基于Zigbee的智能路灯控制系统的研究

摘 要：随着社会的不断进步，人们的节能环保意识逐渐加强，作为重要电能消耗的城镇道路照明系统，其环保节能的效果对国民经济发展产生重要影响。所以目前运用先进的科学技术，探寻环保节能效果更好的控制系统具有重要的社会价值和经济效应。本文根据实际应用需求，以zigbee技术为研究基础，对智能路灯控制系统进行科学分析，构建高效实用的路灯管理监控系统，确保路灯照明系统低耗能、高效率地安全运行。

关键词：Zigbee；智能路灯；控制系统；研究分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.132

1 引言

近年来，城市建设规模不断扩大，城镇照明系统得到空前发展。然而受人力、经济、技术等方面的影响，针对路灯照明的管理控制以及维修养护等方面存在很多不足之处。在科技高速发展的背景下，在路灯系统的设备配置、环境监测等环节实施先进的技术手段，使系统功能大大增强，建设成本有效降低，进而提高路灯系统的智能性、实用性、经济性和安全性。目前zigbee通讯技术在路灯的控制方面应用较广，使路灯施工安装更加便捷，使用更加安全可靠，所以致力于探索基于zigbee智能路灯控制系统的构建的具有较高的应用价值和研究意义。

2 Zigbee技术定义

从学术意义上来讲，zigbee技术就是一种无线局域网络。该技术具有结构简单、功耗低、传输数据速率低、成本低、适合近距离传输的新型无线传输技术。该技术是以IEEE802.15.4为基础标准的链路层、物理层和MAC层，以及zigbee协定的网络层、应用层和加密业务等。Zigbee拥有教学的网络宽带，较小延时性和较低的功耗，工作所需电源通常依靠干蓄电池供给。此外该项技术可结合传感器，应用较为简单，有较高的通信效率和安全性。

3 智能路灯系统的主要功能

智能路灯应当能够进行“单灯单控”式操作，可以监控每盏灯的功率、电流、电压等数据；根据实际需求，设计可以控制不同的照明模式的系统软件；可跟随季节变化以及日出日落的不同时间，对路灯的开关时间能够自动调节，并且能够自行完成电源的通断；实施有效控制策略，完成夜间别个时段路灯自动断开；在回路中，用无线传输或者有线网络的方式来实现采集器与终端至今啊的信息传输；系统中的每个回路部分应当具备数据计量能力，利用无线网络及通讯技术对电表数据进行远传，同时将用电量传到监管平台，并且能够自动形成报表，与监管平台进行有效对接。

4 系统中关键技术的应用

在智能路灯控制系统中，主要运用到的技术有zigbee、FreeRTOS以及多普勒微波雷达的应用等。系统通过zigbee技术完成各路灯的信息传输，而使用FreeRTOS系统处理各节点的信息，并对各节点实施有效控制，而每个节点则通过多普勒雷达的微波技术及多普勒效应来检测人流车辆。

4.1 zigbee技术应用

zigbee技术具有低耗能、短距离无线传输的性能，不仅能够自动组织，简单、数据传输速率较低，网络容量大 ，可按需求对网络所覆盖的范围进行适当调节，而且成本不高，安全可靠，适合各种设备的嵌入，zigbee的技术特点非常满足远程及自动控制领域的需求。

4.2 FreeRTOS系统应用

FreeRTOS技术作为一种嵌入领域应用比较广泛的操作系统，在智能路灯控制系统中有利于提高CPU资源的高效合理利用，促使设计应用软件的程序简化、降低开发系统时耗，使系统的可靠性以及时效性得到提高。该操作系统源码公开，并且可以裁减、移植、调度策略较多等，可以进行任务、时间、内存以及消息队列、信号数量等方面的管理，并对数据信息进行记录。

4.3 多普勒微波雷达的应用

微波属于直线传播，具有较强的抗干扰能力，并且频带较宽，主要用在目标的探测、无线通讯等领域，其中专门应用于雷达系统的是1-25cm波长的微波，其余则适合于传输电讯方面。由于气流、尘埃、温度对微波雷达的传感系统产生的影响较小。zigbee智能路灯系统可运用多普勒效应的雷达系统来实现对移动物体的定位和速度距离的测量，继而自行控制路灯的启闭状态或者调节路灯亮度，起到很好的节能效果。

5 zigbee网络结构形式

Zigbee技术在系统应用中多为自组网络，这种网络拓扑型式具有很大的随意性，完全能够确保智能路灯控制系统的安全可靠、高智能低成本等性能的实现。Zigbee智能路灯控制系统多采用可使网络可靠性能提高的树状型结构 ，通过路由功能进行传输，系统主要组成内容为协调器一个、控制器若干、路灯终端若干。充分利用zigbee技术特点，在传统路灯控制的基础上，根据不同时间、不同路段采用不同控制检测方法对协调器进行设置，实现对路灯的及时控制，准确掌控路灯的运行状况，并能确定损坏路灯的情况以及准确位置，便于对路灯隐患及故障及时发现及时处理，实现路灯的使用节能化、管理智能化。

6 基于Zigbee的智能路灯控制系统 构建

构建基于Zigbee的智能路灯控制系统需要完整的设计方案，多个节点与一个主控节点相互连接组合，成为系统的主要组成内容，其中主控节点的主要功能是实现各节点于主控节点之间信息的相互传送。

7 结束语

种种迹象表明，Zigbee智能路灯控制系统很好解决了路灯的低能耗问题，使系统的经济效益大幅提升。该系统不仅安全可靠，而且还使线路结构得到简化，实现无线远程智能化，为路灯照明的发展指明了新方向。我们不难相信，随着社会经济的快速发展下，前景广阔的新型路灯控制系统将会大大推进人们生活的舒适化、智能化进程。

参考文献：

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[2]张烨君，李刚健，邓为东.基于无线通讯的智能路灯控制系统[J].电子科技，2013，26（28102）：100-102.

[3]郑洁，秦会斌.基于ZigBee的路灯控制器设计与实现[J].照明工程学报，2012（2306）：127-131.

作者简介：何彩虹（1980-），女，辽宁辽阳人，研究生，工程师，研究方向：物联网技术及应用。