基于Zigbee的节能路灯控制系统的研究与设计

苏博妮，化希耀

（四川文理学院智能制造学院，四川达州635000）

基于Zigbee的节能路灯控制系统的研究与设计

苏博妮，化希耀

（四川文理学院智能制造学院，四川达州635000）

针对目前城市路灯控制智能化程度不高和耗电量高等问题，本文设计了一种基于Zigbee协议的节能路灯远程控制系统。系统以STM32为主控芯片，采用Zigbee自组网进行通信，可通过人体传感器实时感知当前道路行人状况并及时调整路灯亮度，以达到节能和智能控制的目的，同时基于Android系统开发了上位机控制程序。实验测试表明，该系统设计方案合理可行，可为今后改进当前路灯控制系统提供参考。

Zigbee；路灯控制系统；节能；安卓

ZigBee技术作为新兴的近距离无线通信技术之一，它具有近距离、低成本、低功耗和稳定性高等优点，非常适合在照明系统中应用[1-2]。为满足路灯智能和节能的需求，本文采用Zigbee技术实现了一个节能路灯控制系统[3-5]。系统中每个路灯为一个ZigBee网络节点，采用ZigBee无线自组织网络技术进行数据传输，ZigBee协调器处于系统中心和子网内路灯控制器的中间，向上通过wifi同系统中心通信，向下则是通过ZigBee通讯协议方式，与各个路灯控制器通信。系统上位机程序基于Android系统开发可实现对路灯的智能控制。

1 系统总体结构设计

本文设计的路灯控制系统硬件采用TI公司生产的CC2530芯片，软件设计则采用Z-Stack协议[6-7]。系统可以通过手机APP实现对灯节点的单控、组控、全控以及线性调光控制，并具有耗电小，成本低、无需布线和安装方便简单等特点。

图1 系统总体结构图

在手机APP和网关之间采用wifi通信协议，而在网关上的wifi模块和Zigbee协调器节点之间采用基于STM32开发板的串口通信。串口2接收手机APP端发送来的数据，产生串口2中断，数据通过STM32向串口1发送。协调器收到数据后通过Zigbee网络进行通信。

本系统可以检测路上有无行人；远程控制对路灯节点的开、关和无极调光。可以远程设置各节点的控制参数，实现对路灯的灵活控制。

2 硬件电路设计

系统电路嵌入式网关选择主芯片为STM32，Zigbee节点选择CC2530芯片[8-10]。在Zigbee路灯节点中，供电电源为9V，ICL7660将9V模拟电压转换为-9V模拟电压输出，采用9 V和-9 V双电源供电模式为LM358供电；通过LM1117-5.0将9 V模拟电压转换为5 V模拟电压输出，为DAC芯片（TLC5615）供电；再利用LM1117-3.3芯片将5 V模拟电压转换为3.3 V模拟电压作为VCC，给CC2530芯片、JTAG下载器、LCD屏等其他外围电路供电[11-13]。其中电源电路图如图2所示。

灯光控制电路图如图3所示，DIN作为串行数据输入口，由CC2530的P2_0口控制。CS作为片选信号输入端，SCLK作为串行时钟输入端，输入基准电压REFIN=2.2 V。为了达到调光效果，输入端DIN输入串行数据在0-1023之间线性变化时，输出模拟电压在0～4.4 V之间线性变化。输出的模拟电压经由LM358运放之后放大到一定范围，将作为LED调光电源的输入信号，以控制调光电源对灯节点的调光[14]。

图3 灯光控制电路图

3 软件设计

3.1 上位机手机APP和STM32开发板硬件程序

本系统软件部分包括基于Android系统的手机APP控制程序和各硬件电路程序。手机APP控制程序是整个系统的上位机部分，负责节能系统的控制。APP主要包括登录界面、控制中心界面和路灯调度调节界面等模块。APP与wifi模块通信功能使用Socket技术编程实现。

wifi模块通过串口2向发送一定格式的指令，如代开路灯指令为“amp;L D 1 S 1 1* ”，串口2接收到以ox0d，ox0a结尾的数据，产生中断，并将全局标志位USART_RX_STA2的最高位置1。数据再由STM32直接转发给串口1。中断代码部分程序如下：

3.2 Zigbee协调器、Zigbee子节点以及人体传感程序部分

Zigbee子节点和Zigbee协调器之间的通信，首先要进行自组网，Zigbee子节点自动将自己的网络短地址存放在RfTx.TXDATA.Saddr的高、低8位。向地址为0x0000的协调器发送。协调器收到信息后将子节点的地址储存[15-16]。子节点接收到信号以后，首先判断头和尾，保证是一帧正确的数据，然后对数据命令部分进行判断，是开关还是调光命令。并且保证手机发送的指令和人体传感器接收到的信号不冲突，这里涉及了两种模式，在执行过程中只能选择其中一种模式进行操作。人体传感器部分是人体传感器接收有无行人信号，进行调节灯光的部分，当人体传感器输出引脚输出高电平时表示有人，输出低电平时表示没有人。定时器每一秒钟进行一次检测，检测到有人即亮灯，无人则保持7%的低亮度。人体传感程序部分代码如下：

图4 手机APP控制程序界面

4 结 论

本文研究和设计了基于Zigbee的节能路灯控制系统，系统首先利用Android手机APP将控制信号通过wifi模块发送给SMT32，再由Zigbee协调器发送给各个网络节点。系统还通过人体传感器检测路上的行人，以动态控制路灯的亮度。节能和智能是未来城市路灯控制系统的主流发展方向，本文设计的路灯控制系统还应在远程控制、接入3G网络等方面进一步研究和改进。

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Research and design of energy⁃saving streetlight control system based on Zigbee

SU Bo⁃ni，HUA Xi⁃yao
（School of Intelligent Manufacturing，Sichuan University of Artsamp;Science，Dazhou635000，China）

Aiming at the issues of low intelligence and high power consumption in urban streetlight，the paper designs a remote control system of energy saving street lamp based on Zigbee protocol.The system uses STM32 as the main control chip and communicates with Zigbee ad hoc network.It realizes the realtime perception of pedestrian condition and adjusts the brightness of street lights in real time to achieve the goal of energy saving and intelligent control.At the same time，we develop control program based on Android system.Experimental results show that the design of the system is reasonable and feasible，which can provide reference for improving the current street lamp control system in the future.

Zigbee；streetlight control system；energy⁃saving；Android

TN919

A

1674-6236（2017）22-0078-03

2016-10-17稿件编号：201610078

四川文理学院校级面上重点项目（2014Z006Z）

苏博妮（1981—），女，陕西宝鸡人，讲师。研究方向：物联网工程。