基于ZigBee的智能型LED路灯照明系统设计

路由节点可以安装在道路旁边，连接成串状作为无线节点的中继控制器，可以转发下一级的每个节点上传的信息，达到远程控制的目的。同时它可以作为灯杆上的微处理器，用来控制路灯的打开和关闭。为了降低成本，RFD节点作为系统中的末端节点放置在路的尽头。它按照接收到的无线信号指令控制自己的路灯状态。

5 LED照明控制系统的硬件设计

无线智能照明系统的网络节点分为协调器、路由器和终端节点3种。其中，协调器的硬件结构框图如图1所示。

图1协调器的硬件框图

协调器节点带有4个独立按键，用来设置整个系统的参数和发送控制命令，24×2字符(5×8点阵)是汉字字符点阵液晶模块用于显示网络状态信息。微控制器输出开关量直接完成对照明灯的开关控制。另外，协调器节点还带有亮度传感器，用于感测现场的亮度信息。当亮度传感器测得光线太亮，如晴朗的白天，即可自动关闭路灯，当亮度传感器测得光线太暗，如夜晚或者阴雨天，即可调高路灯亮度。

系统只需在一个节点上集成亮度传感器，即可通过ZigBee网络向各个灯节点传输控制信息，实现对整个照明系统的智能控制、成本低廉，也可以一个节点上增加多个传感器备用。当然也可以将亮度传感器做成一个单独的ZigBee网络节点，用于感测现场不同位置的亮度信息。图2是系统的硬件电路图。

图2系统的硬件电路图

本设计采用CC2430无线通信模块，CC2430芯片是首款符合ZigBee技术标准的系统单芯片，片内集成增强的8051微控制器内核和符合IEEE802.15.4标准的2.4 GHz射频收发器，具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性能，处于休眠模式时整个芯片的电流消耗小于0.9uA,从硬件上支持CSMA/CA机制，还集成有ADC,AES安全协处理器和USART等片上外设及丰富的I/O口资源，只需添加晶振等少量的元器件即可完成ZigBee节点的设计。由于CC2430中带有一个8位的8051微控制器，所以在硬件设计中可以省去了微控制器模块，降低传感器节点的成本，减小传感器节点的体积。但是此设计中加入微控制器模块，为了适应更高的性能要求。CC2430的射频信号是采用差分方式，本设计采用50Ω单极子天线。

本设计采用LX1970可见光亮度传感器。

LXl970是一种能实现人眼仿真的集成化的可见光亮度传感器，峰值发光波长为520 nm,电流灵敏度为0.38uA/lx,暗电流为10 nA.非线性误差小，重复性好。两个互补输出端的电流不对称度仅为士0.5%，可任选一端作为输出。外围电路简单，价格低廉，使用方便，微功耗，低压供电。采用2~5.5V电源，电源电流可低至85肛A(典型值)。工作温度范围为一40~+85℃。其外形尺寸仅为2.95 mmX 3 mmX1 mm。

6 LED照明控制系统的软件设计

软件设计基于TI公司推出的跟CC2430芯片配套的Z-Stack协议栈和IAR集成开发环境。Z-Stack在业内处于领先水平，目前还在不断完善和增强，其最新版本Z-Stack 1.4.2,通过ZigBee测试机构德国莱茵集团的ZigBee兼容性测试，符合Zig-Bee 2006 specification,已被全球众多ZigBee应用开发厂家所采用，支持多种硬件平台。

在智能型LED路灯控制无线网络工作的过程中，网络协调器会定时检测有无按键按下，用以执行相应的电源开关命令。网络协调器处于空闲状态时，会监听空中的无线信号，判断有无新的节点要加入网络，有则为其分配网络地址。考虑到现场需要，协调器还可以控制某路段的灯亮，由其发送指令的目标地址所决定。FFD节点通常处于监控状态，如果接收到电源开关的命令，则执行命令，并确定是否转发，同时根据亮度传感器的返回值确定路灯的开关，以到达智能化节能控制。RFD节点的功能更简单，只需监听，根据光线的强弱执行命令。下面图3,图4,图5分别是3种节点的通信流程图。

图3 FFD路由节点流程图

图4 RFD末端节点流程图

图5协调器节点流程图

7结论

随着计算机技术、通信技术、控制技术的发展和人们物质生活水平的提高，家居、交通智能化正成为国内外的一个研究热点。本项目根据实际需要完成了智能型LED路灯控制系统的硬件，软件实现。系统充分利用了ZigBee低速率，低功耗和自配置的特点，降低了系统检修的复杂性。同时降低了系统的成本。随着技术水平的不断完善，相关产品的价格会逐步降低，巨大的民用市场将是最终的发展方向。该系统在提高照明系统的信息化、智能化程度的同时，特大大降低了电能的浪费，符合国家节能减排的发展战略，定会在智能交通和智能家居等领域得到广泛应用。