zigbee的led路灯远程控制系统设计
随着人们对城市基础照明系统要求的提高，如何管理路灯系统和提高路灯资源的利用率，以及节约能源成为现代化城市发展的焦点。Zigbee技术是一种近距离的无线自组网技术，具有价格低廉，网络容量大，节点之间通信可靠，低功耗的优点,已经在智能家居等领域成功运用。基于ZigBee的LED路灯远程控制系统与传统路灯系统相比，具有节能环保和可以智能化控制等优点。基于ZigBee的LED路灯远程控制系统需要进行软件和硬件两方面的设计。硬件上使用ZigBee的CC2530模块、单片机、继电器模块、光敏电阻模块和人体热释电模块。在altium designer 上画出这些模块的原理图，并生成PCB。讲述了硬件的结构框架设计，ZigBee协调器连接光敏电阻模块和人体热释电模块，检测外部环境。ZigBee终端连接单片机和继电器模块，接收协调器通过无线网络发送的信号，然后控制继电器工作。软件设计需要熟悉和使用TI公司的Z-stack协议栈和在IAR软件平台上进行编程，设计出ZigBee无线路灯控制系统的程序，并进行调试。整个路灯系统，协调器控制终端，协调器根据外部环境的变化给终端发出控制命令，最终控制LED。最后进行整个硬件电路和程序调试，达到设计要求。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文的主要研究内容 3
第二章 ZigBee的技术介绍 4
2.1 ZigBee技术概况 4
2.2 ZigBee协议栈的组成 5
2.3 ZigBee网络拓扑结构 9
2.4 ZigBee网络技术研究 10
2.5本章小结 12
第三章 ZigBee无线路灯控制系统的硬件设计 13
3.1 ZigBee无线路灯控制系统硬件设计框图介绍 13
3.2稳压电源模块设计 14
3.3CC2530芯片介绍 14
3.4终端外围电路设计 16
3.5协调器外围电路设计 19
3.6硬件调试 22
3.7本章小结 23
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第四章 ZigBee无线路灯控制系统的软件设计 24
4.1路灯控制系统软件功能流程图 24
4.2 IAR开发软件介绍 25
4.3 ZigBee通信网络组网的实现 25
4.4程序调试与运行 30
4.5本章小结 30
第五章 总结与展望 31
5.1 总结 31
5.2展望 31
参考文献 33
附录 35
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
1.1.1研究背景
随着现代化的发展，人们对城市基础设施的要求也随之变高，城市照明变得越来越重要。城市的照明系统可以衡量一个城市的发展程度，所以政府越来越看重照明系统的发展。传统城市路灯系统一般是以一条道路为一组路灯，该组路灯由高压线、变压器、路灯和路灯控制箱组成。路灯控制系统主要有分离方式、集成方式和地下安装方式三种组成方式，其中地下安装方式费用较高。根据不同环境和需求，因地制宜的使用不同的安装方式。
路灯的管理方式主要还是靠人力和车辆，采用分时控制的方式，对各个区域的路灯进行巡视和检查。在路灯控制箱里设置路灯开关的时间，但是不能及时调整路灯开关的时间，并且故障率高，维修困难，不能及时反应路灯系统的运行情况，变得越来越满足不了人们的需求，所以亟待改变这种情况。
随着城市规模的不断扩大，路灯系统的管理难度越来越大。现有路灯系统功能简单，不能及时了解路灯运行的情况，发现运行异常和预防设备的故障。不能根据外部环境的变化做出调整控制路灯的开关，浪费大量的电力资源和降低路灯的使用寿命。同时路灯出现故障，需要工作人员巡视才能发现，使得维护不及时，维护成本也变得越来越高。现在的路灯控制系统已经不能满足实际需要，因此需要设计新的路灯系统，解决上面的一系列问题。基于ZigBee的LED远程路灯控制系统作为一种新的控制系统能够很好的解决上述问题，既能实现路灯系统的智能化控制，节省人力和物力资源，又能够实现可持续的发展，节约能源。
1.1.2研究意义
基于ZigBee的LED远程路灯控制系统是智能化程度高和高效节能的路灯照明系统。通过ZigBee路灯控制系统能够合理配置照明时间，减少总体用电量，延长LED路灯的照明寿命，并且降低了路灯系统管理和维护的费用。实现智能化管理路灯，满足人们生活的人性化需求。
