基于ZigBee的智能小區LED路燈控制系統設計

引言

　　隨著我國城市化建設的深入，大中型城市中智能化管理的高檔小區、花園別墅、綜合設施等( 以下統稱“智能小區”) 需要有與其配套的高效環保的智能化照明控制系統，要求在對照明設備信息的獲取和控制方式上做到遠程化、智能化、個性化。現代智能小區的照明設計已不僅是小區道路和庭院的照明設計，往往還包括一些景觀照明設計。小區主干道照明、支路照明、綠化景觀照明可分別采用單獨回路供電，這樣可以根據不同需要，對各處的照明實行單獨控制，節約電能。

　　　1 ZigBee 協議應用于智能小區照明的優勢

　　ZigBee 技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入到各種設備中，同時支持地理定位功能。ZigBee 技術的較低數據速率以及較小通信范圍的特點決定其適合于承載數據流量較小的業務。

　　IEEE802. 15. 4 協議定義了兩個物理層標準，分別是2. 4GHz 物理層和868 /915MHz 物理層。2. 4GHz 波段為全球統一無需申請的ISM 頻段，有助于ZigBee 設備的推廣和生產成本的降低;為了避免干擾，除了2. 4GISM 頻段外，歐洲還采用868MHz 頻段，美國采用915MHz 頻段作為ZigBee 的工作頻段。這些頻段都比較近，對信號合成器的程序稍微改動，就可以使用相似的硬件，從而降低生產成本。

　　由于這兩個頻段上無線信號傳播損耗較小，可以降低對接收機靈敏度的要求，獲得較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設備覆蓋較大的區域。ZigBee 網絡含3 種類型的節點，即協調器、路由器和終端設備，支持星狀、樹狀和網狀3 種網絡拓撲結構。

　　從ZigBee 協議特點可以看出，將ZigBee 無線傳感網絡用于智能小區路燈控制系統具有以下特點：短距離、小范圍傳輸，具有成本優勢;頻率范圍在小區內具有較強的抗干擾性，可以利用小區的地域特點選擇合適的網絡拓撲結構，并且組網簡單可靠;經過合理布局，在一個小區內能做到無任何通訊盲區，利用其地理定位的功能，便于對LED 路燈在小區分布區域進行管理。

　　2系統設計方案

　　如圖1 所示，整個系統由小區路燈監控與管理系統、無線傳感網絡、LED 路燈支路控制器、LED 路燈及驅動電路、ZigBee 終端支路控制節點和ZigBee 終端環境參數檢測節點組成。整個系統設計成依據小區環境參數( 如亮度、溫度、濕度) 自動運行，無需人工干預，并能及時檢測社區各路燈的工作狀態，及時跟蹤維護。智能小區信息管理中心( PC 監控臺) 負責監視整個社區路燈的運行情況，并能根據控制臺命令人工控制各路燈的開關、亮度，其用RS232 串口與ZigBee 網絡通訊;無線傳感網絡負責傳送監控臺的命令并搜集ZigBee 終端節點的狀態信息;終端節點負責LED 路燈的控制與驅動;ZigBee 終端支路電壓電流檢測電路用于檢測整個支路的電壓電流狀態;ZigBee 終端環境參數檢測電路用于檢測整個小區的環境參數，包括光線強度、溫度、濕度，以之作為ZigBee 終端控制的依據。

　　
圖1 系統組成方框圖