ZigBee无线网络技术在小区路灯照明系统的拔取亚洲城误乐城ca88网站

小区路灯照明系统是楼房智能的一有的,但受制于布线、成本等的题目,难以得以实施。随着总结机技术的迅猛发展,无线网络技巧越来越成熟,ZigBee无线网络成本低、功耗低、传输距离远等的风味,相当适合在无线路灯控制的施用。本文在介绍了小区路灯照明系统的性状,结合ZigBee组网技术,设计了一套ZigBee无线网络技术的小区路灯照明系统的采纳,通过实验注解了该技术在小区路灯监控的可行性,具有一定的实用价值。
  
1.引言
  小区路灯照明系统是相对封闭的电力系统,它与街道、公路照明系统不同,由小区中间的电力系统控制。现代小区智能楼宇控制应当涵盖有小区路灯照明系统,使得小区照明更节省环保、更人性化、个性化,照明系统由小区的电气控制核心统一调控。为了促成照明系统的集合支配,需要在照明路灯上加装控制模块与通信功能,导致了基金的增多,使得远程统一宰制得不到常见的行使。ZigBee是一种基于2.4G频道的无线网络技术,它兼具低功耗、传输距离远、网络性强、成本低等的表征,非凡适合于数据量不大、节点数多的网络决定,被广泛应用于物联网领域。本文设计一种基于无线传感器技术的小区照明控制系列,在无需举行网络布线的前提下,低本钱实现集中统一控制小区内的路灯,使得小区的照明系统的智能化得以贯彻。
  
2.小区路灯照明系统
  小区路灯照明是小区建设相当重大的一个局部,即便同是照明系统,它与国有照明(如街道、广场、公路等照明)不同,小区路灯照明属于小区自主决定,消耗的电费也由小区业主承担,由此小区照明需要考虑到个性化控制、节能、安防等要素。此外,随着人们生活水平的加强,人们对居住条件的渴求也更是高居住的环境也改成了一种紧要的恬淡、放松、享受生活的重要性场面,小区照明由往日的单纯照明衍生和变化成为一种景色系统工程,人们追求的不仅是亮度上的不合理感受,更要紧的是视觉、身心的一种享受[1]。总之,小区照明系统并不可以简单地照搬普通的照明系统,个性化、节能环保是现代小区规划的紧要一环。

  随着信息行业和电脑产业的很快发展,智能楼宇技术连忙发展,楼宇自动化、通信自动化、办公自动化、家庭自动化等各样自动化系统不断涌出,现代小区采纳最多最常见的是安防系统、门禁系统、停车场系统等,小区内的照明系统却利用的不多,原因根本是:小区的路灯照明系统连接智能楼宇系统的通信介质大部分运用总线型与电力线载波,总线型需要铺设网络通信线路,分布广泛、布线复杂,成本很高,若拔取电力载波情势接入,尽管不要此外铺设网络线路,但需要昂贵的调制解调设备,成本也麻烦下降[2]。由此怎么着低本钱地将小区的路灯照明系统投入到小区的智能楼宇控制连串中是解决龃龉的根本。
  
3.ZigBee

  ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。它出自蜜蜂的风水舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和”嗡嗡”(zig)地颤动翅膀的”舞蹈”来与同伙传递花粉所在方位信息。ZigBee网络协议与另外无线网络协议相比较,如表1所示,有着明显的特征。蓝牙与WIFI技术速率高,但ZigBee在传输距离、功耗、成本等方面有原始的优势,特别适合于数据量低的传感器与操纵场馆。
  
3.1.ZigBee技术概述
  ZigBee与IEEE
802.15.4是依据专业的协商,它们为无线传感器网络利用提供所需的网络基础设备。802.15.4概念了物理层(PHY)和媒体访问层(MAC),ZigBee定义了网络层(NWK)和应用层(API),如图1所示[3]。总之,ZigBee是一套相当完整的无线网络解决方案。
亚洲城误乐城ca88网站 1
  表1.ZigBee与任何有线网络协议
亚洲城误乐城ca88网站 2

图1.ZigBee与IEEE802.15.4网络架构图

3.2.ZigBee设备项目
  ZigBee网络含蓄2种意义系列设备,3种节点类型。效用系列有:兼职能设施FFD(Full
Function Device)和精简效能设施RFD(Reduced Function
Device)。顾名思义,兼职能设施拥有全部的商谈效能,而简单效用设施目标是为着促成简单的商议即可。3种节点类型:协调器(ZC)、路由器(ZR)与终极设备(ZE)。全职能设施可以看成协调器、路由或者极端设备,精简设备只可以作为终点设备使用。兼职能设施得以与任何设施通信,而简单效能设施只可以与全职能设施通信,无法与简单效能设施互通。它们一起整合ZigBee网络,如图2是ZigBee的一种拓扑结构。

  协调器的机能是启动与操纵网络,存储关于网络的音讯。它也是网络的首个设施。协调器采取一个信道和一个网络ID(也号称PAN
ID,即Personal Area Network
ID),随后启动全套网络。如若网络需要加密,密匙可存放在协调器,协调器的角色紧要涉嫌网络的起步和布局,一旦这多少个都形成后,协调器的行事就像一个路由器。

  路由器的功效是扩充网络覆盖面,在阻碍周围动态路由,并提供备份路由以避免网络拥挤和配备失败,它们可以联系到协调器与此外路由。

  终端设备的功用是殡葬或接受一个信息,可是无法履行其余路由操作,它们必须连续到协调器或路由器,终端设备是网络的最巅峰,因而不襄助子设备。
  
3.3.ZigBee网络
  ZigBee有3种拓扑结构及2种干活格局。3种网络包括有:星形网络(Star
network)、树状网络(Cluster tree network)和网状网络(Mesh
network),拓扑如图3所示。

