基于ZigBee的无线路灯网络

基于ZigBee的路灯控制系统近年来，随着城市发展速度加快、人口增长率不断上升，以及城市规模的不断扩大，城市智能化已成为解决城市管理和发展的重要手段。

其中，路灯控制系统的智能化是城市建设和改善交通安全的重要组成部分，为此基于ZigBee技术的路灯控制系统应运而生。

本文将详细介绍基于ZigBee的路灯控制系统。

一、ZigBee技术概述ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，该技术具有低功耗、低速率、低数据量传输、低延迟等特点。

ZigBee技术可以将多个节点链接成一个网络，并实现节点间的数据传输，从而建立了广泛的应用场景。

ZigBee的无线控制技术，可以控制智能家居、智能城市、智能工厂等方面，ZigBee技术在智能家居、智慧城市和物联网等领域得到了广泛应用。

二、基于ZigBee的路灯控制系统基于ZigBee的路灯控制系统是一种智能化的路灯控制系统，实现了对路灯的远程无线控制。

该系统以ZigBee协议为基础，通过传感器接收光线变化、温度、湿度等数据信号，并通过物联网的技术与控制中心相连通，在实现对给定时段路灯的开启、关闭、亮度调节等控制功能。

基于ZigBee的路灯控制系统由节点、协调器和中心控制三个部分组成。

其中，节点由无线ZigBee模块、温湿度传感器、光照传感器、LED灯等组成。

三、基于ZigBee的路灯控制系统的工作原理（1）路灯节点的工作原理路灯节点由无线ZigBee模块、温湿度传感器、光照传感器、LED灯等各个部分组成，当节点上的光照传感器检测到光强度低于阈值时，会向协调器发送信号，告知其需要打开灯光。

相反，当光照传感器检测到光强度高于阈值时，则会向协调器发送信号，告知其需要关闭灯光。

（2）协调器的工作原理协调器由无线ZigBee模块、处理器等组成，在系统中充当着路灯节点与中心控制器之间的桥梁，实现节点之间的数据传输以及与中心控制器之间的通信。

协调器负责处理节点发送的数据，将其发送给中心控制器，并接受来自中心控制器的指令，将其传输到对应的路灯节点进行控制。

基于zigBee技术的路灯节能监控系统基于zigBee技术的路灯节能监控系统类别：显示与光电路灯系统是城市基础设施的组成部分，是与人们日常生活紧密相关的市政公共设施。

