ZigBee技术在太阳能路灯远程监控系统中的应用

ZigBee技术应用于太阳能路灯远程实时监测和控制的同时，远程立即判断故障源，提高维护成本和效率；还可以远程对太阳能路灯负载加以开关控制，保护太阳能路灯其它部件，延长太阳路灯使用寿命，提高社会效益和经济效益。

【关键词】ZigBee技术 太阳能路灯 远程监控

离网光伏发电系统通常由太阳能组件、控制器、逆变器、蓄电池组和支架系统组成，适用于没有并网或并网电力不稳定的地区。目前情况下受制于成本和能耗等问题，离网光伏发电系统的远程实时监控网络较难实现。

1 引言

随着可再生能源的利用的深入，太阳能路灯得到了越来越广泛的应用。太阳能路灯一般分散使用，每一盏太阳能路灯均为一个独立运行的离网型太阳能发电系统，这给太阳能路灯的日常维护带来了一定的困难。如果组建一个太阳能路灯远程监控系统监控网络，就通过以太网远程监控太阳能路灯的实施运行状况，方便太阳能路灯的维护，降低维护成本，提高太阳能路灯使用寿命。

2 总体设计思路

整个太阳能路灯远程监控系统可分为两大部分，即数据采集储存部分和数据传输部分。数据采集储存部分负责太阳能路灯的实施运行数据采集，主要采集数据有：光伏组件电压、光伏组件电流、蓄电池电压、蓄电池充电电流、蓄电池充电时间、负载输出电压、负载输出电流、负载输出时间、工作环境温度、工作环境湿度等太阳能路灯运行数据。数据传输部分负责太阳能路灯运行数据的传输，可使用WIFI、蓝牙、ZigBee、GPRS等模式实现太阳能路灯运行数据的远程传输。本设计以ZigBee技术为基础，ZigBee技术是一种短距离低功耗无线通信技术，由ZigBee联盟的多个国际大公司在基于802.15.4标准的基础上进行协议的制定，支援多种网络拓扑，供固定、便携或移动设备使用。

3 数据采集储存部分

数据采集储存部分具体可以分为光伏组件监控模块、蓄电池监控模块、负载监控模块、环境监控模块、中央控制模块几大部分。结构图如图1所示。

光伏组件监控模块负责监控光伏组件电压、光伏组件电流等光伏组件工作数据并将数据上传至中央控制模块；蓄电池监控模块负责监控蓄电池电压、蓄电池充电电流、蓄电池充电时间等数据并将数据上传至中央控制模块；负载监控模块负责监控负载输出电压、负载输出电流、负载输出时间等数据并将数据上传至中央控制模块；环境监控模块负责监控工作环境温度、工作环境湿度等数据并将数据上传至中央控制模块；中央控制模块负责个模块上传来的数据储存和调用，并用485/232借口将数据传输至数据传输部分。

4 数据传输部分

数据传输部分分三部分组成：安装在路灯灯杆上的终端控制节点、控制中心的监控系统、负责实现终端控制节点和控制中心通信的路由节点。结构图如图2所示。

控制中心的监控系统由pc机和无线收发模块组成，主要负责建立和管理路灯控制网络，显示路灯状况信息和发送控制命令，协调整个路灯系统的运作。

路由节点由全功能行ZigBee器件组成，主要负责ZigBee无线建立网络和管理网络。路灯终端节点为精简功能ZigBee器件组成，主要负责数据采集储存部分所采集数据的传输。

实际运用中，要达到使用远程网络监控太阳能路灯的目的，需使用ZigBee+GRPS网络的混合网络。由于ZigBee无线网的标准传输距离只有75m，即使使用扩展天线也只有200m，要实现覆盖整个太阳能路灯使用范围很困难。如果使用中继路由的方式实现的话，成本不低，网络过大，可靠性无法保证，不好控制。所以将太阳能路灯组网划分成若干个小的子网，每个子网覆盖1个太阳能路灯集中使用地，每个子网中有几十盏太阳能路灯，子网内部使用ZigBee建立的无线传输网络，其终端和协调器之间最多路由跳转2～3次，保证网络可靠性。子网和中央控制中心使用GPRS网络来传输数据。如图3。

5 社会及经济效益

太阳能路灯现如今得到越来越广泛的应用，其特点相对突出，相应的运行维护给厂家和用户带来不小的问题，因此对太阳能路灯的远程监测和控制特别重要。绝大多数单盏太阳能路灯是独立一个系统，对其实时监测和控制不会影响其它太阳能路灯正常运行。特别是占成本相对较高和使用寿命短的蓄电池，防止蓄电池过放电，可以延长蓄电池的使用寿命，从而延长了太阳能路灯的使用寿命，提高了经济效益。在满足原功能不变的情况下，可以减少社会投资，得以社会节约资源。

6 总结

在太阳能路灯普及应用的今天，保障太阳能路灯正常运行就一个不小的成本。为了保障太阳能路灯正常运行，出现故障在第一时间内能得到排除和维护，提高客户满意度，且降低维护成本，提高维护效率，延长太阳能路灯使用寿命，ZigBee技术的应用不仅有效解决了该问题，且优势明显，技术新颖有效。

作者简介

王伟（1981-），男，现为云南拓日科技有限公司工程师，主要从事光伏系统设计及应用工作。

作者单位

云南拓日科技有限公司 云南省昆明市 650106