现在国内无线路灯控制系统的发展还比较落后，具有比较大的发展空间。需要有新的路灯控制系统的出现来解决一系列的问题，因此出现了ZigBee无线路灯控制系统。ZigBee路灯控制系统采用无线通信自组网技术，不会受到外部通信频率的干扰，实现协调器和终端的通信。基于ZigBee的LED远程路灯控制系统根据外部环境，自动控制路灯的开关。设置报警功能，可以及时将路灯的故障反应给工作人员进行修理，省去了很大一部分人工管理的费用，使得路灯控制系统更加的人性化。还可以采用无线路灯控制系统的控制器收集路灯工作时的功率和电压等参数，通过无线传输的方式传送给控制中心，及时监测路灯的运行情况。
ZigBee路灯控制系统符合城市低碳化的发展要求，能够实现智能化控制、可靠性高、通信量大、低成本和节约能源的目标。
1.2 国内外研究现状
目前，国内外的许多城市意识到传统路灯和公共照明灯的缺点和不足，正在尝试使用LED灯对原有的照明设施进行改造。
国外城市中，例如2009年4月25日，美国的旧金山市宣布使用LED节能路灯替代原有的高压钠灯泡，并采用智能控制技术，有助于旧金山市进一步提高能效，走环保和可持续的发展道路。采用的智能控制技术可以将路灯的能效再提高20％，这种技术可以对单个路灯的亮度进行调节，而且可以获取每个路灯的工作状况[1]。2010年3月18日，美国匹兹堡大学可持续工程Mascaro Center公布了一份路灯替代灯的评估报告[2],该研究将LED灯与高压钠灯、金卤灯和感应灯进行比较，虽然LED灯的前期投入较高，但具有使用寿命长、节约能源和产生更多光源的优势。
其他很多的发达国家也进行了LED灯代替传统照明设施。英国伦敦Hearthrow机场使用LED面板灯代替传统的灯具，使得机场大厅更加的明亮和漂亮，同时也节约了大量能源[3]。
在新加坡，旅游局为了提倡节能，在4公里的乌节购物街道和1.6公里的滨海区都是用LED灯，节省了超过70%的能源使用 [4]。
国内，2008年北京奥运会，使用了广州一家公司生产的380万颗LED灯，遍布演员道具、照明灯具和显示屏，使得LED灯变成照明行业的热点[5]。2009年上半年国家科技部实现十万盏灯的工程，在北京、深圳、上海等21个城市增加使用LED灯，在这一过程中制订相关标准，为LED灯的发展指明方向[6]。
然而在路灯照明系统中，LED灯所占的比例还比较小，具有很大的发展空间。路灯在全球照明系统中的比列为15%40%，其中汞气体路灯最有可能被LED灯所替代[7]。
虽然将LED灯和ZigBee技术相结合的路灯控制系统还比较少，但随着路灯管理技术的不断提高，未来路灯控制朝着网络化、智能化和精确化的方向发展，ZigBee无线路灯控制系统将会成为稳定可靠的路灯控制技术。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文的主要研究内容 3
第二章 ZigBee的技术介绍 4
2.1 ZigBee技术概况 4
2.2 ZigBee协议栈的组成 5
2.3 ZigBee网络拓扑结构 9
2.4 ZigBee网络技术研究 10
2.5本章小结 12
第三章 ZigBee无线路灯控制系统的硬件设计 13
3.1 ZigBee无线路灯控制系统硬件设计框图介绍 13
3.2稳压电源模块设计 14
3.3CC2530芯片介绍 14
3.4终端外围电路设计 16
3.5协调器外围电路设计 19
3.6硬件调试 22
3.7本章小结 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
第四章 ZigBee无线路灯控制系统的软件设计 24
4.1路灯控制系统软件功能流程图 24
4.2 IAR开发软件介绍 25
4.3 ZigBee通信网络组网的实现 25
4.4程序调试与运行 30
4.5本章小结 30
第五章 总结与展望 31
5.1 总结 31
5.2展望 31
参考文献 33
附录 35
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
1.1.1研究背景
随着现代化的发展，人们对城市基础设施的要求也随之变高，城市照明变得越来越重要。城市的照明系统可以衡量一个城市的发展程度，所以政府越来越看重照明系统的发展。传统城市路灯系统一般是以一条道路为一组路灯，该组路灯由高压线、变压器、路灯和路灯控制箱组成。路灯控制系统主要有分离方式、集成方式和地下安装方式三种组成方式，其中地下安装方式费用较高。根据不同环境和需求，因地制宜的使用不同的安装方式。