同时绿色照明是当今照明界的必然趋势，随着城市化进程的加快和城市规模和数量的扩大，照明消耗，照明电费日益高涨，加剧了我国日趋紧张的能源供应。

因此建立路灯节能监控系统实现了路灯的集中控制、检测与管理。

结合相应的控制网络确保按时、按需点亮每盏路灯，并能有效的节省路灯的用电，延长灯泡的寿命，降低维护的成本，是现代能效型社会的目标。

当前路灯节能系统组网的方案中有基于电力线载波通讯的组网方式，GSM短消息控制。

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术。

目前已经广泛应用于无线网络监控行业，并取得了较好的效果。

提出了基于ZigBee技术的无线网络的通讯系统。

在降低成本的同时能够克服电力线载波通讯中不能换相的问题，另外使用Mesh网络进行通讯保障了无线通讯的可靠性。

1 系统方案以及ZigBee技术在ZigBee网络中的设备分为FFD(全功能设备)和RFD(简化功能设备)两种。

FFD可以作为协调器和路由器使用，可以和FFD设备和RFD设备之间进行通讯；主要负责网络的组建和维护以及路由。

RFD设备一般为终端节点，互相之间不能通讯，完成信息的发送和接收。

ZigBee网络支持星型网、集群树状网和网状网三种拓扑。

网状网是一种高可靠性的AdHoc网络，与集群树状网不同的是，具有路由功能的节点之间可以进行通讯，从而网状网通过自组织和无线线路的功能可以提供多个数据通路。

当最优路径出现故障时，冗余的其他通路提供相应的路径。

因此网状结构缩短了信息传输的延迟并提高了通讯网络的可靠性。

路灯节能监控系统是由三层网络来实现的，如图1所示。

图1系统网络结构框图其中监控层主要有PC机完成系统的上位机监控画面，以及控制指令的交互设计。

中间层由每个子网的协调器组成，通过GPRS通讯技术将子网内的数据信息传送到系统上位机。

基于ZigBee的自组网无线路灯控制系统研究与设计的开题报告一、选题背景及意义无线应用技术的发展近年来快速迅猛，特别是在物联网、智能家居、智能城市等领域中得到了广泛应用。

作为无线应用技术的重要分支之一，自组网技术以其具有自动组网、自治性、可靠性、灵活性等特点，在无线传感器网络、智能家居、工业控制等领域中得到广泛应用。

路灯是城市中不可缺少的基础设施，灯具数量众多，每晚都需要进行开关控制，传统的路灯控制方式主要是通过人工控制。

但随着城市规模的扩大，路灯数量的不断增加，人工控制越来越难以满足需求。

因此，研究和设计基于自组网技术的无线路灯控制系统显得尤为必要和重要。

本文将选用ZigBee自组网技术，设计一个基于ZigBee的自组网无线路灯控制系统，通过无线通信、网络自组织等技术实现智能化路灯控制，从而提高路灯的节能性和可靠性，满足城市照明的需求，具有重要的实际意义与应用价值。

二、研究内容及目标本文主要研究内容包括：1. 研究基于ZigBee无线技术的路灯控制系统框架。

2. 设计并实现无线路灯控制系统硬件平台。

3. 设计并实现路灯控制系统软件平台。

4. 系统实现与测试。

本文研究目标为：1. 设计系统框架，建立路灯控制系统；2. 设计并实现无线路灯控制系统硬件平台；3. 开发路灯控制系统软件平台；4. 通过实验，测试无线路灯控制系统的性能。

5. 分析系统实现过程，找出不足，并提出改进。

三、研究方法及步骤1.对ZigBee协议规范相关资料进行查阅、分析和学习；2.了解系统所需硬件平台，选用合适的MCU，射频芯片，以及其他外设；3.设计无线路灯控制系统硬件电路原理图和PCB板图；4.在硬件平台的基础上，设计并实现路灯控制系统软件平台，包括基础通信协议、自组织路由协议等；5.实现并测试系统，包括路灯控制、数据传输、网络自组织等性能测试；6.对测试结果进行分析，找出系统的不足之处，并提出优化改进措施。

四、预期结果通过对基于ZigBee的自组网无线路灯控制系统的研究与设计，预期可以获得如下研究结果：1.完成基于ZigBee的自组网无线路灯控制系统硬件平台设计；2.开发路灯控制系统软件平台，包括基础通信协议、自组织路由协议等；3.成功实现路灯控制、数据传输、网络自组织等性能测试；4.验证系统的可行性、有效性和实际应用价值。

基于ZigBee的路灯控制系统摘要随着城市化的发展，智能路灯的控制系统越来越受到关注。

本文介绍了一种基于ZigBee的路灯控制系统，该系统能够实现对路灯的远程控制，改善了传统路灯控制系统中存在的诸多问题，如手动操作耗时、效率低等。

本文主要介绍了ZigBee技术的原理及其在路灯控制系统中的应用。

引言随着人们对生活质量的要求越来越高，城市化进程也越来越快速。

路灯是城市中重要的组成部分之一，为市民提供安全保障，但传统路灯控制系统有很多不便之处。

例如，管理员需要手动控制每盏路灯的开关，耗时耗力，工作效率低下。

而基于ZigBee的路灯控制系统则能够解决这些问题，实现更加智能化、高效化的路灯管理。

ZigBee技术的原理ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的短距离、低复杂度、低功耗的无线通信技术。

