發(fā)布時(shí)間：2022-02-25所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：采用ZigBee技術(shù)，進(jìn)行了 LED智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。在 LED路燈上加裝傳感器模塊，檢測環(huán)境的照度、溫度的變化以及行人、車輛的活動(dòng)狀況，并采用ZigBee模塊對 LED路燈進(jìn)行組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而完成了以對傳統(tǒng) LED 路燈 系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及節(jié)能降耗為目的的智
摘 要：采用ZigBee技術(shù)，進(jìn)行了 LED智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。在 LED路燈上加裝傳感器模塊，檢測環(huán)境的照度、溫度的變化以及行人、車輛的活動(dòng)狀況，并采用ZigBee模塊對 LED路燈進(jìn)行組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而完成了以對傳統(tǒng) LED 路燈 系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及節(jié)能降耗為目的的智能化改造。在進(jìn)行系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)開發(fā)的同時(shí)，為解決實(shí)際系統(tǒng)中的傳感器誤報(bào)、漏 報(bào)，協(xié)調(diào)器負(fù)擔(dān)過重，數(shù)據(jù)擁堵以及節(jié)點(diǎn)掉網(wǎng)等關(guān)鍵問題，采用軟判決、節(jié)點(diǎn)綁定、點(diǎn)對點(diǎn)通信以及節(jié)點(diǎn)的掉網(wǎng)檢測及重新入網(wǎng)等方法，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過該系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)開發(fā)及示范系統(tǒng)的搭建與驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了 LED 路燈的無線組網(wǎng)，依據(jù)環(huán)境照度變化自動(dòng)控制系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉，對 LED路燈的自動(dòng)、手動(dòng)控制的切換，依據(jù)行人及車輛的活動(dòng)狀況進(jìn)行相應(yīng) LED路燈的聯(lián)動(dòng)調(diào)光，對 LED路燈狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與管理等功能，并達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
關(guān)鍵詞：智能照明;LED;ZigBee;物聯(lián)網(wǎng)
1 引 言
智能照明是指利用計(jì)算機(jī)、無線通信數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò) 頻電力載波通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無線遙測、遙控、遙訊控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對照明設(shè)備的智能化控制[1]。智能照明系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果，并且可以自動(dòng)調(diào)光，使照明效果達(dá)到最佳，將傳統(tǒng)的開關(guān)控制轉(zhuǎn)變成智能控制，大大降低了人的參與。
智能照明從開始到現(xiàn)在經(jīng)歷了以下3個(gè) 主 要 階 段。1)傳統(tǒng)照明控制方 式，如利用在回路中的開關(guān)元件來控制回路 的 中 斷，或者利用回路中的調(diào)節(jié)元件來改變電壓、電流等參數(shù)來調(diào)節(jié)燈光的亮暗;2)自動(dòng)照明控制方式，這種控制方式是利用數(shù)字控制技術(shù)來控制照明回路 的 閉 合，達(dá) 到 控 制 照 明 的 目 的，這種方式較傳統(tǒng)控制具有一定的自動(dòng)功能，但不具有調(diào)光功能;3)智 能 照 明控 制 方 式，這種控制方式是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié) 合 起 來[2]。
