智能路灯无线控制网络研究

尹洪剑

(重庆电子工程职业学院应用电子学院，重庆 401331)

【摘 要】介绍了ZigBee协议下数据传输方式，提出了一种用于路灯状态监测的无线传感器网络方案。使用光敏传感器、液晶显示器件、可控硅和无线微控制器芯片组建了硬件开发平台，给出了电路设计方法。在软件设计方面完成C51单片机应用程序的设计，构建了一种网状拓扑结构的无线传感器网络。最后对系统进行了测试，整个控制系统能够正常工作。

【关键词】ZigBee 无线传感器网络 智能路灯

1前言

路灯作为城市照明设备生活中已经不可或缺，但是目前有些路灯开关还是有人工控制，还有些定时开关。这样由于季节和天气阴晴等原因，有的路灯在可见度很好的情况下就开启了，而且亮度也不能随着环境亮度的改变而改变，这样很浪费电。基于上面的两种情况，设计了一个模拟的智能路灯控制器，能根据环境的亮度来控制灯的亮灭并且能够随环境的变化自动调节灯的亮度。

2系统整体设计

2.1设计思路

设计使用8个白炽灯构成两条支路，一条支路4盏路灯，参照实际每条支路的路面状况，路灯的布置如图1所示。路灯挂在高度为0.8m支架上,路面宽度为2.8m，路灯之间间隔为3m，两条支路是独立的。每条支路放2-3个光敏传感器，用来采集光信号，并把信息传送给单片机。单片机根据采集到的光信号来决定是否打开路灯，并在打来路灯的情况下，根据光敏信号决定路灯的亮度，通过控制可控硅来实现路灯亮度的控制，支路路灯的开关信息在液晶屏上进行显示。本系统还自带有自动报警系统，对路灯的光敏传感器进行独立编号，实时监测路灯及传感器的状况，警告信息在液晶屏上进行显示。

图1 路灯安装位置示意图

2.2 ZigBee无线监控网络系统结构

智能监控系统信息传递部分尝试采用ZigBee技术或GPRS，基于成本考虑，选择ZigBee无线传感器网络。

环境亮度及传感器故障检测数据传输过程：远程客户端发出对某区域路灯工作状态情况的查询请求命令，通过以太网传到路由器，路由器根据查询地址优化传输路径选中各个相应ZigBee网络中的Sink节点，Sink节点接到命令后，激活该节点连接的所有终端节点读取数据。

3终端节点硬件组成

3.1终端节点控制系统

每条支路的控制器就是一个ZigBee终端节点，主要包括单片机控制单元、光敏信号的采集单元、信息显示单元、故障检测单元、亮度调节单元五部分组成。智能路灯控制系统的结构如图2所示。

图2 节点硬件结构框图

3.2节点内各模块功能

数据采集模块主要用来采集环境亮度的变化情况以及故障检测，光敏电阻实现对其明暗的变化，产生不同的电压送单片机处理器，经单片机内部A/D转换器转换成数字信号，处理器根据检测的信号进行相应的处理，实现因环境变化而改变灯的开关状态。

微处理器单元主要负责接收和处理数据采集模块发送过来的信息，由单片机根据这些信息进行运算处理，通过输出接口电路调节可控硅从而实现灯的开关时间以及灯的亮度的智能控制。光敏电阻检测到故障信息也通过单片机处理后在液晶显示屏上给出报警信号。无线收发芯片主要用于与网络中其他节点交换数据，构成网状网络。路灯亮度调节部分采用可控硅进行调节。

4软件设计

主程序一开始在一个待定的状态，当开始按键按下时，程序开始，当按下关闭按钮时，程序关闭。当然，实际情况基本不用关闭的状态。

在程序正常运行的过程中，单片机的A/D采集部分采集光敏传感器传过来的电压信号，接收到信号之后进行信号滤波处理，并根据电压信号的值判断现在传感器是否有故障。在灯关闭的情况下，判断是否应该打开电灯。在灯开启的情况下，在一段时间内，根据电压值判断灯有无故障，是否应该关闭路灯。不管灯打开与否，都要实时显示灯的开关信息、传感器的状态、灯的状态。

5测试

本文测试了共四个节点组成的网络，首先将协调器程序写入一个节点，路由程序写入其他三个节点，然后把RS232线一端连接到电脑的串口上，另一端连接协调器节点。通过串口调试助手来显示输出内容。串口采用配置如下：波特率19200、8位数据位、1位停止位、无奇偶效验和数据流控制位。打开各节点电源，电源指示灯亮，大约1～2秒钟后LED闪烁，表示节点已经开始上报监测数据。

主要实现的功能有以下几点：路灯开关时间的控制；路灯亮度的控制；已坏传感器及路灯坏的警告提示；各支路单独控制的功能。

6结语

现在的很多市政自动控制部分不具有这样可以随环境的变化而改变灯状态的功能，只是靠人为的设定开关灯的时间，而且灯的亮度也不可调。本设计实现路灯状态的自动控制，并根据环境的变化亮度及时间可以实时调节。

参考文献：

[1]张毅坤.单片微型计算机原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,1998.

[2]任为民.电子技术基础课程设计[M].北京:中央广播电视大学出版社,1997.

[3]朱月秀.单片机原理与应用[M].北京:科学出版社,2004.

[4]李世馨.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社.2001.

作者简介：尹洪剑(1982-)，男，汉族，四川西昌人，硕士研究生，讲师，研究方向：硬件技术研究与教学。