其主要特点包括以下几点：1.ZigBee网络的拓扑结构可以是星型的（Star、Tree）、网状的（Mesh），也可以是混合型的。

2.ZigBee网络的传输距离较短，一般在10-100米之间，但能耗较低。

3.ZigBee节点的功耗十分低，可以使用电池、太阳能等非常规电源。

4.ZigBee网络节点的数量可以达到几千个，但相应的处理能力较低。

5.ZigBee能提供安全加密较好的数据传输保障。

总之，ZigBee技术是一种能够在低功耗、低速度、短距离的环境下，实现节点间数据的高信号传输的无线通信技术。

ZigBee技术在路灯控制系统中的应用基于ZigBee的路灯控制系统，主要包括两个部分：路灯节点和中心控制器。

其中，路灯节点通过ZigBee技术与中心控制器建立连接，用于路灯节点的控制、数据传输等。

在路灯节点上，可以搭载各种传感器，在成本、功耗、传输延迟等多方面都得到了协调。

这些传感器可以用来检测道路状况、环境亮度、车辆状况等，控制路灯节点的亮度、开关状态等。

而中心控制器则是整个路灯控制系统的大脑，它的主要作用是对路灯节点进行管理和控制。

图1校园路灯无线控制系统网络结构图1.2 系统整体结构校园路灯无线控制系统的硬件设计以无线单片机CC2430为核心，主要包括直流稳压电源模块、LED驱动电路模块、LED故障检测电路和CC2430无线收发模块等。

在整个无线网络中，每盏路灯对应一个ID，每个终端节点和路由分别控制单盏路灯，并由传感器获取的信息数据，再通过无线收发模块传送给网络协调器，协调器将收到的数据通过串口发送给PC机。

当LED路灯出现故障时，检测电路会发生报警信号并发送给PC机，便于路灯及时的检修与维护。

系统的整体硬件结构框架如图2所示。

2 系统的硬件电路设计2.1 CC2430无线收发模块本设计选用CC2430为核心控制芯片，作为无线通信模块，它具有标准的8051增强型处理器，是一颗交流（220V，50HZ）C441C431XTAL2可选1234563635343331AVDD_RF2AVDD_SW RF_N TXRX_SWITCH RF_P AVDD_RF1AVDD_PRE AVDD_VCO VCO_GUARD AVDD_CHP RBIAS2AVDD_IF132302928272625P1_7P1_6P1_5P1_4P1_3P1_2DVDD P1_1P1_0RESET_N P0_0P0_1789101112131415161718192021222324484746454443424140393837P 2_0D V D D P 2_1P 2_2P 2_3P 2_4D C O UP LA V D D _D R E G A V DD _D G U A R D D V D D _A D C AV D D _A D C A V DD_IF2P 0_2P 0_3P 0_4P 0_5P 0_6P 0_7X O S C _Q 2A V D 0_S O C X O S C _Q 1R B I AS 1A V D 0_R R E G RREG _OUT C4212.0-3.6 V电源（50 Ohm）天线L341L321L321L331L331C191C211C241R221XTAL1或PCB天线R261λ/2λ/2C341图3 CC 2430典型外围电路图PGNG HVIN EN L D 1μFCF 1k RES50pF 10nF 1μF 1μF RT 10μF C C 0SW OV VDD-5V VDD-DR RT COMP Sense+AGND Sense- 4.7 k S8550IN4007VCCRLRS-RS+1J1图4 LED 驱动电路2.3 协调器和路由器设计协调器和路由器均采用CC 2430无线单片机。

