论文部分内容阅读
摘要：本文在总结现有路灯照明控制方案存在的问题的基础上，阐述了基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的特点及其实现的功能，提出了该控制系统的解决方案，并简要分析了控制系统失效的应急措施。该控制系统具有高效、智能、节能、环保的特点，在能源日益紧张的今天具有较高的社会效益和经济效益。
关键词：ZigBee技术，LED路灯，智能照明控制系统，解决方案
Abstract:This paper summarizes the existing in the street lamp lighting control scheme based on existing problems，ZigBee is presented based on the technology LED street lamp intelligent lighting control system of the characteristics and function of the realization，put forward this control system solutions，and briefly analyzed the control system of the failure of emergency measures。This control system has the high efficiency, intelligence, energy saving, environmental protection characteristic，In the energy of the growing tension today has high social benefits and economic benefits。
Keywords:Zigbee Technology，LED Street Lamp，Intelligent Lighting Control System；Solutions
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1引言
据据笔者对城市照明现场调研发现，传统路灯都采用“全夜灯、恒照明”的方式进行照明，现有照明控制方案存在的问题及引发的管理困局归纳见表1：
表1 现有照明控制方案存在的问题及引发的管理困局
序号 存在问题 管理困局
1 无智能控制功能 无法根据路面交通流参数变化和周围照明环境实时进行照明亮度调整，造成能源浪费和光污染
2 无单灯状态检测功能 无法进行灯具状态在线检测及故障报警，造成灯具巡检工作量大，故障修复周期长
3 无数据监测管理功能 数据采集分析困难、节能量无法实现实时统计
2基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的特点及实现的功能
2.1特点
1)采用ZigBee、3G/GPRS、互联网等通讯技术，易实施、免布线。
2)采用无级调光技术可以节约电力资源和保护路灯。
3)实施远程监控和管理减少了后期人力、物力、财力的投入，同时提高了巡查设备和路灯的工作效率。
4)及时反应和采取恰当措施保证低故障率。
5)智能化、信息化、数字化程度高。
2.2实现的功能
1）远程控制
在监控中心完成对系统内的所有路灯进行管理。具体可以控制到每一个路灯并且可以查看每一个路灯的状态。
2）LED灯定时调光（能耗控制）
可以在监控中心对系统下的路灯执行调光操作，能够在LED路灯的基础上更好的实现节能。并可以采集路灯电量、功率等电参数，加以储存显示。
3）分组管理
能够对系统下的路灯进行分组，例如某条路，某个区域等，对其进行统一管理。
4）数据采集管理
用户可以选配采集路灯所在区域的环境参数功能，例如光线、温度、湿度、噪音等。
5）智能管理
可以通过配置控制策略，以时间、光线、声音、温度等为基准，设定控制任务。系统根据设定的工作任务自动运行，实现路灯的无人值守、智能化管理。
6）灯具故障检测报警
使用传感器、电量计量芯片等实现对路灯工作状态的智能诊断，并将故障码通过网络上传至控制中心，维修人员通过故障信息可以很快的找到故障路灯位置，提高维修效率。
7）地理定位
本系统可以定位每个路灯的地理位置，并将其显示在监控中心。
3基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的解决方案
为解决现有路灯控制方案存在的问题，考虑城市既有管线复杂，避免采用有线控制方式增加线路铺设困难，采用基于ZigBee技术的路灯智能照明控制系统解决方案。
ZigBee组网方案可供选择的物理设备可分为两种，分别是：全功能设备（FFD）和精简功能设备（RFD），两者相互结合，互相支持，配合使用。全功能设备（Full Function Device，FFD），在拓扑结构上，它可以支持任何一种拓扑结构，在功能应用上，它可以作为网络协调或者是网络路由器，并且它可以和任何一种设备进行通信；精简功能设备（Reduced Function Device，RFD），它只能支持星形拓扑结构，不能够成为网络协调器或者是路由器，但是可以作为终端设备或者是网络中的某一節点，可以和它们进行通信，因为其结构简易，所以实现起来十分简单，便于设计。
基于ZigBee技术的路灯智能照明控制系统解决方案的制定，结合路灯照明智能控制系统管理需求，选择采用全功能设备进行ZigBee组网。按照设备所执行功能的不同，将ZigBee全功能组网设备又可以分为三种类型：网络协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device），网络协调器PAN网络中的主控制器，具体如表2所示。在各种网络配置中，ZigBee网络要求至少一个全功能设备（FFD）作为网络协调器，网络协调器的作用主要是要存储下列基本信息：节点设备数据、数据转发表、设备关联表。网络节点是利用电池供电，并采用节能设计，其功能是，搜索可用的网络、按需传输数据、向网络协调器请求数据。
表2 ZigBee组网全功能物理设备类型
ZigBee设备 设备类型 功能
协调器 FFD 必须有，而且每个网络一个。