智能照明系統(tǒng)控制方式主要有總線型[3]、電力線載波型[4]、無線傳感網(wǎng)絡(luò)[5]等。總線型方案采用綜合布線的控制策略，布線繁瑣、施工困難;單一部模塊損壞可能影響系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)，擴(kuò)展移動(dòng)性差[6]。電力線載波利用載波方式使數(shù)字或模擬信號(hào)在電力線中傳輸，該方式不需要重新組網(wǎng)，但電力線存在干擾脈沖，而且載波信號(hào)在電力線傳輸過程中會(huì)被減弱，傳輸距離會(huì)受限制[7]。無線傳感網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetwork，WSN)是由 大 規(guī) 模、自 組 織、多跳、動(dòng)態(tài)性的傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)[8]。其中 Zig-Bee技術(shù)憑借其 全 自 動(dòng) 組 網(wǎng)、近 距 離、低 速 率、低 成 本、低功耗等獨(dú)特優(yōu)勢[9]，在工業(yè)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制等擁有大量終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，并在其他相關(guān)領(lǐng)域也得到普及，例 如 智 能 建 筑、家 居 照 明、路燈等現(xiàn)代化領(lǐng)域。基于ZigBee的智能照明系統(tǒng)應(yīng)用在國內(nèi)外逐漸發(fā)展起來，但國內(nèi)智能照明系統(tǒng)的研究還不夠完善，國內(nèi)研究的智能照明控制系統(tǒng)可以對燈光進(jìn)行簡單的控制和顯示，卻無法達(dá)到完全的智能化控制，并且在控制技術(shù)上也有待提高，燈光亮度調(diào)節(jié)技術(shù)也不夠成熟，而且存在無故障自檢功能、維修不便、靈活性低、可擴(kuò)展性差等問題[10]。
綜合國內(nèi)外智能照明發(fā)展情況，本文針對居民小區(qū)和室外廣場路燈現(xiàn)有狀況，設(shè)計(jì)了基于 ZigBee的 LED 智能照明系統(tǒng)。通過照度傳感器檢測照度值，以此控制系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉，采用紅外傳感器檢測人、車活動(dòng)，為照明燈具的智能調(diào)節(jié) 提 供 信 息。采 用 ZigBee模塊 對 LED 路燈 進(jìn)行無線組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，并采用軟判決、節(jié)點(diǎn)綁定、點(diǎn)對點(diǎn)通信以及節(jié)點(diǎn)掉網(wǎng)檢測和重新入網(wǎng)等方法，解決實(shí)際系統(tǒng)中傳感器的誤報(bào)、漏報(bào)、協(xié)調(diào)器負(fù)擔(dān)過重、數(shù)據(jù)擁堵及節(jié)點(diǎn)掉網(wǎng)等問題。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)調(diào)光，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)紅外傳感器、熱敏電阻、光敏電阻、溫度傳感器構(gòu)成傳感器模塊，達(dá)到觸發(fā)條件時(shí)，會(huì)向主控芯片(MSP430)發(fā)送跳變沿信號(hào)，該 信 號(hào) 觸 發(fā) MSP430單片機(jī)的外部中斷事件，并通過模擬I2C 協(xié)議查詢傳感器內(nèi)的狀態(tài)信息，通過該信息的反饋進(jìn)行相應(yīng)的處理，其 中 STC 單片 機(jī) 是 傳 感器的控制接口芯片。M8是輔助處理單元，采用 Atmega8單片機(jī)作為 PWM(脈沖 寬 度 調(diào) 制)發(fā)生器和電量芯片控制，對 LED燈進(jìn)行調(diào)控[11]，并實(shí)現(xiàn)電能統(tǒng)計(jì)功能，測量每個(gè)節(jié)點(diǎn)的耗電量。照明系統(tǒng)中，加裝了濕度傳感器，用于檢測燈罩內(nèi)濕度大小，以防濕度過大，損壞整個(gè)系統(tǒng)。
3 傳感器模塊設(shè)計(jì)
3.1 傳感器模塊工作原理
紅外傳感器選用室外空間三鑒探測器[12]，通過3組傳感器輸出信號(hào)的組合來判斷檢測區(qū)內(nèi)是否有人或車輛活動(dòng)，3組傳感器邏輯關(guān)系如圖2所示。
從圖2中可以看出，3組紅外傳感器之間的關(guān)系是上兩個(gè)的輸出進(jìn)行與，產(chǎn)生上輸出，下兩個(gè)的輸出進(jìn)行與，產(chǎn)生下輸出，二級(jí)判別電路為硬件判決，通過跳線將上下輸出信號(hào)進(jìn)行與/或，得到最后的輸出。傳感器之 間 的 與 操作可以防止誤報(bào)，或操作可以防止漏報(bào)。
3.2 傳感器模塊設(shè)計(jì)
盡管圖2中的三鑒傳感器已經(jīng)具備較高的靈敏度和較低的誤報(bào)與漏報(bào)率，但在智能照明系統(tǒng)中使用，因接口信號(hào)不能直接識(shí)別、無法實(shí)現(xiàn)復(fù)用。紅外傳感器的靈敏度會(huì)隨著檢測距離的增加而逐漸減弱，當(dāng)距離較大時(shí)，人和快速移動(dòng)的車輛會(huì)漏報(bào)。在北方地區(qū)，四季分明，環(huán)境溫度也會(huì)影響紅外傳感器的檢測精度。夏季，由于熱氣流的運(yùn)動(dòng)，會(huì)增加傳感器的誤報(bào)率;冬季，室外環(huán)境溫度低，人體衣著厚，輻射的紅外線較少，會(huì)導(dǎo)致傳感器漏報(bào)率高。所以，根據(jù)智能照明的需求以及現(xiàn)實(shí)環(huán)境的影響，需對傳感器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。改裝后三鑒傳感器結(jié)構(gòu)如圖3所示。
