zigbee技术的无线智能照明系统
【KEYWORD】: ZigBee technology，Wireless smart，Lighting system 目录
一、绪论 1
（一）课题研究背景 1
（二）主要研究的内容 1
（三）ZigBee技术的发展前景 1
二、ZigBee技术的概述 2
（一）ZigBee介绍 2
（二）ZigBee技术特点 2
（三）ZigBee的网络拓扑结构分析 2
（四）ZigBee协议 2
三、ZigBee无线智能照明系统的硬件设计 3
（一）硬件的主要组成 3
（二）中心控制模块基本电路设计 4
（三）无线通信模块设计 5
（四）系统设计的优势 7
四、ZigBee无线智能照明系统的软件设计 7
（一）协调器节点的ZigBee协议实现 7
（二）应用程序开发 8
（三）通信软件设计分析 9
五、系统测试 11
六、结束语 11
参考文献 12
致 谢 13
附 录 14
一、绪论
（一）课题研究背景
路灯是现在城市化管理的重要部分，当前很多城市过于追求城市形象，从而盲目追求路灯亮度，造成城市主次干道路灯分配不均，管理不善，浪费严重。近年来，因路灯管理不善而引发的事故时有发生，路灯的管理问题和行人的安全紧密相关。当前我国很少对路灯管理采用系统监控的方法，大多数采用开/关变压器分布式控制,缺乏灵活性，存在一系列的问题:
1.系统复杂，管理难；
2.覆盖率广，维护困难；
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
.控制效率低，浪费严重；
4.存在隐患，维系麻烦。
本课题通过研究分析,无线智能照明系统可以实现对路灯的全局控制，可以对路灯实行调光控制。在人流量较小的次干道或晴天，可以自动调低路灯亮度，或适当的关闭一些路灯，在人流量较大的主干道上或阴雨天，可以自动提高亮度，并能准确地获得一盏灯的具体情况，比如是否损坏，已经使用的时间等，可以大大减少劳动力和电力消耗。更好运用智能照明系统，方便路灯的检测和管控，促进ZigBee技术的快速发展。
（二）主要研究的内容
本课题通过对无线照明智能系统的调查和研究，有线照明系统布线繁琐、成本高、管理困难等诸多缺点，对ZigBee技术的理论进行学习探究，全面的概括了现在路灯的基本现状，对ZigBee技术无线智能照明系统优势的分析，逐步探究其软硬件的设计，使其找到最适合的设计方案。
（三）ZigBee技术的发展前景
目前ZigBee技术已经逐步进入人们的日常生活，对我们的衣食住行都有一定的影响，应用十分普遍。
在工业领域，ZigBee技术可以控制照明开关，它还有一个目的是监控高速公路路灯的性能。以前要想知道哪些路灯坏了需要维修，必须工作人员开车去高速公路上记下需要维修的路灯的编号，十分麻烦。但通过ZigBee技术，只需坐在计算机前，就可以了解路灯的运行情况。
在消费电子方面，红外遥控技术已逐渐被ZigBee技术所替代，与红外遥控相比，ZigBee最大的优点是能够反应每个操作的信息，提供详细数据。
在智能建筑领域，三表使用ZigBee技术，不仅实现了自动记表功能，还可监测仪表现状，防止偷盗事件。
在未来几年中，ZigBee技术将在消费电子产品、家庭自动化、工业控制、医用设备等领域具有广泛的应用前景，尤其是在家庭和工业方面，将成为ZigBee技术的主要应用领域。
ZigBee技术的概述
（一）ZigBee介绍
ZigBee是一种近距离实现无线通信的技术。ZigBee技术具有很多特性，如低功耗、低速率和灵活性高，在智能家居、消费电子、工业控制等领域有广阔的应用前景。
（二）ZigBee技术特点
???ZigBee的主要优势有:
可靠：碰撞避免机制；
成本低；
时延短；
网络容量大；
安全性高。
（三）ZigBee的网络拓扑结构分析
?ZigBee的网络拓扑结构有三种如图2-1所示。
图2-1 ZigBee网络拓扑结构图
ZigBee的拓扑结构有星形结构、网络状结构和簇状结构，网络使用多级跳的通信方式，网络结构具有节点和深度，具有自组织和自愈功能。
（四）ZigBee协议
一个完整的ZigBee协议包括物理层、链路层、网络层和应用层四大部分。网络协议如图2-2所示。
