J]. 现代电子技术 ,2010(23):204-206.
[3]王青.基于 MODBUS 协议的 2kW 分布式光伏发电站监控系统设计 [J]. 软件导刊 ,2015(3):77-79.
论文作者:周永刚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：路灯论文; 电阻论文; 继电器论文; 节点论文; 终端设备论文; 控制系统论文; 系统论文; 《基层建设》2018年第26期论文;