基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计

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1、基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计摘要：以智能小区的照明应用需求为出发点，通过ZigBee无线传感网络传输控制和检测信息，光线强度检测传感器、电压电流检测传感器采集信息，以PT4115作为LED路灯的PWM恒流驱动控制芯片，构造了以CC2430为控制核心的智能小区LED路灯控制系统，该系统具有节能效果好、智能化程度高、故障自动检测、照明方案多样等特点。　　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

2、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。　　1LED路灯照明特点　　LED路灯使用体积微小的LED点光源，便于利用二次光学设计使目标区域内光照射均匀度可控，能够避免传统光源路灯“灯下亮”造成的光浪费；LED色温可调，即可以通过简单的控制电路，改变LED灯内不同晶片

3、的驱动电流，实现同一盏LED路灯能发射多种颜色光即实现色温可选，且显色性较好，在不同场合的应用中，有利于提高效率，降低成本；LED路灯便于配合数字调光，可更省电；LED使用低压供电，安全性高。因此智能小区采用LED路灯照明将成为未来的发展方向。　　2ZigBee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

4、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

5、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。　　3系统

6、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

7、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　　3.1ZigBee组网设计　　3.1.1ZigBee网络开发工具的选择　　ZigBee无线传感网络使用成都无线龙C51RF－3系统。其处理器采用TI公司的CC2430，单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）电路和微控制器，它使用1个8位MCU

8、（8051），具有128kB可编程闪存和8kB的RAM，还包含模拟－数字转换器（ADC）、定时器（Timer）和AES128协同处理器［4］。C51RF－3系统支持ZigBee2006协议，是一款经济、高效、方便、快捷、可重复使用的开发工具套装，完全满足IEEE802.15.4标准和ZigBee技术标准的无线网络技术设计开发。在组网方面，C51RF－3系统能实现组建串状网络和星状网络。ZigBee2006协议中默