在已有傳感 器 內(nèi) 部 增 加 低 成 本 的 51 系列 微 控 制 器(單片機(jī))，用51單片機(jī)代替二級(jí)判別電路，由原有的硬件判別改為軟件判別，并加入熱敏電阻，檢測環(huán)境溫度，用環(huán)境溫度輔助軟件判別算法，提高檢測精度。軟件判別算法根據(jù)環(huán)境溫度值動(dòng)態(tài)調(diào)整判別邏輯，根據(jù)實(shí)際測量數(shù)據(jù)，設(shè)定具體溫度閥值，高于溫度閥值時(shí)使用與邏輯，降低誤報(bào)率，低于溫度閥值時(shí)使用或邏輯，提高傳感器靈敏度，減少漏報(bào)率。
同時(shí)，將光敏電阻控制電路改為照度檢測電路，用 來檢測環(huán)境光照強(qiáng)度，并將檢測的光照強(qiáng)度通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳至協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器在接收到各傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)后，采用相關(guān)算法，在剔除異常數(shù)據(jù)后(防止個(gè)別照度檢測傳感器故障)，對環(huán)境照度進(jìn)行綜合檢測評(píng)估，并以此為依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的自動(dòng)開啟和關(guān)閉。
51單片機(jī)通過I2C接口與路燈主控芯片通信，實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器線路的復(fù)用。考慮到工作電壓，外設(shè)模塊，成本等方面，最終選定STC12LE2052AD作為傳感器的控制接口芯片。STC12LE2052AD 單片機(jī)工作電壓范圍 2.4～3.8V，與主控(MSP430F5437)工作電壓(3.3V)兼容，與傳感器設(shè)計(jì)相關(guān)的片上資源包括：ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換)，用于光敏電阻和熱敏電阻輸出電壓采樣;EEPROM，用于存儲(chǔ)配置參數(shù);定時(shí)器，用 于 模 擬I2C 中斷;外 部 中 斷，用 于 檢測傳感器輸出信號(hào)。
3.3 傳感器模塊功能
傳感器模塊功能可分為3方面：
1)檢測行人、車輛活動(dòng)情況，為照明燈具的智能調(diào)節(jié)提供信息;
2)檢測環(huán)境光照強(qiáng)度，為燈具的開啟和熄滅提供信息;
3)提供一個(gè)數(shù)字接口，使之能夠與燈具中主控芯片通信。
1)紅外檢測
上下兩組傳感器輸出的信號(hào)接到單片機(jī)外部中斷引腳，軟件通過中斷方式來檢測紅外傳感器輸出信號(hào)的變化，并由軟件判別算法確定是否產(chǎn)生觸發(fā)輸出。
2)照度檢測
單片機(jī)通過 ADC模塊采集光敏電阻上電壓值，間接獲得當(dāng)前環(huán)境光照度值。
3)數(shù)字接口
將傳感器與內(nèi)部增加的單片機(jī)作為整體，與外部(主控芯片)通信采用標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口，主控芯片作為I2C主機(jī)器件，傳感器內(nèi)部單片機(jī)作為I2C 從機(jī) 器 件。I2C 接口 的使用，使得主控芯片僅通過兩根數(shù)據(jù)線(SDA、SCL)即可與多個(gè)傳感器通信。另外，傳感器被觸發(fā)后，能夠主動(dòng)上報(bào)給主控 芯片，因此傳感器設(shè)置中斷請求引腳(INTR)，用來通知主控芯片其產(chǎn)生事件(紅外觸發(fā)、照度改變)需要處理。
4)參數(shù)存儲(chǔ)
傳感器中的 可 變 參 數(shù)(照 度 閥 值、溫 度 閥 值、工 作 方式)需要非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，這些參數(shù)使用單片機(jī)內(nèi)部EEPROM 來存儲(chǔ)，每次上電時(shí)，程序?qū)?EEPROM 中參數(shù)加載到 單 片 機(jī) RAM(randomaccessmemory，隨 機(jī) 存 儲(chǔ)器)，當(dāng) RAM 中 參數(shù)改變時(shí)程序?qū)⒆兓膮?shù)寫回到EEPROM。
4 ZigBee模塊設(shè)計(jì)
4.1 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)
無線通信平臺(tái) 采 用 ZigBee標(biāo)準(zhǔn) 技 術(shù)，應(yīng) 用 體 系 結(jié) 構(gòu)如圖4所示。
