基于ZigBee的無線路燈節能智能監控系統設計

3 硬件電路設計

ZigBee 新一代SoC 芯片[7]CC2530 是TI 公司推出的用于嵌入式應用的片上系統， 是使用IEEE 802.15.4 標準、ZigBee 和ZigBee RF4CE 的一個片上系統解決方案。

CC2530 內部已集成了一個8051 微處理器與高性能的RF 收發器。CC2530 能夠以非常低的總材料成本建立強大的網絡節點， 擁有較大的快閃記憶體， 其存儲容量多達256 B, 它是理想的ZigBee 專業應用芯片; 支持新RemoTI 的ZigBee RF4CE, 這是業界首款符合ZigBeeRF4CE 兼容的協議棧。此外，CC2530 具有不同的運行模式， 使得它尤其適應超低功耗要求的系統， 運行模式之間的轉換時間短， 進一步確保了低能源消耗。圖3 為CC2530 外圍電路設計。圖3 中的D3 倒F 天線是單端天線， 也就是非平衡天線， 所以需要用電容、電感組成一個非平衡變壓器(BALUN) , 如圖3 中的虛線框圖， 來滿足RF 輸入/輸出匹配的要求。

圖3 CC2530 外圍電路

PCB 天線設計難度較大， 通常還需要仿真工具的支持， 但TI 公司已經把倒F 型PCB 天線設計的規格公布了。對于終端設備的設計來說，PCB 天線不失為一種較經濟的選擇， 因為其通信距離可以滿足本系統的要求。

路燈節點設計采用光敏電阻傳感器檢測的方式采集路燈狀態信息并通過無線傳回主控中心( 協調器)， 同時經主控中心處理后， 將相應的控制命令發送至指定的路燈節點。協調器的設計是根據電子時鐘產生的精確時間和光敏電阻采集外界光線的強弱來控制整個網絡的路燈。

在下半夜采用隔柱亮燈(開部分燈) 的方法降低電能消耗; 在大白天， 采用關全部路燈的方法， 如果天氣突然轉陰， 系統就會自動打開部分路燈， 滿足人們照明要求; 傍晚時分， 用光敏傳感器采集的光線強弱來判斷是否需要開關燈， 做到及時開關燈。根據以上的控制實現智能和節能控制。表1 所示的為協調器主控制路燈的狀況( 此表要根據城市的實際情況制定)。

表1 協調器根據時間與外界狀態發出控制命令

本文提出了基于CC2530 的ZigBee 無線路燈節能智能監控系統的設計方案， 在路燈控制器節點設計基礎上實現了自組織網絡的建立、通信、互操作性測試， 解決了以往無線控制網絡的通信不穩定的問題。初步實驗結果表明： 采用這種模式建立的無線路燈節能監控系統不僅具有較好的可靠性和較高的控制效率， 而且還能夠及時發現路燈損壞情況和它的具體位置， 減少了巡燈工作，同時又根據城市是否需要打開路燈的實際情況來控制整個網絡中的路燈開關， 從而做到合理及時開、關燈。在下半夜采用隔柱亮燈的方法不僅能滿足人們照明的需要， 而且還能減少電能消耗， 能夠很好地達到節能和智能化管理的目的， 有著廣闊的應用前景。