ZigBee有线网络技术在小区路灯照明系统的应用亚洲城误乐城ca88网站

小区路灯照明系统是楼房智能的一局部,但受制于布线、成本等的问题,难以得以执行。随着处理器技术的迅猛发展,无线网络技术尤其成熟,ZigBee无线网络成本低、功耗低、传输距离远等的特色,分外适合在无线路灯控制的采用。本文在介绍了小区路灯照明系统的表征,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利用,通过试验求证了该技能在小区路灯监控的取向,具有自然的实用价值。
  
1.引言
  小区路灯照明系统是相持封闭的电力系统,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包含有小区路灯照明系统,使得小区照明更仔细环保、更人性化、个性化,照明系统由小区的电气控制主题联合调控。为了落实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效,导致了资本的加码,使得远程统一支配得不到周边的采纳。ZigBee是一种基于2.4G频道的无线网络技术,它具有低功耗、传输距离远、网络性强、成本低等的特色,万分适合于数据量不大、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连串,在无需进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卓殊关键的一个有些,即使同是照明系统,它与公共照明(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,随着人们生存水准的增高,人们对居住环境的渴求也更加高居住的条件也变成了一种重要的休闲、放松、享受生活的紧要场合,小区照明由从前的单独照明衍变成为一种景象系统工程,人们追求的不可是亮度上的无理感受,更要紧的是视觉、身心的一种享受[1]。不问可知,小区照明系统并不可以大概地照搬普通的照明系统,个性化、节能环保是现代小区设计的首要一环。

  随着信息行业和总结机产业的飞跃发展,智能楼宇技术赶快发展,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出新,现代小区接纳最多最广泛的是安防系统、门禁系统、停车场系统等,小区内的照明系统却利用的不多,原因紧假如: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用到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,若选用电力载波模式连接,就算不用另外铺设网络线路,但需要昂贵的调制解调设备,成本也难以下降[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类别中是解决争辨的重点。
  
3.ZigBee

  ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。它来自蜜蜂的风水舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和”嗡嗡”(zig)地颠簸翅膀的”舞蹈”来与小伙伴传递花粉所在方位音讯。ZigBee网络协议与其它无线网络协议相比,如表1所示,有着显明的性状。蓝牙与WIFI技术速率高,但ZigBee在传输距离、功耗、成本等地点有自然的优势,特别契合于数据量低的传感器与控制场馆。
  
3.1.ZigBee技术概述
  ZigBee与IEEE
802.15.4是基于专业的情商,它们为无线传感器网络使用提供所需的网络基础设备。802.15.4定义了物理层(PHY)和传媒访问层(MAC),ZigBee定义了网络层(NWK)和应用层(API),如图1所示[3]。可想而知,ZigBee是一套非凡完整的无线网络解决方案。
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  表1.ZigBee与任何无线网络协议
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图1.ZigBee与IEEE802.15.4网络架构图

3.2.ZigBee设备档次
  ZigBee网络蕴含2种效能连串设备,3种节点类型。效率体系有:全职能设施FFD(Full
Function Device)和简单效能设施RFD(Reduced Function
Device)。顾名思义,全职能设施拥有完整的合计效用,而简单效率设施目标是为了促成简单来讲道即可。3种节点类型:协调器(ZC)、路由器(ZR)与终端设备(ZE)。全职能设施可以看作协调器、路由或者极端设备,精简设备只好作为终点设备使用。专职能设施能够与其他设施通信,而简单效用设施只可以与全职能设施通信,不能够与简单效率设施互通。它们一起组成ZigBee网络,如图2是ZigBee的一种拓扑结构。

  协调器的功用是开行与操纵网络,存储关于网络的音信。它也是网络的首先个设备。协调器采用一个信道和一个网络ID(也称之为PAN
ID,即Personal Area Network
ID),随后启动全套网络。假设网络需要加密,密匙可存放在协调器,协调器的角色根本涉及网络的启动和配备,一旦这些都做到后,协调器的工作就像一个路由器。

  路由器的效益是扩张网络覆盖面,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,它们能够联系到协调器与其它路由。