路灯的管理方式主要还是靠人力和车辆，采用分时控制的方式，对各个区域的路灯进行巡视和检查。在路灯控制箱里设置路灯开关的时间，但是不能及时调整路灯开关的时间，并且故障率高，维修困难，不能及时反应路灯系统的运行情况，变得越来越满足不了人们的需求，所以亟待改变这种情况。
随着城市规模的不断扩大，路灯系统的管理难度越来越大。现有路灯系统功能简单，不能及时了解路灯运行的情况，发现运行异常和预防设备的故障。不能根据外部环境的变化做出调整控制路灯的开关，浪费大量的电力资源和降低路灯的使用寿命。同时路灯出现故障，需要工作人员巡视才能发现，使得维护不及时，维护成本也变得越来越高。现在的路灯控制系统已经不能满足实际需要，因此需要设计新的路灯系统，解决上面的一系列问题。基于ZigBee的LED远程路灯控制系统作为一种新的控制系统能够很好的解决上述问题，既能实现路灯系统的智能化控制，节省人力和物力资源，又能够实现可持续的发展，节约能源。
1.1.2研究意义
基于ZigBee的LED远程路灯控制系统是智能化程度高和高效节能的路灯照明系统。通过ZigBee路灯控制系统能够合理配置照明时间，减少总体用电量，延长LED路灯的照明寿命，并且降低了路灯系统管理和维护的费用。实现智能化管理路灯，满足人们生活的人性化需求。
现在国内无线路灯控制系统的发展还比较落后，具有比较大的发展空间。需要有新的路灯控制系统的出现来解决一系列的问题，因此出现了ZigBee无线路灯控制系统。ZigBee路灯控制系统采用无线通信自组网技术，不会受到外部通信频率的干扰，实现协调器和终端的通信。基于ZigBee的LED远程路灯控制系统根据外部环境，自动控制路灯的开关。设置报警功能，可以及时将路灯的故障反应给工作人员进行修理，省去了很大一部分人工管理的费用，使得路灯控制系统更加的人性化。还可以采用无线路灯控制系统的控制器收集路灯工作时的功率和电压等参数，通过无线传输的方式传送给控制中心，及时监测路灯的运行情况。
ZigBee路灯控制系统符合城市低碳化的发展要求，能够实现智能化控制、可靠性高、通信量大、低成本和节约能源的目标。
1.2 国内外研究现状
目前，国内外的许多城市意识到传统路灯和公共照明灯的缺点和不足，正在尝试使用LED灯对原有的照明设施进行改造。
国外城市中，例如2009年4月25日，美国的旧金山市宣布使用LED节能路灯替代原有的高压钠灯泡，并采用智能控制技术，有助于旧金山市进一步提高能效，走环保和可持续的发展道路。采用的智能控制技术可以将路灯的能效再提高20％，这种技术可以对单个路灯的亮度进行调节，而且可以获取每个路灯的工作状况[1]。2010年3月18日，美国匹兹堡大学可持续工程Mascaro Center公布了一份路灯替代灯的评估报告[2],该研究将LED灯与高压钠灯、金卤灯和感应灯进行比较，虽然LED灯的前期投入较高，但具有使用寿命长、节约能源和产生更多光源的优势。
其他很多的发达国家也进行了LED灯代替传统照明设施。英国伦敦Hearthrow机场使用LED面板灯代替传统的灯具，使得机场大厅更加的明亮和漂亮，同时也节约了大量能源[3]。
在新加坡，旅游局为了提倡节能，在4公里的乌节购物街道和1.6公里的滨海区都是用LED灯，节省了超过70%的能源使用 [4]。
国内，2008年北京奥运会，使用了广州一家公司生产的380万颗LED灯，遍布演员道具、照明灯具和显示屏，使得LED灯变成照明行业的热点[5]。2009年上半年国家科技部实现十万盏灯的工程，在北京、深圳、上海等21个城市增加使用LED灯，在这一过程中制订相关标准，为LED灯的发展指明方向[6]。
然而在路灯照明系统中，LED灯所占的比例还比较小，具有很大的发展空间。路灯在全球照明系统中的比列为15%40%，其中汞气体路灯最有可能被LED灯所替代[7]。
虽然将LED灯和ZigBee技术相结合的路灯控制系统还比较少，但随着路灯管理技术的不断提高，未来路灯控制朝着网络化、智能化和精确化的方向发展，ZigBee无线路灯控制系统将会成为稳定可靠的路灯控制技术。
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