基于zigBee網絡的路燈節能監控系統

摘要：為了實現對節能路燈的監控系統的設計，采用基于ZigBee技術的組網方案，進行系統的網絡構架，以及Mesh網絡的研究。設計了監控系統終端節點的硬件平臺以及編寫了ZigBee協議棧的軟件。通過實驗室對路燈的模擬實驗，系統實現了Mesh網絡以及Ad Hoc路由算法，提高了系統的穩定性，滿足了節能路燈的通訊要求。
關鍵詞：ZigBee；路燈節能；CC2430；Mesh

O 引言
路燈系統是城市基礎設施的組成部分，是與人們日常生活緊密相關的市政公共設施。同時綠色照明是當今照明界的必然趨勢，隨著城市化進程的加快和城市規模和數量的擴大，照明消耗，照明電費日益高漲，加劇了我國日趨緊張的能源供應。因此建立路燈節能監控系統實現了路燈的集中控制、檢測與管理。結合相應的控制網絡確保按時、按需點亮每盞路燈，并能有效的節省路燈的用電，延長燈泡的壽命，降低維護的成本，是現代能效型社會的目標。
當前路燈節能系統組網的方案中有基于電力線載波通訊的組網方式，GSM短消息控制。ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術。目前已經廣泛應用于無線網絡監控行業，并取得了較好的效果。提出了基于ZigBee技術的無線網絡的通訊系統。在降低成本的同時能夠克服電力線載波通訊中不能換相的問題，另外使用Mesh網絡進行通訊保障了無線通訊的可靠性。

1 系統方案以及ZigBee技術
在ZigBee網絡中的設備分為FFD(全功能設備)和RFD(簡化功能設備)兩種。FFD可以作為協調器和路由器使用，可以和FFD設備和RFD設備之間進行通訊；主要負責網絡的組建和維護以及路由。RFD設備一般為終端節點，互相之間不能通訊，完成信息的發送和接收。
ZigBee網絡支持星型網、集群樹狀網和網狀網三種拓撲。網狀網是一種高可靠性的AdHoc網絡，與集群樹狀網不同的是，具有路由功能的節點之間可以進行通訊，從而網狀網通過自組織和無線線路的功能可以提供多個數據通路。當最優路徑出現故障時，冗余的其他通路提供相應的路徑。因此網狀結構縮短了信息傳輸的延遲并提高了通訊網絡的可靠性。
路燈節能監控系統是由三層網絡來實現的，如圖1所示。

其中監控層主要有PC機完成系統的上位機監控畫面，以及控制指令的交互設計。中間層由每個子網的協調器組成，通過GPRS通訊技術將子網內的數據信息傳送到系統上位機。最后子網內采用ZigBee網狀網絡來實現路燈之間的通訊。將每個街道劃分為一個子區域，將街頭的路燈設置為協調器，其他的路燈節點設置為路由節點，最后通過ZigBee協議棧中的網絡層來實現Mesh網絡的構建。從而保證將每個節點上的信息及時地發送到相應的協調器。