摘要： 提出了一種基于無線通信協議Zigbee的路燈控制系統實現方案。系統光源采用LED，具有熱釋電紅外人體檢測、環境光檢測及時間設定等路燈控制方式，能實現遠程單燈監控、自動調光、電能測量、故障檢測及故障位置顯示等功能。試驗應用表明： 系統操作界面友好、功能強大，且路燈節點體積小、易于安裝。

　　1 引言

　　采用時間控制、光照控制等方式控制的路燈照明系統存在著路燈使用壽命短、管理開銷大、電能浪費、無法遠程監控以及故障維修反應效率低等現象。隨著人們生活質量的提高及科學技術的進步，對城市路燈的要求越來越高，不僅要求安全、節能、維護方便，還要求其能美化夜景，彰顯城市魅力； 例如上海市博園安裝的無線景觀路燈照明，為其夜晚增添了不少的色彩。

　　目前國內外路燈系統正朝著節能、單燈控制以及遠程監控的方向發展。本文基于無線網絡技術，設計了一套采用Zigbee 技術實現的路燈控制實訓系統； 該系統可實現路燈的遠程實時監控及數據采集存儲等功能。

　　2 系統硬件設計

　　系統由安裝在路燈燈桿上的路燈節點、無線網絡及監控中心組成，結構如圖1 所示，路燈節點和監控中心需要配備無線通信模塊。

　　圖1 系統結構圖

　　2. 1 無線網絡

　　無線網絡采用Zigbee 技術，使路燈工作現場與系統監控中心可靠通信。這種技術主要應用在數據傳輸速率不高且短距離傳輸的各種電子設備之間，非常適合工業控制、環境監測等場合，具有低功耗、低成本和低復雜度等特點。本系統Zigbee 模塊采用CC2530 片上系統作為控制電路的核心，具有256KBFLASH，在接收和發射模式下，電流損耗分別低于25mA 和34mA.模塊電源由外部穩壓電源提供5V電壓，以確保各節點長時間穩定工作。

　　根據路燈系統特點，網絡采用樹形連接，以便靈活擴展節點和自組網絡。與PC 機串口RS232 連接的Zigbee 模塊為網絡協調器，起著組織、管理網絡和發號施令的作用； 當網絡有節點加入時，它分配地址給新節點，因此不能掉電也沒有低功耗狀態。

　　與路燈單元串口連接的Zigbee 模塊為路由器，起著中繼器的作用，可以收發數據也可以轉發數據，承擔著與上位機和相鄰節點通信的任務。

　　2. 2 路燈節點

　　路燈節點由路燈控制器、電源模塊和Zigbee 模塊組成，完成現場數據及控制命令的處理、控制LED 燈開關及調光的任務。

　　路燈控制器選擇高性能、低功耗的8 位AVR 微處理器ATmega16 作為核心部件，該單片機輸入/輸出口可以自由設定，驅動能力強，集多種器件與多種功能于一身，大大減少了外圍器件的使用量，降低了電路的復雜程度。控制器的外圍電路包括信號檢測、亮燈驅動和故障檢測等電路。

　　信號檢測部分由光敏電阻電路和熱釋電紅外傳感器電路組成。光敏電阻5537 用于對環境光檢測，從而控制燈光的亮度； 熱釋電紅外傳感器DYPME003感應距離0 ~ 7 米可調，用于判斷是否有行人或者車輛通過，并根據設定值調節燈光亮度。

　　考慮到LED 路燈高效節能及其應用日趨廣泛，采用LED 作為光源，并采用XN2115 芯片驅動。系統選用1W、3. 2 ~ 3. 6V 的LED 燈4 顆。路燈故障檢測信號取自XN2115 芯片的SW 點的電壓，將該點電壓通過大電容平波后與電壓比較器的基準電壓進行比較，比較結果的高低電平送入單片機處理，并將故障信息送至上位機實現故障報警、位置顯示等功能。

　　路燈節點使用了5V 及12V 的直流電。將220V交流電通過整流橋KBP210 變為12V 直流電，為LED 驅動電路和故障檢測電路提供電源，功率可達40W; 12V 直流電源再通過LM2596-5. 0 集成三端穩壓器輸出5V 直流電源，輸出電流最大可達3A，具有很好的線性和負載調節特性，為Zigbee 模塊、單片機及其他外圍電路提供電源。

　　2. 3 監控中心

　　監控中心由PC 機和Zigbee 模塊組成，提供系統信息，具有遙測、遙控及存儲和管理數據功能的人機界面顯示，可以對整個路燈系統進行工作狀況的實時監控。

　　PC 機可以通過無線通信網絡采集路燈狀態，例如環境光強度、用電量、亮燈率等，并可向路燈節點發送控制命令，路燈節點根據這些命令對LED 燈進行操作，實現系統的按需控制及每盞路燈的實時監控。

　　3 系統軟件設計

　　系統上電后進行初始化，檢測系統是否正常工作，如果正常則按照路燈控制界面進行路燈狀態檢測或者對路燈進行輸出控制，使路燈按照既定程序實現開/關狀態，并經由Zigbee 網絡實時顯示信息。

　　監控界面可選擇各Zigbee 模塊的網絡節點號，搜索網絡內的各個模塊，將控制命令發送至指定的路燈節點，也可實時顯示路燈狀態信息和底層數據包。

　　3. 1 現場信號采集、檢測與處理程序

　　路燈現場環境光采集模塊經由光敏電阻得到電壓值，并通過ATmage16 內部的1 路10 位ADC 模數轉化電路將其轉化為數字信號。為了平滑采樣信號，提高系統抗干擾能力，設計中采用了數字濾波方式，每次轉換完閉后，ATmage16 會自動產生中斷信號，將本次和前8 次數據取平均值送給單片機處理。

　　當有人經過時熱釋電紅外傳感器會輸出高電平，經過后續處理電路，單片機得到一個低電平。為了避免重復觸發，人體檢測中斷觸發方式采用下降沿方式。

　　路燈的調光是通過給XN2115 芯片的DIM 引腳端上施加PWM 信號來實現。ATmage16 內部自帶四通道的PWM，設置為快速PWM 模式、OC2 復位、32 分頻。當OCR2 的值從0 到256 變化時，LED 燈從全亮到全滅。