ZigBee无线网络在路灯智能照明控制系统中的应用

摘要

城市路灯为行走在夜间的人们带来光明，为人们的夜生活提供了很大的方便，已经成为人们日常生活中密不可分的部分。但是传统的城市路灯系统控制方式落后、能源利用率低、布线繁琐和不方便排查维修等问题也绝不容忽视。随着计算机网络、信息化和自动化技术的飞速发展，城市路灯控制系统也步入到了自动化控制和信息化的管理模式中。
　　 本文针对传统的城市路灯控制系统存在的问题，提出了一种新的路灯控制系统设计方案。其核心内容是“无线”和“智能化照明”。“无线”是指利用支持无线通信的ZigBee协议，将许多个高度集成化的传感器节点组成无线传感器网络(WSN)，它是针对有线通信方式布线繁琐等问题提出的解决方案。“智能化照明”致力于人性化、科学化和合理化的照明，照明方案采用分场景照明模式，路灯亮度控制方法采用光控和时控相结合的方法。
　　 系统网络节点选用JENNIC公司的JN5139模块作为节点控制器，带有MC52iGPRS模块的协调器负责建立无线网络、接收路由节点信息并上传到上位机、接收上位机控制命令等工作。带有TSL2550照度传感器模块的路由节点负责采集照度信息、上传灯具信息到协调器、接收协调器传送的控制命令并做出相应动作等工作。系统开发的软件平台是Jennic提供的CodeBlocks软件。本文在以上照明方案、控制策略和软硬件支持的基础上，重点研究照度传感器的绑定、信息采集和处理过程以及路灯亮度的调光策略。
　　 在实验室进行组网稳定性和调光测试，结果表明设计方案基本能达到要求。系统中还包括中央控制器的设计与实现，用以远程控制整个系统的运行，是由项目组其余人员完成。

目录

声明

摘要

图和附表清单

1 绪论

1．1 城市照明研究背景

1．1．1 城市照明建设的意义

1．1．2 城市道路照明现状

1．1．3 城市路灯照明需求

1．2 近距无线通信技术

1．2．1 几种近距无线通信技术

1．2．2 近距无线通信技术对比

1．3 智能化照明技术

1．3．1 智能化照明简介

1．3．2 智能化照明发展趋势

1．4 本文结构框架

1．5 本章小结

2 无线传感器网络及ZigBee技术研究

2．1 无线传感器网络研究与分析

2．1．1 WSN的体系结构

2．1．2 WSN的特点和限制

2．1．3 WSN的发展趋势

2．2 ZigBee技术研究与分析

2．2．1 ZigBee技术基础

2．2．2 ZigBee协议架构分析

2．3 ZigBee组网基础

2．3．1 ZigBee设备类型

2．3．2 网络拓扑结构

2．3．3 网络地址分配与路由算法

2．3．4 网络的建立及节点加入

2．3．5 ZigBee的通信过程

2．4 本章小结

3 无线网络智能照明控制系统设计

3．1 控制系统设计要求

3．2 控制系统方案设计

3．2．1 照明方案设计

3．2．2 监控方案设计

3．3 网络节点硬件设计

3．3．1 节点控制器模块选择

3．3．2 电源模块选择及电路设计

3．3．3 传感器模块选择及电路设计

3．3．4 LED调光电路设计

3．3．5 GPRS模块选择

3．4 系统软件设计

3．4．1 软件开发平台

3．4．2 系统程序主流程

3．4．3 ZigBee设备程序架构

3．4．4 照度传感器绑定与解除

3．4．5 照度传感器信息采集与处理

3．4．6 组网稳定性测试

3．5 本章小结

4 系统的安装调试与运行

4．1 原材料的采购、整理和分配

4．2 原材料入库与出库

4．3 网络节点设备安装

4．4 实时反馈数据分析

4．5 网络节点设备维修

4．6 本章小结

5 节点控制器优化

5．1 JN5148简介

5．2 ZigBee PRO协议栈研究

5．2．1 ZigBee PRO结构分析

5．2．2 ZigBee PRO功能分析

5．3 组网测试及结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 项目总结

6．2 控制方案展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果