主控制器，成员身份管理、链路状态信息管理、分组转发等。
路由器 FFD 可选。
扩展网络范围，使更多节点加入网络。
终端设备 FFD 可选。
执行监控、控制功能。
基于ZigBee技术的路灯智能照明控制系统解决方案按照全功能设备ZigBee组网物理设备类型，构建路灯智能控制系统三级管理模式，系统网络拓扑图如图1所示，系统构成图如图2所示。
图1系统网络拓扑图
图2基于ZigBee的路灯智能照明控制系统构成图
基于ZigBee技术的路灯智能照明控制系统解决方案具体组网设备功能如下：
1）路灯控制中心
在路灯管理局设置路灯控制中心，进行路灯的综合管理及信息处理：
（1）路灯可视化综合管理，管理部门可直接了解当前设备运行状况；
（2）通过控制单元上传的信息，及时获知设备运行状况，提前维护不稳定设备以减少风险；
（3）发生突发事件时，自动发送信息至相关管理人员，以便相关人员能及时应对。
（4）根据控制软件计算的路面照明需求，向下一级的路灯控制器下发控制指令。
2）路灯控制器
在城区每一条道路安装一个智能控制单元，进行路灯实时控制并主要实现以下几个功能：
（1）根据控制中心指令，调节本路段路灯亮度，进一步降低能耗；
（2）设备运行异常时发送信息至路灯控制中心，便于及时维护；
（3）发生人为损坏或盗窃电缆时能及时将信息发送至控制中心，第一时间应对突发情况。
3）智能控制卡
LED灯具中集成的智能控制卡主要实现以下功能：
（1）根据路灯控制器指令调节路灯亮度；
（2）上传路灯运行状态至路灯控制器，并由路灯控制器上传至路灯控制中心，以便控制中心随时掌握路灯情况，如有异常，灯具控制中心可实现故障灯具定位和灯具故障报警。
根据基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统构成图可知，万一由于某种原因造成控制系统失效，所有灯具将采用最大功率运行，不会造成道路照明失效的后果。
4结束语
本文首先总结了传统路灯控制系统存在的问题，随后介绍了基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的特点和功能，最后提出了基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的解决方案，该方案实现了路灯节能控制系统的智能化、信息化和数字化，具有良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 樊冰. ZigBee技术及其应用研究[J]. 大众科技. 2007(06)
[2] 李欣.基于ZigBee无线网络路灯监测控制系统的设计[J]. 科学大众(科学教育). 2010(05)
[3] 刘鹏. 基于CC2480的ZigBee无线节能路灯系统[J]. 通信技术. 2009(01)
[4] 林方键.基于ZigBee网络的路灯节能控制系统[J]. 控制工程. 2009(03)
[5] 申利民. 基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计[J]. 中国照明电器. 2011(02)
作者简介
杜益文（1980.10～），男，四川南部人，硕士，工程师，主要从事交通工程技术研究与管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：ZigBee技术，LED路灯，智能照明控制系统，解决方案
Abstract:This paper summarizes the existing in the street lamp lighting control scheme based on existing problems，ZigBee is presented based on the technology LED street lamp intelligent lighting control system of the characteristics and function of the realization，put forward this control system solutions，and briefly analyzed the control system of the failure of emergency measures。This control system has the high efficiency, intelligence, energy saving, environmental protection characteristic，In the energy of the growing tension today has high social benefits and economic benefits。
Keywords:Zigbee Technology，LED Street Lamp，Intelligent Lighting Control System；Solutions
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1引言
据据笔者对城市照明现场调研发现，传统路灯都采用“全夜灯、恒照明”的方式进行照明，现有照明控制方案存在的问题及引发的管理困局归纳见表1：
表1 现有照明控制方案存在的问题及引发的管理困局
序号 存在问题 管理困局
1 无智能控制功能 无法根据路面交通流参数变化和周围照明环境实时进行照明亮度调整，造成能源浪费和光污染
2 无单灯状态检测功能 无法进行灯具状态在线检测及故障报警，造成灯具巡检工作量大，故障修复周期长
3 无数据监测管理功能 数据采集分析困难、节能量无法实现实时统计
2基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的特点及实现的功能
2.1特点
1)采用ZigBee、3G/GPRS、互联网等通讯技术，易实施、免布线。
2)采用无级调光技术可以节约电力资源和保护路灯。
3)实施远程监控和管理减少了后期人力、物力、财力的投入，同时提高了巡查设备和路灯的工作效率。
4)及时反应和采取恰当措施保证低故障率。
5)智能化、信息化、数字化程度高。
2.2实现的功能
1）远程控制
