ZigBee技术在远程路灯监控系统的应用研究

摘要

随着路灯建设的不断发展、能源问题日益严重和传统路灯管理方式高成本低效率，实现对路灯的智能监控越来越重要。ZigBee技术是一种新兴无线通信技术，具有低功耗、成本低、网络容量大和通信可靠等特点，正是由于它的这些优点，将ZigBee技术应用于路灯监控，能够解决传统方式的成本高，灵活性差、管理维护困难和能源浪费等问题。
　　在分析路灯监控的国内外现状和ZigBee技术特点的基础上，本设计提出了一个远程路灯监控系统，该系统的整体架构是一个多级式的结构：客户端—服务器—集中控制器—单灯节点。具体工作原理为，客户端(允许多个)通过地址和端口连接到服务器，服务器通过Internet/GPRS网络连接到GPRS无线模块，之后数据通过STM32和ZigBee协调器转发，每个连接在ZigBee网络上的无线路灯节点接受来自协调器的命令，并执行相应的控制和状态反馈；路灯节点如果有报警需要上传，通过反向的链路进行消息的返回，并且可以将报警信息发送到维修人员的手机上。
　　ZigBee设计为本论文工作的核心，通过ZigBee无线网络，可以实现对每一盏路灯的监控，还可以完成级联的功能，即实现消息在主集中控制器与从集中控制器之间传输。ZigBee设计实现了无线通讯、与STM32的串口通讯，以及单灯节点上的电压、电流和光照强度检测，开关控制和PWM调光控制。在本设计中，一共有三种 ZigBee节点，一是主集中控制器上的ZigBee节点(协调器)，它是整个ZigBee网络的核心，负责网络的建立、维护以及消息的转发；二是从集中控制器上的ZigBee节点(路由器)，它的作用主要是完成消息的传递；三是每一盏路灯上面的ZigBee节点(路由器)，除了传递消息外，还要实现对单灯的检测和控制。在论文里详细介绍了每一类型节点的硬件设计和程序实现。为了路灯维护以及软件更新的方便，实现了ZigBee节点空中下载功能。
　　在该系统的测试实验中，从通讯距离、串口收发数据、电流采样、PWM控制和空中下载对该设计的性能进行了全面的测试，实测结果表明该设计与以往的路灯控制方式相比，降低了成本，组织更加灵活，解决了能源浪费等问题。

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第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 路灯监控技术

1.3 论文的组织结构

第2章 ZigBee技术及其协议栈

2.1 ZigBee技术概述

2.2 ZigBee协议栈

2.3 ZigBee设备类型

2.4 ZigBee网络拓扑

2.5 本章小结

第3章 系统总体设计

3.1 系统设计原则

3.2 总体设计方案

3.3 论文研究内容

3.4 本章小结

第4章 硬件电路设计

4.1 硬件设计框架

4.2 集中控制器ZigBee节点

4.3 单灯ZigBee节点

4.4 本章小结

第5章 程序设计及实现

5.1 程序开发平台与工具

5.2 ZigBee协议栈

5.3 基于Z-Stack的软件设计

5.4 本章小结

第6章 系统测试及分析

6.1 性能测试

6.2 实物图

第7章 总结与展望

7.1 论文主要工作

7.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附 录

作者在读期间发表的学术论文