其中，硬件實(shí)體層主要有處理器模塊、無線通 信 模 塊(ZigBee)構(gòu)成，本設(shè)計(jì)處理器模塊采用 MSP430，無線通信模 塊 采 用 CC2520;OSAL 軟件功能模塊作為 TI公 司Z-Stack協(xié)議棧中的 操 作 系 統(tǒng) 抽 象 層，統(tǒng)一管理協(xié)議棧的運(yùn)行以及各種任務(wù)事件的響應(yīng);ZigBee協(xié)議運(yùn)行于 OSAL抽象 系 統(tǒng) 之 上，該協(xié)議是由層來量化表示其整個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，每一層負(fù)責(zé)完成所規(guī)定的任務(wù)，并且向上層提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口及服務(wù)[13]。
ZigBee技術(shù)體系 結(jié) 構(gòu) 主 要 由 物 理 層(PHY)、媒體 訪問控制 層 (MAC)、ZigBee 網(wǎng) 絡(luò) 層 (NWK)以 及 應(yīng) 用 層(APL)構(gòu) 成，其 中 物 理 層 與 媒 體 訪 問 控 制 層 的 協(xié) 議 為IEEE802.15.4 協(xié)議 標(biāo) 準(zhǔn)，網(wǎng) 絡(luò) 層 由 ZigBee技術(shù) 聯(lián) 盟 制定[14]，而應(yīng)用層是根據(jù)用戶自己的應(yīng)用需求進(jìn)行開發(fā)利用。
4.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
由于ZigBee是一種低速率、低功耗、低復(fù)雜度的近距離無線傳輸技術(shù)[15]，應(yīng)用到室內(nèi)或室外的環(huán)境下，都會(huì)受到距離、阻擋等諸多環(huán)境因素的限制，影響到其正常通信。因此，對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將各節(jié)點(diǎn)全部設(shè)置為“路由”，這樣可以使得距離網(wǎng)關(guān)較遠(yuǎn)無法傳送信息的節(jié)點(diǎn)能夠通過“路由”節(jié)點(diǎn)將信息跳轉(zhuǎn)到協(xié)調(diào)器，如圖5所示為數(shù)據(jù)傳輸方式。
4.3 ZigBee模塊工作流程
整體的ZigBee模塊工作流程如圖6所示。
1)協(xié)調(diào)器啟動(dòng)后開始組建網(wǎng)絡(luò)，待網(wǎng)絡(luò)組建完成后，各節(jié)點(diǎn)可以申請加入網(wǎng)絡(luò)，并由協(xié)調(diào)器統(tǒng)一隨機(jī)分配網(wǎng)絡(luò)地址;
2)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)加入?yún)f(xié)調(diào)器所創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器發(fā)送請求，要求各節(jié)點(diǎn)上報(bào)自己的物理地址和網(wǎng)絡(luò)地址，協(xié)調(diào)器將它們存儲(chǔ)下來。此外，各節(jié)點(diǎn)需要廣播獲得與它相鄰節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址，以實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)間的彼此通信;
3)網(wǎng)絡(luò)組建完成后，協(xié)調(diào)器定期向每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)要求進(jìn)行反饋，若節(jié)點(diǎn)沒及時(shí)進(jìn)行信息反饋則認(rèn)為掉網(wǎng);對于節(jié)點(diǎn)來說，若超過限定時(shí)間沒收到任何信息，則默認(rèn)為自身已經(jīng)掉網(wǎng)，此時(shí)通過看門狗程序?qū)崿F(xiàn)軟復(fù)位;對于協(xié)調(diào)器來說，若超過限定時(shí)間未收到任何信息，也默認(rèn)為自身已經(jīng)掉網(wǎng)，此時(shí)通過看門狗程序?qū)崿F(xiàn)軟復(fù)位。
4)若ZigBee模塊有事件被觸發(fā)，則轉(zhuǎn)去處理該事件，待事件處理結(jié)束后繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)程序。
4.4 節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)與綁定
因?yàn)榫用裥^(qū)或者廣場內(nèi)，路燈固定，每個(gè)節(jié) 點(diǎn) 的 信號(hào)變化不大，為減少協(xié)調(diào)器的負(fù)荷，提高系統(tǒng)效率，減少數(shù)據(jù)擁塞的概率，采用節(jié)點(diǎn)綁定。如圖7所示，為節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)綁定的流程。
協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)完畢后，等待一段時(shí)間后發(fā)送廣播，要求已經(jīng)入網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)上報(bào)自身物理地址和網(wǎng)絡(luò)地址，協(xié)調(diào)器接收到上報(bào)的信息后進(jìn)行存儲(chǔ)記錄。
