基于Zigbee的道路照明系统

1 系统功能

1.1 控制方案的确定

对于物联网路灯的控制方案，在遵循基本设计原则的前提下，确定了以CC2530为核心的节点收发控制方案。路灯1、2……n的开关动作通过CC2530单片机进行控制，为了实现远程监控，除了设置了本地控制的单片机外，路灯信息和控制信号经ZigBee、GPRS传输到监控中心计算机。为了控制成本，对于某段路的无线节点的接入，可采用图1所示的同一路段共用一个中心节点的方式对路灯信号进行收发。例如，某条路段可共用一个路由节点，路灯信号经ZigBee采集传输到中心节点，中心节点将信息传给本地单片机实现本地控制，且可由该中心节点通过GPRS通信和上位机进行交互。

在图1所示的控制方案中：

(1)上位机主要实现对路灯状态的监控，便于实现路灯的自动控制，易于实现管理和对路灯的维护;

(2)Zigbee中心节点：将某一路段的路灯组成无线网络，并经GPRS与上位机通信;

(3)Zigbee终端控制节点：负责发送传感器采集到的信息，接收来自中心节点的控制信号，并由无线单片机控制路灯的按时按需开启和关断。

1.2 功能模式的分析

基于ZigBee技术的物联网路灯，在光照度和红外对射传感器的共同作用下，通过监控中心的远程监控，实现单灯控制、多策略控制、白天模式、黑夜模式、深夜模式、故障检测和雾霾防护等功能。

1.2.1 控制方式

单灯控制和多策略控制是路灯照明系统的核心功能。所谓单灯控制，即是指每盏路灯的状态都独立地受到上位机和本地单片机的控制。而多策略控制，表明既可根据环境变化来实现路灯的智能化本地控制，也可在特殊时候通过上位机实现人工操作，比如节假日时期人工开灯。

1.2.2 模式选择

道路照明系统根据不同情况采用不同照明方案的原则，将系统分为白天模式、黑夜模式和深夜模式。三种模式的开始结束的时间段可人工设定。

在白天模式中，路灯默认是关闭状态。而当出现台风、暴雨等恶劣天气的时候，光照度传感器能自动感知环境光线强度降到一定值，继而发送消息至单片机，单片机经过分析判断后，发送控制指令控制路灯变亮。

黑夜模式则是根据当地一年四季的日出日落时间来设定相应的开关灯时间。每月一次地查询当地未来一个月的日出日落时间，并选择一相近值来作为傍晚路灯开启、早上路灯关闭的时间。

最后是深夜模式。我们知道，晚上12点后，路上的行人和车流量都很少，于是采取单双号间隔开关灯的方式。当有车经过时，红外对射传感器出现瞬时遮挡，产生感应，路灯全部点亮。车经过一段时间后，路灯自动熄灭，恢复原始状态。

1.2.3 雾霾防护功能

众所周知，雾霾天气可见度低，严重影响行人、车辆的安全出行。为此，引入国家气象局提供的天气预报API接口，将天气情况转入上位机。若为雾霾天气，则点亮路灯底部的防雾小黄灯，来帮助车辆识别道路走向和边缘信息，及时发现路灯停靠的车辆和行人，减少交通安全隐患的发生。

1.2.4 故障检测功能

当路灯发生故障时，路灯控制单元检测故障部位的电位会发生变化。终端控制节点将采集到的此种变化发送至上位机，上位机会自动实现报警，并显示故障路灯的具体位置，方便工作人员及时地开展维修工作。

2 硬件及实现方法

2.1 概览

硬件上，我们采用TI出品的CC2530芯片，在CC2530模块的基础上进行外设模块的设计;组网上，主要使用Zigbee和GPRS相结合的方式来进行指令的传输和系统的控制;软件上，根据Zigbee协议栈采用C语言进行CC2530语言的编写，采用VC的上位机编写，共同实现数据的传输和控制。

2.2 ZigBee路灯节点结构

终端节点主要由TI的CC2530模块、路灯控制模块、传感器模块、电压电流采集模块组成，实现对路灯数据的实时采集和路灯控制，相应的终端节点的硬件连接如图2所示。

2.3 Zigbee中心节点模块

Zigbee中心节点负责信息在上行链路和下行链路的传输和发送。硬件设计如图3所示。对于Zigbee终端控制节点的设计来说，只需在中心节点的基础上加上路灯控制模块和传感器模块。

2.4 光照度传感器模块

光照度传感器用数字光强度检测模块GY-30。该模块采用ROHM原装BH1750FVI芯片，内置16bit AD转换器，不区分环境光源，直接数字输出，省略复杂的计算和标定，可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定，可测的光照度范围在0-65535lx之间。

电路设计中，直接将此光照度传感器外接入CC2530模块的数字I/O口。从而实现将采集到的信息直接传入Zigbee模块，从而进行数据的传输与处理。光照度传感器如图4所示。

2.5 红外对射传感器模块

红外对射系统由发射和接收设备构成，发射端主动发射红外波，