一种基于ZigBee的路灯控制器的设计.pdf

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1、垫!鱼生蓥至Q塑【簋箜!!Z塑)江亘建挝皇氢王猩一种基于ZigBee的路灯控制器的设计■耿晓明一重庆四联光电科技有限公司。重庆400711摘要：本文介绍了一种基于zigBee无线通讯的路灯控制器，可以实现LED路灯的远程开关和调光。同时可以采集路灯的电流、电压和主板温度等参数，实现单灯控制或路灯组网控制。通过路灯的远程或本地定时调光。可以在人流量少的时段或无人的状态下降低亮度，从而达到节能和延长LED路灯寿命的作用。关键词：LED路灯远程控制ZiIgB*路灯控制器路灯是城市的重要基础设施之一。也是园区、校园、小区

2、广场等公共照明常用的照明设备。随着市政照明规模的扩大和照明区域逐渐增加，城市路灯的用电量、管理和维护费用也大大地增加。近几年，LED路灯由于节能效果好、寿命长等原因。正在快速替换传统的钠灯。LED路灯的另一特点是可控性好，可以很方便的实现调光、快速开关等功能。近年来，越来越多的厂家开始研发用于路灯控制的系统和设备，以满足用户在节能、降低管理难度等方面的要求。路灯控制器是路灯控制系统的基础设备之一，可以单独使用，采用定时控制或直接控制照明回路程，也可以小区域范围内组成MESH网络，进行本地无线控制，甚至通过集中器构

3、成更大的城际网络，控制整个城市的路灯，实现路灯的无人值守管理、故障报警等功能【2J。本文设计了一种路灯控制器，可以有效的控制路灯，提高路灯的智能化水平。1ZigBee技术简介ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率要求不高的电子设备[2]。可工作在2．4GHz、868MHz和915MHz三个频段，其物理层和MAC层采用IEEE802．15．4标准，传输速率最大可达250Kbps，通讯距离在增加功放的情况下可达数百米，甚至数公里。ZigBee应用于路灯

4、控制有如下特点：(1)成本低：ZigBee协议不收专利费。芯片组比较便宜，目前成本较低的ZigBee数据透传通讯模块已经降到20RMB左右，且使用免执照频段，无需交纳通讯费用；(2)免布线：将ZigBee用于路灯控制，有效的解决了布通讯线的问题，可以大大降低布线的费用和人工成本；(3)容量大：一个ZigBee子网可以支持多达65535个节点，且可以通过信道和PANID扩展子网的个数，理论上可以连接的路灯节点数量非常大；(4)组网灵活：采用自组网的MESH网络拓扑架构，当某个节点失效时，可以灵活的进行重新自组网，获

5、取新的路由，保证系统的稳定可靠；(5)安全可靠：采用AES一128加密算法，且提供了循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查，采取了碰撞避免策略和数据的确认和重发机制，保证了数据的安全性和可靠性。2路灯控制器功能介绍路灯控制器一般安装在路灯上，用于连接主控设备，获取控制指令控制路灯或采集路灯的实时工作数据上传至主控设备，主要功能有：(1)控制路灯的开关、调光，由一组或多组的继电器和0～10V调光输出组成；(2)采集路灯的工作电流、电压、功率因数、主板湿度等参数，同时进行电量累计和工作时长统计；(3)可以实现本地策

6、略的灵活配置并可按本地策略和调光曲线对路灯进行控制；(4)可以通过ZigBee通讯与主控器连接，实现配置、数据交互与控制等功能；(5)当路灯或控制器出现故障时，可以主动上传报警内容。由于路灯控制器一般应用在户外。且安装在路灯灯杆上，所以对防水防尘、震动、防雷等级要求较高”一。3路灯控制器硬件设计根据路灯控制器的功能要求，将控制器主板功能分为电源、主控CPU、ZigBee通讯模块、电力计量、继电器输出、调光输出等电路模块。主控CPU采用LPCIll2，是一款32位的ARMCortex—M0芯片，该芯片的特点是成本低

7、、片上资源丰富；ZigBee通讯模块采用比较成熟的UART数据透传模块；电力计量芯片采用CS5463，此外，控制器还采用·198·了FM25L16作为参数存储设备，GM706作为复位和看门狗。其中，电力计量芯片CS5463使用电流互感器和电压互感器分别连接至电源主回路，并和铁电存储器FM25L16一起采用SPI接口与CPU进行连接；0～10V输出采用PWM输出，通过光电耦合器进行隔离；继电器输出采用I／0端口。4路灯控制器软件设计系统的软件采用模块化设计，模块分为MPU驱动层、设备驱动层、逻辑配置层和应用层，便于

8、系统的扩展和移植。系统的MPU驱动层主要完成MPU初始化、定时器、SPI通讯、PWM输出、GPIO、A／D、UART及IAP的底层驱动，其中定时器用于定时查询电力计量芯片数据，并分析；SPI驱动主要用于CS5463数据读取和FM25L16读写。设备驱动层完成外部设备，如cs5463、FM25L16等设备的操作。逻辑配置层采用配置文件的方式完成系统软件功能的配置，可以有效提