在協(xié)調(diào)器以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)有一個(gè)映射表格，協(xié)調(diào)器中的表格反映的是所有節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的物理地址和網(wǎng)絡(luò)地址;各個(gè)節(jié)點(diǎn)中的表格反映的是與其相鄰節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址。
4.5 掉網(wǎng)與重加入網(wǎng)絡(luò)
通過更改協(xié)調(diào)器中的相應(yīng)設(shè)置，使得掉網(wǎng)的 節(jié) 點(diǎn)，通過看門狗實(shí)現(xiàn)軟復(fù)位后，能夠重新加入之前建立的網(wǎng)絡(luò)，這樣使得原有的系統(tǒng)可以繼續(xù)正常運(yùn)行。對于重新加入的節(jié)點(diǎn)，需要重新廣播自身地址以實(shí)現(xiàn)與協(xié)調(diào)器以及相鄰節(jié)點(diǎn)的地址更新。4.6 點(diǎn)對點(diǎn)通信的核心設(shè)計(jì)本文的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的通信，不需要使用廣播，也不需要通過協(xié)調(diào)器進(jìn)行中轉(zhuǎn)。大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少了數(shù)據(jù)擁塞情況的發(fā)生，減輕協(xié)調(diào)器負(fù)荷。
為了保證點(diǎn)對點(diǎn)通信的正常實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)采用了如下算法以保證其穩(wěn)定運(yùn)行，如圖8所示。
在點(diǎn)對點(diǎn)通信的情況下，假 設(shè) 節(jié) 點(diǎn) A 與 節(jié) 點(diǎn) B 是 相互綁定的相鄰節(jié)點(diǎn)：
1)節(jié)點(diǎn) A 發(fā)送信息給節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B需要發(fā)送確認(rèn)收到信息反饋給 A;
2)若 A 沒有接收到 由 B 發(fā)送來的確認(rèn)信息，則 此 時(shí)可能有兩種情況：①節(jié)點(diǎn) B的網(wǎng)絡(luò)地址信息發(fā)生更新;② 節(jié)點(diǎn) B已經(jīng)不在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中;
3)為確認(rèn)是上述哪種情況發(fā)生，節(jié) 點(diǎn) A 需 要 發(fā) 送 廣播要求查詢與其綁定的各節(jié)點(diǎn)的地址信息;
4)若節(jié)點(diǎn) B向 A 反饋 了 地 址 信 息，A 點(diǎn) 需 要 更 新 自身的綁定地址信息;若 B節(jié)點(diǎn)依然沒有反應(yīng)，則 A 點(diǎn)默認(rèn)B點(diǎn)已經(jīng)掉網(wǎng)，并向網(wǎng)關(guān)報(bào)告掉網(wǎng)信息。圖9 ZigBee模塊和調(diào)光控制模塊
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
基于以上設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)(包括上位機(jī)軟件)，并完成了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建、調(diào)試與驗(yàn)證。
首先對某廣場的15盞 LED路燈進(jìn)行了智能化改造，如圖9和圖10所示，在路燈內(nèi)部集成了 ZigBee模塊及調(diào)光控制模塊，ZigBee模塊的天線安裝在路燈頂端，便于信號(hào)的發(fā)送和接收，將傳感器模塊安裝在路燈的燈桿上，便于信號(hào)的采集。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)的無線組網(wǎng)、自動(dòng)開啟/關(guān)閉、手動(dòng)/自動(dòng)控制、節(jié)點(diǎn)的掉網(wǎng)及重新加入、點(diǎn)對點(diǎn)通信以及聯(lián)動(dòng)調(diào)光等功能測試。聯(lián)動(dòng)調(diào)光的主要目的是當(dāng)行人或車輛經(jīng)過時(shí)，調(diào)高其所在區(qū)域及前方路燈的照度，并在行人或車輛經(jīng)過后，降低路燈的照度或關(guān)閉該路燈，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。為避免路燈在調(diào)光過程中照度的突變驚擾行人或駕駛員，出于人性化考慮，在無行 人或車輛經(jīng)過時(shí)，將路燈的照度設(shè)置為微亮狀態(tài)(微亮的照度可依據(jù)實(shí)際場景通過參數(shù)進(jìn)行設(shè)置)而非關(guān)閉路燈，并在有行人或車輛經(jīng)過時(shí)逐步調(diào)高照度至全亮。聯(lián)動(dòng)調(diào)光的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。
