基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计

引言

　　随着我国城市化建设的深入，大中型城市中智能化管理的高档小区、花园别墅、综合设施等( 以下统称“智能小区”) 需要有与其配套的高效环保的智能化照明控制系统，要求在对照明设备信息的获取和控制方式上做到远程化、智能化、个性化。现代智能小区的照明设计已不仅是小区道路和庭院的照明设计，往往还包括一些景观照明设计。小区主干道照明、支路照明、绿化景观照明可分别采用单独回路供电，这样可以根据不同需要，对各处的照明实行单独控制，节约电能。

　　　1 ZigBee 协议应用于智能小区照明的优势

　　ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中，同时支持地理定位功能。ZigBee 技术的较低数据速率以及较小通信范围的特点决定其适合于承载数据流量较小的业务。

　　IEEE802. 15. 4 协议定义了两个物理层标准，分别是2. 4GHz 物理层和868 /915MHz 物理层。2. 4GHz 波段为全球统一无需申请的ISM 频段，有助于ZigBee 设备的推广和生产成本的降低;为了避免干扰，除了2. 4GISM 频段外，欧洲还采用868MHz 频段，美国采用915MHz 频段作为ZigBee 的工作频段。这些频段都比较近，对信号合成器的程序稍微改动，就可以使用相似的硬件，从而降低生产成本。

　　由于这两个频段上无线信号传播损耗较小，可以降低对接收机灵敏度的要求，获得较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖较大的区域。ZigBee 网络含3 种类型的节点，即协调器、路由器和终端设备，支持星状、树状和网状3 种网络拓扑结构。

　　从ZigBee 协议特点可以看出，将ZigBee 无线传感网络用于智能小区路灯控制系统具有以下特点：短距离、小范围传输，具有成本优势;频率范围在小区内具有较强的抗干扰性，可以利用小区的地域特点选择合适的网络拓扑结构，并且组网简单可靠;经过合理布局，在一个小区内能做到无任何通讯盲区，利用其地理定位的功能，便于对LED 路灯在小区分布区域进行管理。

　　2系统设计方案

　　如图1 所示，整个系统由小区路灯监控与管理系统、无线传感网络、LED 路灯支路控制器、LED 路灯及驱动电路、ZigBee 终端支路控制节点和ZigBee 终端环境参数检测节点组成。整个系统设计成依据小区环境参数( 如亮度、温度、湿度) 自动运行，无需人工干预，并能及时检测社区各路灯的工作状态，及时跟踪维护。智能小区信息管理中心( PC 监控台) 负责监视整个社区路灯的运行情况，并能根据控制台命令人工控制各路灯的开关、亮度，其用RS232 串口与ZigBee 网络通讯;无线传感网络负责传送监控台的命令并搜集ZigBee 终端节点的状态信息;终端节点负责LED 路灯的控制与驱动;ZigBee 终端支路电压电流检测电路用于检测整个支路的电压电流状态;ZigBee 终端环境参数检测电路用于检测整个小区的环境参数，包括光线强度、温度、湿度，以之作为ZigBee 终端控制的依据。

　　
图1 系统组成方框图