  星形网络由一个协调器与四个极点设备组成,协调器位于网络基本,负责发起建立和保安整个网络。
亚洲城误乐城ca88网站 3

图2.ZigBee网络的三种配备档次

亚洲城误乐城ca88网站 4

图3.ZigBee的两种网络拓扑

  星形网络的决定与一头相比较简单。
  树状网络由一个协调器与一个要么六个星形网络构成。很显明,树状网络的拓扑空间很大,可是空间的叠加使得信号的传输延时会追加。

  网状网络由若干个FFD构成骨干网,它们中间是对等关系,每个节点都能够与任何节点对等通信。网络中拥有拥有路由效用的节点能够一向互联,但它们中有一个会被推荐为协调器。实际上网状网络是按照树状网络的功底,由路由器的路由表配合实现网络路由。网状网络的表征是持有自苏醒能力,数据路径有多条选用,当某条途径故障,可以采纳任何路线,由此它具有卓殊高的可靠性,可是树状网络需要更多的贮存空间。

  ZigBee有二种工作形式:信标(beacon)形式与非信标格局。信标情势确定了一种”超帧”的格式,在超帧的开始发送信标帧,各节点经过竞争形式、非竞争情势接入、非活跃时期与休眠状态多少个时期,截至后等待下一个超帧周期的起初又发送信标帧。非信标格局则相比灵活,节点均以竞争格局连接信道,不需要周期性的殡葬信标帧。显著,信标情势一同性能好,但这种同步网络的层面不可能很大。
  
4.基于ZigBee技术的小区照明系统
  
4.1.硬件设计
  ZigBee传输距离远、功耗低、成本低等的性状,卓殊适合于小区路灯照明系统。硬件上参照TI公司开发的ZigBee专用CC2530单片机的母版设计[4],终端设备采纳BH1750FVI数字光照传感器进行光照强度的数额搜集,设计CC2530还有继电器输出,用于驱动路灯的开关,电路如图4所示。

  协调器与路由器也参照TI母版电路,协调器在CC2530串行口上连接RS232转移芯片与服务器连接。
  
4.2.软件设计
  使用IAR开发平台与TI公司的Z-stack协议栈,该协议栈由TI集团提供给用户的一个怒放的ZigBee网络开发包,是ZigBee的一种具体贯彻,Z-Stack包含了网状网络拓扑的几近于兼职能的协议栈,用户能够间接使用Z-stack举行支付[5],其框架如图5所示。Z-stack已经将系统平台层与商事层封装好了,用户只需遵照自己的网络与程序对应用层举办修改,使得用户的开发周期大大收缩,而且网络体系的可靠性拿到了很好的维护。
亚洲城误乐城ca88网站 5

图4.巅峰设备电路图

  依照小区路灯照明系统的表征,系统使用网状网络布局,路由基于路灯的遍布情况带多少个顶峰设备,终端设备举办数量搜集以及控制,路由设置在Z-stack里修改f8wConfig.cfg文件举办安装,路由表大小设置MAX_RTG_ENTRIES,按节点数10:1开展设置,通信情势使用非信标格局。另外,由于路灯系统本身有供电电源,由此ZigBee模块使用路灯的电源进行整流变压供电,采用AA电池作备用电源,当路灯电源线路出现故障断电,ZigBee模块可以运用锂电池继续举办工作,通过ZigBee网络并将断电故障音讯反映至服务器。
  
4.3.实验

  将ZigBee模块按距离30米路灯的间隔举办分布,如图6所示模拟路灯分布,布置20个极端设备对路灯举办光照强度的收集、供电信号的搜集,并含有继电器控制输出。按分布使用了6个路由装备,协调器使用RS232转换芯片与PC串行口举办通信,服务器端使用VB编写终端监控软件呈现各类终端设备采集的消息,发送继电器闭合与断开指令信号。在断电的情形下,备用电池能够连续保持单片机的供电,并将断电音讯发送回PC终端。
亚洲城误乐城ca88网站 6

图5.Z-stack商议栈框架

亚洲城误乐城ca88网站 7

图6.ZigBee技术的路灯控制网络

亚洲城误乐城ca88网站 8

表2.路由丢包率性能测试

  实验显示,20个极点设备的搜集消息可以全部的展示,继电器闭合与断开的命令也能从劳动器端发送到终端设备,在路由测试上,分别对4个路由举行故障性测试,实验数据如表2所示。由表2数据可知,在传输速率不高的情形下路由特性表现可以。

  由实验数据可知,使用ZigBee网络举办小区路灯监控是立竿见影的,在和谐器端对数据开展打包可以与PC、PLC等控制器举办通信,由此可以连接到智能楼宇控制体系中举行合并监督。
  
5.总结
  文设计了一种基于ZigBee无线网络技术的小区路灯控制连串,实验求证ZigBee无线网络技术在长距离监测路灯下的光照强度、断路故障等消息是实用的,具有一定的实用性,在和谐器端与智能楼宇系统的连天上可以展开灵活的编程,以满足监控系列的急需,由此,ZigBee无线网络技术可以扩张到其他装置的监控上,大大缩短了布线的本钱,无论是作为无线传感器网络使用仍旧智能楼宇控制应用的松开,具有一定意义。