  终端设备的功能是殡葬或接受一个音信,可是不可以实施其余路由操作,它们必须连续到协调器或路由器,终端设备是网络的最顶峰,因而不辅助子设备。
  
3.3.ZigBee网络
  ZigBee有3种拓扑结构及2种干活情势。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六个终端设备组成,协调器位于网络基本,负责发起建立和掩护整个网络。
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图2.ZigBee网络的两种装备档次

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图3.ZigBee的两种网络拓扑

  星形网络的操纵与共同相比较简单。
  树状网络由一个协调器与一个要么两个星形网络构成。很醒目,树状网络的拓扑空间很大,不过空间的叠加使得信号的传导延时会大增。

  网状网络由若干个FFD构成骨干网,它们中间是对等关系,每个节点都足以与任何节点对等通信。网络中享有拥有路由效率的节点可以直接互联,但它们中有一个会被引进为协调器。实际上网状网络是基于树状网络的底蕴,由路由器的路由表配合实现网络路由。网状网络的特征是有着自恢复生机能力,数据路径有多条采取,当某条路径故障,可以采用其他途径,因而它抱有相当高的可靠性,但是树状网络需要更多的仓储空间。

  ZigBee有二种工作情势:信标(beacon)形式与非信标情势。信标格局确定了一种”超帧”的格式,在超帧的上马发送信标帧,各节点经过竞争格局、非竞争情势连接、非活跃时期与休眠状态多少个时代,截至后等待下一个超帧周期的起先又发送信标帧。非信标情势则相比灵敏,节点均以竞争格局连接信道,不需要周期性的殡葬信标帧。显明,信标形式一并性能好,但这种同步网络的范围不可能很大。
  
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、成本低等的特点,非凡适合于小区路灯照明系统。硬件上参照TI集团支付的ZigBee专用CC2530单片机的母版设计[4],终端设备采纳BH1750FVI数字光照传感器举办光照强度的多寡收集,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串行口上连片RS232转换芯片与服务器连接。
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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公司提供给用户的一个开花的ZigBee网络开发包,是ZigBee的一种具体实现,Z-Stack包含了网状网络拓扑的几近于全职能的协议栈,用户可以直接动用Z-stack举办开发[5],其框架如图5所示。Z-stack已经将系统平台层与协和层封装好了,用户只需遵照自己的网络与程序对应用层举行修改,使得用户的开发周期大大收缩,而且网络类其它可靠性得到了很好的保障。
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图4.极限设备电路图

  依据小区路灯照明系统的表征,系统运用网状网络布局,路由基于路灯的遍布意况带多少个极端设备,终端设备举行数量搜集以及控制,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展开设置,通信形式接纳非信标格局。此外,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举行整流变压供电,采用锂电池作备用电源,当路灯电源线路出现故障断电,ZigBee模块可以动用AA电池继续展开工作,通过ZigBee网络并将断电故障音信报告至服务器。
  
4.3.实验

  将ZigBee模块按距离30米路灯的区间举行分布,如图6所示模拟路灯分布,布置20个顶峰设备对路灯举行光照强度的采访、供电信号的采集,并包含继电器控制输出。按分布使用了6个路由装备,协调器使用RS232更换芯片与PC串行口举办通信,服务器端使用VB编写终端监控软件彰显各种终端设备采集的音信,发送继电器闭合与断开指令信号。在断电的情事下,备用电池可以继承保障单片机的供电,并将断电音信发送回PC终端。
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图5.Z-stack协商栈框架

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图6.ZigBee技术的路灯控制网络

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表2.路由丢包率性能测试

  实验体现,20个终端设备的征集音讯可以完全的显示,继电器闭合与断开的吩咐也能从服务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景下路由特性表现理想。

  由实验数据可知,使用ZigBee网络举行小区路灯监控是有效的,在协调器端对数码开展打包可以与PC、PLC等控制器举办通信,因而可以连接到智能楼宇控制体系中展开联合监督。
  
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系列,实验证实ZigBee无线网络技术在中远距离监测路灯下的光照强度、断路故障等信息是行得通的,具有自然的实用性,在和谐器端与智能楼宇系统的连续上能够拓展灵活的编程,以满意监控类别的需求,因而,ZigBee无线网络技术可以增加到任何设施的监督上,大大缩短了布线的成本,无论是作为无线传感器网络采用依旧智能楼宇控制应用的推广,具有自然意义。