隨著我國城市化水平的不斷提高，城市照明系統不斷擴大，如何節(jié)約能源，提高路燈系統管理水平，是急需解決的課題。目前各大城市的街道路燈控制系統都普遍存在能源利用率不高的問題。特別是子夜過后，街道上的車輛與行人較為稀少，路燈沒有必要全部打開，可以適當關閉部分路燈，以前采用的人工控制方法，這種方法既浪費人力、操作繁瑣且每天早晚路燈開閉時間不準，人為因素影響太大。后來有些城鎮(zhèn)設置光電控制電路，利用控制光敏電阻器件的變化，控制路燈在晚上天黑之后自動點亮，早上天亮之后自動關閉。這種方法存在可靠性較低，易受干擾，后半夜路燈照明太亮浪費電能，不能對街燈實行有效的節(jié)能控制。采用Zig2Bee無線網絡進行路燈控制的技術正在悄然興起。ZigBee一詞來源于蜜蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式。蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來傳遞新發(fā)現的食物源位置、距離與方向等信息。ZigBee是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的、有關組網、安全和應用軟件方面的技術，IEEE802.15.4僅處理MAC層和物理層協議，ZigBee聯盟對其網絡層協議和API進行了標準化。

　　ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數據速率（10～250kB/S）、低成本、低復雜度的無線網絡技術。其網絡容量大，可容納65,000個設備。

　　提供了數據完整性檢查和鑒權功能，采用AES2128加密算法。使用頻段為2.4GHz,868MHz（歐洲）和915MHz（美國），均為免執(zhí)照（免費）的頻段。

　　ZigBee的網絡拓補結構有網狀拓補和樹狀拓補格式，網絡中主要包含三種類型的設備，包括網絡協調器、全功能設備（FFD）、精簡功能設備（RFD）。其示意圖如圖1所示。只有網絡協調者才能形成網絡與其它的FFD或是精簡功能裝置（RFD）連接。FFD具備路由器的功能，可提供信息雙向傳輸。RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。

　　1　系統組成

　　基于ZigBee的LED節(jié)能街燈控制系統由以下三部分組成，系統工作示意圖如圖2所示。

　?。?）安裝在路燈燈桿上的微處理器控制系統（包括路由節(jié)點和葉節(jié)點）；

　?。?）控制中心的服務器監(jiān)控系統（包括協調器和PC機）；

　?。?）實現路燈燈桿上的微處理器控制系統和控制中心聯系的ZigBee無線網絡。

　　安裝在路燈燈桿上的微處理器控制系統，是一個由光照強度傳感器、路燈調光控制器（LED燈由PWM方式進行控制）、通訊控制系統、直流電源系統等組成的實時控制系統，在ZigBee網絡中可以是路由器（FFD）或精簡功能節(jié)點（RFD）。

　　該系統采用多路樹狀網絡拓補結構，系統里只有一個網絡協調器（FFD），也就是控制中心的監(jiān)控系統、若干個FFD路由節(jié)點和若干個RFD節(jié)點。

　　路由節(jié)點可以安裝在道路旁邊，連接成串狀作為無線節(jié)點的中繼控制器，以達到遠程控制的目的。同時它也可以作為一個用戶節(jié)點用來控制LED燈。

　　而RFD用戶節(jié)點僅能接收信號并根據所接收信號控制自己的LED燈，沒有中繼或路由功能。

　　2　軟件設計

　　系統軟件設計主要包括PC機服務器后臺軟件設計、協調器軟件設計、路由器軟件設計和葉節(jié)點軟件設計等四大部分。

　　PC機服務器采用VB編寫程序，通過串口與協調器進行通訊，從而來控制整個系統，它需要有良好的人機界面。工作時PC機服務器先向協調器發(fā)送讀寫（某個節(jié)點）控制命令，然后由協調器來操控整個網絡。協調器再把從Zigbee網絡中得到的數據信息返回給PC機服務器。這就需要PC機擁有一個數據庫來存儲系統的參數和工作運行數據。

　　協調器上電初始化后，首先主動建立一個網絡，然后等待路由節(jié)點和葉節(jié)點的加入。如果發(fā)現有節(jié)點申請加入網絡，則給該節(jié)點分配網絡號。同時協調器還要監(jiān)控PC機服務器從串口發(fā)來的命令數據，根據相應的命令來控制某個節(jié)點，比如設置節(jié)點燈光控制信息、設置節(jié)點時段控制信息、讀取節(jié)點燈光控制信息、讀取節(jié)點時段控制信息等。如果是要某個節(jié)點讀取相關信息，還要把讀到的數據信息通過串口發(fā)送到PC機。協調器軟件工作流程如圖3所示。

路由器上電初始化需要首先申請加入協調器建立的網絡，如果不能成功加入，需要不停重復申請加入網絡，不然該節(jié)點就不能受系統網絡所控制。成功加入網絡后，路由節(jié)點就工作于監(jiān)控狀態(tài)。一是監(jiān)控是否有其他路由節(jié)點或葉節(jié)點申請加入網絡，如果有則同樣需給該節(jié)點分配網絡地址。二是判斷是否有從協調器發(fā)來的命令，如果是設置命令則需根據命令參數設置該節(jié)點；如果是讀狀態(tài)命令則需根據命令發(fā)送相應的節(jié)點工作狀態(tài)給協調器。三是根據亮度控制預設值，不停采集環(huán)境亮度信息與之進行比較。通過比較結果判讀是應該打開路燈還是應該關閉路燈，是應該增加控制LED燈的PWM占空比還是減少控制LED燈的PWM占空比。路由器的程序流程如圖4所示。

　　葉節(jié)點的程序流程類似于路由節(jié)點的流程，但葉節(jié)點是終端節(jié)點，不支持其他節(jié)點的加入。流程如圖5所示。

　　3　結論

　?。?）將ZigBee無線技術應用于街燈的管理上，解決了街燈系統能源利用率低的問題；

　?。?）利用大功率LED研制開發(fā)出新型LED燈，為人們提供了新的照明方式；

　?。?）LED燈具有低功耗的優(yōu)點（一個10W的LED燈相當與一個60W的日光燈的照度），使系統具有運行成本低、可靠性高、體積小等優(yōu)勢，能極大地節(jié)省能源，在路燈無線監(jiān)控系統中將有非常廣闊的應用空間；

　?。?）通過與其它各種新型傳感器、功率控制器結合，可以實現遠程路燈智能控制，達到大面積、大范圍節(jié)約電力和能源的目的。