图2-2 ZigBee网络协议
ZigBee协议可以与基本节点为4 k字节的设备或32 k字节集线器/路由协调器直接连接。ZigBee联盟还开发了安全的层面，来确保不会在通讯中流失它的标志，和远程传输网络的使用不会被其他节点获得。
ZigBee无线智能照明系统的硬件设计
无线智能路灯的子网控制器的通信方式是GPRS，还可以利用Internet来联网，以子网路灯控制器的命令控制网络。路灯子网控制系统中的通信技术都使用ZigBee协议，通信成本为零，子网使用GPRS数据传输终端控制器, 对系统中心采用GPRS通信。该系统网络是由GPRS和ZigBee组合而成的。系统网络拓扑结构图如图3-1所示。
图3-1 ZigBee控制系统拓扑结构图
（一）硬件的主要组成
1.路灯控制器组构
调整路灯的亮度、控制路灯开关、收集当前路灯的电流电压、功率因数计算等。
2．路灯路由器组构
在路由深度和网络容量的限制下，不仅有路灯控制器的各种功能，而且中继路由控制器可以无线传输信号。
3.子网管理器建设
接收和发送路灯状态，将具体数据反馈到系统中心。
4.系统中心建设
长途调控路灯开关和亮度，实现及时监控和报警响应等。
5.移动控制终端设计
通过先进的无线控制路灯来实现统一的打开和关闭路灯，对城市路灯的管理确保高效、稳定、持续的运行 ,有效地节省功耗。
（二） 中心控制模块基本电路设计
1.电源电路
CC2430内核需要1.8V电源，所以需要使用LDO(低压差电源芯片)将3.3V电源转换得到1.8V电源。LDO芯片使用的是SPXIll7M3.1.8，电路如图3-2所示。
图3-2 CC2430系统电源电路
LDO芯片SPXlll7M3.1.8还具有电流限制和热温保护功能。
2.系统时钟电路
CC2430芯片可以使用外部时钟输入或者外部的晶振作为系统时钟，外部晶振的频率范围在10—20MHz之间。外部振荡器通常为12MHz，外部时钟的EXTCLK引脚连接高电平，CC2430的OM2、OM3引脚连接低电平。电路原理如图3-3所示。
致 谢
一、绪论 1
（一）课题研究背景 1
（二）主要研究的内容 1
（三）ZigBee技术的发展前景 1
二、ZigBee技术的概述 2
（一）ZigBee介绍 2
（二）ZigBee技术特点 2
（三）ZigBee的网络拓扑结构分析 2
（四）ZigBee协议 2
三、ZigBee无线智能照明系统的硬件设计 3
（一）硬件的主要组成 3
（二）中心控制模块基本电路设计 4
（三）无线通信模块设计 5
（四）系统设计的优势 7
四、ZigBee无线智能照明系统的软件设计 7
（一）协调器节点的ZigBee协议实现 7
（二）应用程序开发 8
（三）通信软件设计分析 9
五、系统测试 11
六、结束语 11
参考文献 12
致 谢 13
附 录 14
一、绪论
（一）课题研究背景
路灯是现在城市化管理的重要部分，当前很多城市过于追求城市形象，从而盲目追求路灯亮度，造成城市主次干道路灯分配不均，管理不善，浪费严重。近年来，因路灯管理不善而引发的事故时有发生，路灯的管理问题和行人的安全紧密相关。当前我国很少对路灯管理采用系统监控的方法，大多数采用开/关变压器分布式控制,缺乏灵活性，存在一系列的问题:
1.系统复杂，管理难；
2.覆盖率广，维护困难；
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
.控制效率低，浪费严重；
4.存在隐患，维系麻烦。
本课题通过研究分析,无线智能照明系统可以实现对路灯的全局控制，可以对路灯实行调光控制。在人流量较小的次干道或晴天，可以自动调低路灯亮度，或适当的关闭一些路灯，在人流量较大的主干道上或阴雨天，可以自动提高亮度，并能准确地获得一盏灯的具体情况，比如是否损坏，已经使用的时间等，可以大大减少劳动力和电力消耗。更好运用智能照明系统，方便路灯的检测和管控，促进ZigBee技术的快速发展。
（二）主要研究的内容