随着我国工业自动化的不断发展和提高，工业自动化技术广泛应用于各个领域。

采用工业自动化可以把人从繁重的体力劳动、脑力劳动及其恶劣、危险的工作环境中解放出来。

据统计，国内的各大城市路灯控制系统能源利用率还是处于较低水平状态，路灯电费和维护费占用了政府财政支出一大笔费用。

目前大部分传统的路灯节能控制系统存在着智能化程度低、通讯稳定程度差、路面照度分布不均、耗费大量人力物力等问题。

本文是基于无线网络通信技术，设计了一套采用WBee/WCTU实现的路灯智能控制系统。

1、WCTU技术1.1什么是WCTUWCTU（the wireless control collect transmission unit )全称为无线控制采集传输单元，是专门用于将接口数据（RS232、RS485、RS422、TTL、A/D、I/O）转换为IP数据进行传输或者反向转换把IP数据转为接口数据进行传输的无线终端设备。

WCTU是厦门为那通信科技有限公司自主研发的综合DTU、RTU及短信收发功能为一体的高性能工业级无线控制采集传输设备，是工控行业应用中集控制、采集、传输、短信为一体的必备通信产品。

WCTU兼容多种网络制式：支持LTE、HSPA+、HSPA、TD-SCDMA、EVDO、EDGE、CDMA、GPRS多种网络制式；完美支持电信/移动/联通国内三大运营商2G/3G/4G网络；支持2G/3G/4G网络制式智能切换，保证设备工作在最好的网络制式下，使设备处于高效、稳定运行状态。

1.2WCTU工作过程描述WCTU是一款主动发起与数据中心建立连接通信，并保持通信链路长久连接的无线控制采集传输设备。

由于WCTU登陆网络时，通过运营商网络认证拨号成功后获取到一个随机分配的IP地址。

因此，这就要求数据中心具备固定的公网IP地址或域名。

数据中心的公网IP地址或域名作为参数存储在WCTU内，以便WCTU一旦上电拨号成功，就可以主动连接到数据中心。

ZIGBEE路灯⽆线控制系统基于ZigBee技术的⽆线路灯控制系统关键词：Zigbee、⽆线路灯控制、GPRS/CDMA⼀、应⽤需求随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对城市道路照明及城市亮化⼯程需求也更⼤，城市路灯照明已经成为展⽰城市魅⼒的名⽚和窗⼝，但是照明在带来辉煌、绚丽和⽅便的同时，随之⽽来的⼀些问题如：费⽤问题、⽤电问题、管理问题，故障回报问题等等，尤其是在能源供需⽭盾也越来越突出的今天，节电节能、绿⾊照明的要求越来越迫切，越来越⾼。

如何充分利⽤⾼科技⼿段解决上述⽭盾也就成为当前照明控制领域⼀个新的和紧要的课题之⼀。

城市道路照明⾃动化控制和智能化管理作为城市现代化的标志之⼀，它所带来的经济和社会效益是⼗分显著的，它的推⼴和实施也将是市政⼯程建设中的⼀项重要内容。

鉴于此，⼀种基于ZIGBEE技术的⽆线模块+GPRS远程传输远程路灯控制系统很好的满⾜了这种需求。

⼆、⾏业现状⽆线路灯控制系统需要能够灵活开/关灯，随时了解运⾏参数，及时发现故障，将传统的⼈⼯“巡灯”制度改为“值班”制度，极⼤地提⾼照明系统的管理效率。

随着⽆线通信技术的不断发展，近年来出现了⾯向低成本设备⽆线联⽹要求的技术，称之为zigbee，它是⼀种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向⽆线通信技术，主要适合于⾃动控制、远程控制领域及家⽤设备联⽹，我们采⽤zigbee技术和GPRS/CDMA技术结合，可以为⽆线路灯控制提供很好的解决⽅案。

三、Zigbee技术简介zigbee是⼀种⽆线连接技术的商业化命名，该⽆线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联⽹应⽤。

国际上，IEEE802.15.4⼯作组及zigbee联盟共同致⼒于该⽆线连接技术的推⼴⼯作，其中，IEEE802.15.4⼯作组主要负责制定zigbee物理层及MAC层的协议，其余协议主要参照和采⽤现有标准，以便于今后不同⼚商设备的互联互通； zigbee联盟则负责⾼层应⽤及市场推⼴⼯作。