ZigBee无线网络技术在小区路灯照明系统的应用

　　摘 要：小区路灯照明系统是楼宇智能的一部分，但受制于布线、成本等的问题，难以得以实施。随着计算机技术的迅猛发展，无线网络技术越来越成熟，ZigBee无线网络成本低、功耗低、传输距离远等的特点，非常适合在无线路灯控制的应用。本文在介绍了小区路灯照明系统的特点，结合ZigBee组网技术，设计了一套ZigBee无线网络技术的小区路灯照明系统的应用，通过实验证明了该技术在小区路灯监控的可行性，具有一定的实用价值。

　　1. 引言

　　小区路灯照明系统是相对封闭的电力系统，它与街道、公路照明系统不同，由小区内部的电力系统控制。现代小区智能楼宇控制应当包含有小区路灯照明系统，使得小区照明更节能环保、更人性化、个性化，照明系统由小区的电气控制中心统一调控。为了实现照明系统的统一控制，需要在照明路灯上加装控制模块与通信功能，导致了成本的增加，使得远程统一控制得不到广泛的应用。ZigBee是一种基于2.4 G频段的无线网络技术，它具有低功耗、传输距离远、网络性强、成本低等的特点，非常适合于数据量不大、节点数多的网络控制，被广泛应用于物联网领域。本文设计一种基于无线传感器技术的小区照明控制系统，在无需进行网络布线的前提下，低成本实现集中统一控制小区内的路灯，使得小区的照明系统的智能化得以实现。

　　2. 小区路灯照明系统

　　小区路灯照明是小区建设非常重要的一个部分，虽然同是照明系统，它与公共照明（如街道、广场、公路等照明）不同，小区路灯照明属于小区自主控制，消耗的电费也由小区业主承担，因此小区照明需要考虑到个性化控制、节能、安防等因素。另外，随着人们生活水平的提高，人们对居住环境的要求也越来越高居住的环境也成为了一种重要的休闲、放松、享受生活的重要场所，小区照明由以前的单纯照明演变成为一种景观系统工程，人们追求的不仅仅是亮度上的主观感受，更重要的是视觉、身心的一种享受［1］ 。由此可见，小区照明系统并不能简单地照搬普通的照明系统，个性化、节能环保是现代小区设计的重要一环。

　　随着信息行业和计算机产业的高速发展，智能楼宇技术迅速发展，楼宇自动化、通信自动化、办公自动化、家庭自动化等各种自动化系统不断出现，现代小区使用最多最普遍的是安防系统、门禁系统、停车场系统等，小区内的照明系统却应用的不多，原因主要是：小区的路灯照明系统接入智能楼宇系统的通信介质大部分采用总线型与电力线载波，总线型需要铺设网络通信线路，分布广泛、布线复杂，成本很高，若采用电力载波方式接入，虽然不用另外铺设网络线路，但需要昂贵的调制解调设备，成本也难以降低［2］ 。因此如何低成本地将小区的路灯照明系统加入到小区的智能楼宇控制系统中是解决矛盾的关键。

　　3. ZigBee

　　ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。它来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和"嗡嗡"（zig）地抖动翅膀的"舞蹈"来与同伴传递花粉所在方位信息。ZigBee网络协议与其他无线网络协议相比，如表1所示，有着显著的特点。蓝牙与WIFI技术速率高，但ZigBee在传输距离、功耗、成本等方面有先天的优势，特别适合于数据量低的传感器与控制场合。

　　3.1. ZigBee技术概述

　　ZigBee与IEEE 802.15.4是基于标准的协议，它们为无线传感器网络应用提供所需的网络基础设施。802.15.4定义了物理层（PHY）和媒体访问层（MAC），ZigBee定义了网络层（NWK）和应用层（API），如图1所示 ［3］ 。由此可见，ZigBee是一套非常完整的无线网络解决方案。

　　表1. ZigBee与其他无线网络协议

　　图1. ZigBee与IEEE802.15.4网络架构图

　　3.2. ZigBee设备类型

　　ZigBee网络包含2种功能类型设备，3种节点类型。功能类型有：全功能设备FFD （Full Function Device）和精简功能设备RFD （Reduced Function Device）。顾名思义，全功能设备具有完整的协议功能，而精简功能设备目的是为了实现简单的协议即可。3种节点类型：协调器（ZC）、路由器（ZR）与终端设备（ZE）。全功能设备可以作为协调器、路由或者终端设备，精简设备只能作为终端设备使用。全功能设备可以与任何设备通信，而精简功能设备只能与全功能设备通信，不能与精简功能设备互通。它们共同构成ZigBee网络，如图2是ZigBee的一种拓扑结构。

协调器的作用是启动与控制网络，存储关于网络的信息。它也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID （也称之为PAN ID，即Personal Area Network ID），随后启动整个网络。如果网络需