本课题通过对无线照明智能系统的调查和研究，有线照明系统布线繁琐、成本高、管理困难等诸多缺点，对ZigBee技术的理论进行学习探究，全面的概括了现在路灯的基本现状，对ZigBee技术无线智能照明系统优势的分析，逐步探究其软硬件的设计，使其找到最适合的设计方案。
（三）ZigBee技术的发展前景
目前ZigBee技术已经逐步进入人们的日常生活，对我们的衣食住行都有一定的影响，应用十分普遍。
在工业领域，ZigBee技术可以控制照明开关，它还有一个目的是监控高速公路路灯的性能。以前要想知道哪些路灯坏了需要维修，必须工作人员开车去高速公路上记下需要维修的路灯的编号，十分麻烦。但通过ZigBee技术，只需坐在计算机前，就可以了解路灯的运行情况。
在消费电子方面，红外遥控技术已逐渐被ZigBee技术所替代，与红外遥控相比，ZigBee最大的优点是能够反应每个操作的信息，提供详细数据。
在智能建筑领域，三表使用ZigBee技术，不仅实现了自动记表功能，还可监测仪表现状，防止偷盗事件。
在未来几年中，ZigBee技术将在消费电子产品、家庭自动化、工业控制、医用设备等领域具有广泛的应用前景，尤其是在家庭和工业方面，将成为ZigBee技术的主要应用领域。
ZigBee技术的概述
（一）ZigBee介绍
ZigBee是一种近距离实现无线通信的技术。ZigBee技术具有很多特性，如低功耗、低速率和灵活性高，在智能家居、消费电子、工业控制等领域有广阔的应用前景。
（二）ZigBee技术特点
???ZigBee的主要优势有:
可靠：碰撞避免机制；
成本低；
时延短；
网络容量大；
安全性高。
（三）ZigBee的网络拓扑结构分析
?ZigBee的网络拓扑结构有三种如图2-1所示。
图2-1 ZigBee网络拓扑结构图
ZigBee的拓扑结构有星形结构、网络状结构和簇状结构，网络使用多级跳的通信方式，网络结构具有节点和深度，具有自组织和自愈功能。
（四）ZigBee协议
一个完整的ZigBee协议包括物理层、链路层、网络层和应用层四大部分。网络协议如图2-2所示。
图2-2 ZigBee网络协议
ZigBee协议可以与基本节点为4 k字节的设备或32 k字节集线器/路由协调器直接连接。ZigBee联盟还开发了安全的层面，来确保不会在通讯中流失它的标志，和远程传输网络的使用不会被其他节点获得。
ZigBee无线智能照明系统的硬件设计
无线智能路灯的子网控制器的通信方式是GPRS，还可以利用Internet来联网，以子网路灯控制器的命令控制网络。路灯子网控制系统中的通信技术都使用ZigBee协议，通信成本为零，子网使用GPRS数据传输终端控制器, 对系统中心采用GPRS通信。该系统网络是由GPRS和ZigBee组合而成的。系统网络拓扑结构图如图3-1所示。
图3-1 ZigBee控制系统拓扑结构图
（一）硬件的主要组成
1.路灯控制器组构
调整路灯的亮度、控制路灯开关、收集当前路灯的电流电压、功率因数计算等。
2．路灯路由器组构
在路由深度和网络容量的限制下，不仅有路灯控制器的各种功能，而且中继路由控制器可以无线传输信号。
3.子网管理器建设
接收和发送路灯状态，将具体数据反馈到系统中心。
4.系统中心建设
长途调控路灯开关和亮度，实现及时监控和报警响应等。
5.移动控制终端设计
通过先进的无线控制路灯来实现统一的打开和关闭路灯，对城市路灯的管理确保高效、稳定、持续的运行 ,有效地节省功耗。
（二） 中心控制模块基本电路设计
1.电源电路
CC2430内核需要1.8V电源，所以需要使用LDO(低压差电源芯片)将3.3V电源转换得到1.8V电源。LDO芯片使用的是SPXIll7M3.1.8，电路如图3-2所示。
图3-2 CC2430系统电源电路
LDO芯片SPXlll7M3.1.8还具有电流限制和热温保护功能。
2.系统时钟电路
CC2430芯片可以使用外部时钟输入或者外部的晶振作为系统时钟，外部晶振的频率范围在10—20MHz之间。外部振荡器通常为12MHz，外部时钟的EXTCLK引脚连接高电平，CC2430的OM2、OM3引脚连接低电平。电路原理如图3-3所示。
致 谢
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