一种基于ZigBee网络的城市灯光智能监控系统

彭建华，王 新，侯慧娜

(空军第一航空学院基础部，河南 信阳 464000)

一种基于ZigBee网络的城市灯光智能监控系统

彭建华，王 新，侯慧娜

(空军第一航空学院基础部，河南 信阳 464000)

提出了一种城市灯光智能监控的解决方案。给出了使用ZigBee网络进行城市灯光智能监控的系统结构及软、硬件设计方案。系统只需在原有路灯基础上加装终端模块即可，成本低且扩展性强，无需人工开关灯及巡查，提高了系统可靠性，降低了管理成本，为城市灯光的智能管理提供了一种解决方案。

ZigBee网络；城市灯光；智能监控

随着国家城市化进程的发展，作为城市重要基础设施的路灯、景观灯光已经成为体现城市形象并展示城市文明程度的重要组成部分。科学用电、提高照明质量和节约能源是当前城市管理者关心的重要问题。由于城市的大量路灯已经安装到位，路灯电缆网络已经形成，如何实现将这些分散的路灯网络集中管理起来，把这些分散的监控点变成远程的集中监控，成为近几年灯光能耗管理技术研究的重点。

ZigBee是一种新兴的短距离无线技术，利用该技术可以实现终端节点的联网，使城市路灯的网络化和智能化管理成为可能。本设计中，在原有路灯上加装ZigBee节点，使用ZigBee节点将城市路灯组成一个无线网络，不仅可以实现对路灯当前状态、电网电压、模块温度进行实时监测，还可以手动或自动设置开关灯时间、报警阈值等数据，从而实现对路灯的远程实时监测与控制。

1 系统介绍

1.1 系统整体设计

本系统设计了基于ZigBee无线通信和以ATMEA单片机为下位机的灯光智能控制系统，该系统采用MESH网状网络拓扑结构，即以控制计算机连接的ZigBee协调器为中心，使用多种传感器采集路灯工作状态、工作环境参数并通过ZigBee终端节点将数据路由汇聚至控制计算机。计算机将根据所获得数据对各个片区路灯甚至某一个路灯进行远程实时控制。系统还具有超温、超压、状态异常等报警功能，若某个路灯出现异常，计算机将会进行实时提示。

本路灯控制系统具有控制路灯状态、采集路灯参数、故障告警、在线设置告警阈值等功能，无需GSM或CDMA等额外网络支持，成本低且可靠性高。系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

1.2 硬件设计

本系统硬件结构如图2所示。主要包括有计算机、ZigBee模块、ATMEA单片机、各类传感器、继电器等。ZigBee模块采用SHUNCOM公司生产的SZ05嵌入式无线通信模块，该模块集成了符合ZigBee协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；可实现点对点、一点对多点、多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构；SZ05模块可以通过RS232接口或USB接口与计算机连接，本方案采用RS232接口连接。

图2 硬件结构图

互感器与交流接触器在电路中的连线如图3所示。由于控制器自身供电电源取自VA端，所以AV端子必须接入某相电压，如果不需要检测其它两相电压，可不必连接到控制器，各路互感器输出要和对应的该路继电器触点配套连接。

图3 互感器与交流接触器接线图

1.3 软件设计

系统软件包括上位机软件和ZigBee终端节点软件。上位机应用软件使用Visual Basic语言编写，该语言是一种由Microsoft公司开发的结构化、模块化、面向对象的、包含协助开发环境的、事件驱动为机制的可视化程序设计语言。软件具有以下主要功能：

自动控制：按照预先设置的时间表对路灯进行自动控制，时间表以天为控制周期，每天最多可以设置六个时间点。

手动控制：可以随时对系统中的某一路灯进行开关灯控制。

超限报警：自动检测每路灯的运行电压和电流，当电压或电流超限时首先切断电源，然后向控制中心发出报警信息。

查询功能：控制中心随时查询每路灯的运行电压、电流、运行时间表。

上位机软件各层结构如图4所示，ZigBee终端节点软件流程图如图5所示。

图4 上位机软件结构图

图5 软件流程图

2 系统测试

系统测试主要包括硬件测试和软件调试两部分。硬件测试主要检测系统的硬件是否正常工作，包括ZigBee结点的硬件测试和嵌入式网关的硬件测试。采用方法：改变路灯的状态，使当前状态与系统设置状态不符合，检测电路是否发出报警信号。软件测试主要检测是否可以实现远程控制和数据的实时回传。采用方法：使用上位机软件改变各个模块的运行状态，检测终端是否能够正确动作；人工设置虚假“紧急”情况，检测控制端计算机能否正确显示报警信息。软硬整合后，可以实现计算机与终端间的实时双向通信，整体调试效果图如图6所示。

图6 系统测试效果图

3 结束语

本文将ZigBee技术应用到了对城市灯光的智能控制当中，ZigBee节点通过传感器采集数据并传送，控制端对采集到的数据进行处理并提出控制策略，并对检测到的“紧急情况”进行处理。经过测试，本系统通信网络正常可靠，控制端可以实现对城市灯光的整体、个别智能控制，并能够实现故障自动报警，终端可以正确执行控制动作并实时检测回传状态数据。系统成本低且扩展性强，只需在原有路灯基础上加装终端模块即可；无需人工开关灯及巡查，提高了系统可靠性，降低了管理成本。为城市灯光的智能管理提供了一种解决方案，具有较高的推广价值。

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Design of Monitoring and Control System for City Lighting Based on ZigBee

Peng Jianhua, Wang Xin, Hou Huina

(DepartmentofFoundation,TheFirstAeronauticalCollegeofAirForce,XinyangHenan464000,China)

This article presents a solution of monitoring and control system for city lighting. Monitoring and control city lighting system structure and the design scheme of software and hardware based on ZigBee are given. The system only needs to install the terminal module on the basis of original street light which with low cost and good expansibility. No manual work is needed to switch lights and inspections, it improves the reliability of the system and cuts down the management costs. It provides a solution for intelligent management of city lighting.

network of ZigBee; city lighting; monitoring and control

2016-10-13

彭建华(1983- )，男，河南信阳人，讲师，主要研究方向为电子技术应用与信号处理。

1674- 4578(2016)06- 0021- 03

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