在监控中心完成对系统内的所有路灯进行管理。具体可以控制到每一个路灯并且可以查看每一个路灯的状态。
2）LED灯定时调光（能耗控制）
可以在监控中心对系统下的路灯执行调光操作，能够在LED路灯的基础上更好的实现节能。并可以采集路灯电量、功率等电参数，加以储存显示。
3）分组管理
能够对系统下的路灯进行分组，例如某条路，某个区域等，对其进行统一管理。
4）数据采集管理
用户可以选配采集路灯所在区域的环境参数功能，例如光线、温度、湿度、噪音等。
5）智能管理
可以通过配置控制策略，以时间、光线、声音、温度等为基准，设定控制任务。系统根据设定的工作任务自动运行，实现路灯的无人值守、智能化管理。
6）灯具故障检测报警
使用传感器、电量计量芯片等实现对路灯工作状态的智能诊断，并将故障码通过网络上传至控制中心，维修人员通过故障信息可以很快的找到故障路灯位置，提高维修效率。
7）地理定位
本系统可以定位每个路灯的地理位置，并将其显示在监控中心。
3基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的解决方案
为解决现有路灯控制方案存在的问题，考虑城市既有管线复杂，避免采用有线控制方式增加线路铺设困难，采用基于ZigBee技术的路灯智能照明控制系统解决方案。
ZigBee组网方案可供选择的物理设备可分为两种，分别是：全功能设备（FFD）和精简功能设备（RFD），两者相互结合，互相支持，配合使用。全功能设备（Full Function Device，FFD），在拓扑结构上，它可以支持任何一种拓扑结构，在功能应用上，它可以作为网络协调或者是网络路由器，并且它可以和任何一种设备进行通信；精简功能设备（Reduced Function Device，RFD），它只能支持星形拓扑结构，不能够成为网络协调器或者是路由器，但是可以作为终端设备或者是网络中的某一節点，可以和它们进行通信，因为其结构简易，所以实现起来十分简单，便于设计。
基于ZigBee技术的路灯智能照明控制系统解决方案的制定，结合路灯照明智能控制系统管理需求，选择采用全功能设备进行ZigBee组网。按照设备所执行功能的不同，将ZigBee全功能组网设备又可以分为三种类型：网络协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device），网络协调器PAN网络中的主控制器，具体如表2所示。在各种网络配置中，ZigBee网络要求至少一个全功能设备（FFD）作为网络协调器，网络协调器的作用主要是要存储下列基本信息：节点设备数据、数据转发表、设备关联表。网络节点是利用电池供电，并采用节能设计，其功能是，搜索可用的网络、按需传输数据、向网络协调器请求数据。
表2 ZigBee组网全功能物理设备类型
ZigBee设备 设备类型 功能
协调器 FFD 必须有，而且每个网络一个。
主控制器，成员身份管理、链路状态信息管理、分组转发等。
路由器 FFD 可选。
扩展网络范围，使更多节点加入网络。
终端设备 FFD 可选。
执行监控、控制功能。
基于ZigBee技术的路灯智能照明控制系统解决方案按照全功能设备ZigBee组网物理设备类型，构建路灯智能控制系统三级管理模式，系统网络拓扑图如图1所示，系统构成图如图2所示。
图1系统网络拓扑图
图2基于ZigBee的路灯智能照明控制系统构成图
基于ZigBee技术的路灯智能照明控制系统解决方案具体组网设备功能如下：
1）路灯控制中心
在路灯管理局设置路灯控制中心，进行路灯的综合管理及信息处理：
（1）路灯可视化综合管理，管理部门可直接了解当前设备运行状况；
（2）通过控制单元上传的信息，及时获知设备运行状况，提前维护不稳定设备以减少风险；
（3）发生突发事件时，自动发送信息至相关管理人员，以便相关人员能及时应对。
（4）根据控制软件计算的路面照明需求，向下一级的路灯控制器下发控制指令。
2）路灯控制器
在城区每一条道路安装一个智能控制单元，进行路灯实时控制并主要实现以下几个功能：
（1）根据控制中心指令，调节本路段路灯亮度，进一步降低能耗；
（2）设备运行异常时发送信息至路灯控制中心，便于及时维护；
（3）发生人为损坏或盗窃电缆时能及时将信息发送至控制中心，第一时间应对突发情况。
3）智能控制卡
LED灯具中集成的智能控制卡主要实现以下功能：
（1）根据路灯控制器指令调节路灯亮度；
（2）上传路灯运行状态至路灯控制器，并由路灯控制器上传至路灯控制中心，以便控制中心随时掌握路灯情况，如有异常，灯具控制中心可实现故障灯具定位和灯具故障报警。
根据基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统构成图可知，万一由于某种原因造成控制系统失效，所有灯具将采用最大功率运行，不会造成道路照明失效的后果。
4结束语
本文首先总结了传统路灯控制系统存在的问题，随后介绍了基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的特点和功能，最后提出了基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统的解决方案，该方案实现了路灯节能控制系统的智能化、信息化和数字化，具有良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 樊冰. ZigBee技术及其应用研究[J]. 大众科技. 2007(06)
[2] 李欣.基于ZigBee无线网络路灯监测控制系统的设计[J]. 科学大众(科学教育). 2010(05)
[3] 刘鹏. 基于CC2480的ZigBee无线节能路灯系统[J]. 通信技术. 2009(01)
[4] 林方键.基于ZigBee网络的路灯节能控制系统[J]. 控制工程. 2009(03)
[5] 申利民. 基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计[J]. 中国照明电器. 2011(02)
作者简介
杜益文（1980.10～），男，四川南部人，硕士，工程师，主要从事交通工程技术研究与管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。