當(dāng)無行人經(jīng)過時(shí)，圖11中的1-4號(hào)燈狀態(tài)為微亮;當(dāng)行人行至1號(hào)燈附近，1號(hào)燈的紅外傳感器觸發(fā)，1號(hào)燈調(diào)光至全亮，同時(shí)2號(hào)燈進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)光至全亮，為行人提前照亮前方道路，如圖11(a)所示;當(dāng)行人行至2號(hào) 燈 附近，2號(hào)燈紅外傳感器觸發(fā)(此時(shí)2號(hào)燈已為全亮狀態(tài))，3號(hào)燈進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)光至全亮;當(dāng)行人行至3號(hào)燈附近，4號(hào)燈進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)光至全亮，此時(shí)1號(hào)燈因其紅外傳感器在一段時(shí)間內(nèi)無觸發(fā)且無聯(lián)動(dòng)調(diào)光事件發(fā)生，調(diào)光至微亮，如圖11(b)、(c)所示。
另外，為方便系統(tǒng)的監(jiān)控、管理及維護(hù)，通過上位機(jī)軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了以下功能：
1)系 統(tǒng) 參 數(shù) 設(shè) 置。包括系統(tǒng)的自動(dòng)開啟(傍 晚)/關(guān)閉(凌晨)時(shí) 的 照 度 閥 值;微 亮 的 照 度 值;行 人 或 車 輛 經(jīng)過 后 且 后 續(xù) 無 觸 發(fā) 事 件 時(shí)，路 燈 維 持 全 亮 狀 態(tài) 的 延 時(shí)時(shí) 間(路燈經(jīng)延時(shí)后切換為微亮狀態(tài));以 及 為 避 免 驚擾 行 人 或 車 輛，路燈調(diào)光時(shí)的照度漸變值以及調(diào)光時(shí)間 等。
2)手動(dòng)/自動(dòng)模式切換。
3)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。在監(jiān)控主畫面的地圖上實(shí)時(shí)顯示各路燈的狀態(tài)，包括路燈調(diào)光(全亮或微亮)狀態(tài);入網(wǎng)/掉網(wǎng)狀態(tài)(掉網(wǎng)時(shí)閃爍)，并在輔助窗口中實(shí)時(shí)顯示各路燈的具體狀態(tài)及參數(shù)。
4)故障報(bào)警。當(dāng)路燈節(jié)點(diǎn)掉網(wǎng)且無法重新入網(wǎng)，或節(jié)點(diǎn)狀態(tài)正常而路燈照度值等參數(shù)異常時(shí)顯示相應(yīng)報(bào)警。
5)節(jié)點(diǎn)設(shè)備檢測。為方便系統(tǒng)的維護(hù)與維修，節(jié)點(diǎn)設(shè)備檢測可以對單燈設(shè)備進(jìn)行檢測，也可以對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測。
6)耗電量統(tǒng)計(jì)。提供單燈及整個(gè)系統(tǒng)耗電量的實(shí)時(shí)曲線及日志。
7)調(diào)試接口。
6 結(jié) 論
本文針對居民小區(qū)和廣場路燈現(xiàn)有情況，設(shè)計(jì)出基于ZigBee技術(shù)的 LED智能照明系統(tǒng)，采用 ZigBee技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，依靠傳感技術(shù)感知周圍環(huán)境變化，應(yīng)用智能網(wǎng)絡(luò)將相鄰燈具的測量數(shù)據(jù)通過傳感器網(wǎng)絡(luò)納入到智能控制當(dāng)中，自動(dòng)控制路燈的開啟/關(guān)閉與聯(lián)動(dòng)調(diào)光，并完成了系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、手動(dòng)/自動(dòng)模式切換、節(jié)點(diǎn)掉網(wǎng)檢測及恢復(fù)、故障報(bào)警、耗電量檢測及統(tǒng)計(jì)等功能，同時(shí)提高了傳感器的檢測精度，減少了數(shù)據(jù)擁塞情況的發(fā)生，減輕了協(xié)調(diào)器的負(fù)荷。實(shí)現(xiàn)了單燈智能化和網(wǎng)絡(luò)控制的智能化。實(shí)際系統(tǒng)的測試表明，在不同場景和不同的參數(shù)設(shè)置下可節(jié)約電能30%～70%，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。——論文作者：金基宇 王虹元 金桂月 李 鵬 牟 俊 王智森
參 考 文 獻(xiàn)
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