专利名称：一种基于无线网络的路灯控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种路灯控制系统，尤其是涉及一种基于无线网络的路灯控制系统。
背景技术：
随着科技的发展和社会的进步，我国城市化建设步伐的加快，城市照明工程是城市化建设的重要内容之一，节能和环保已是大势所趋，在照明领域中，采用新型节能光源、节能电器及高效灯具来达到节约电能的目的，已广泛被人们所接受。随着经济的发展，城市照明的管理范围日益扩大，同时，城市照明作为体现城市形象的作用日益受到重视，城市的建设发展对道路照明以及景观照明提出了更新的要求，这就使得城市照明，特别是城市路灯的管理难度越来越大，运营成本也越来越高。作为城市照明的管理部门迫切需要一种现代化的管理系统平台，来提高管理效率和水平。随着国家节能减排的目标的确定，政府对城市照明的降耗等也都提出了明确的要求。目前，由于基于有线的照明控制系统(电力线通信控制系统)，具有布线麻烦，增减设备需要重新布线、系统可扩展性差、系统安装和维护成本高以及移动性能差等缺点，因此如何通过采用现代的高新技术与传统的运行管理模式相结合，实现绿色照明、提高管理效率和降低运行成本就成为当前急需解决的关键问题，基于无线网络的路灯控制系统正是基于此而提出的。 ZigBee技术是近几年发展非常迅猛的无线通信技术，ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802. 15.4无线标准研制开发的，它是有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802. 15. 4定义了两个物理层标准，分别是2. 4GHz物理层和868/915MHz物理层，它们都工作于全球统一的无需申请的ISM频段，有助于ZigBee设备的推广和生产成本的降低。 ZigBee的主要技术特点包括 1)专注于低速率传输应用，最大传输速率可以达到250kb/s。 2)功耗低，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到两年。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。 3)成本低，ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本，且协议是免收专利费的。 4)网络容量大，从理论上讲，其可连接的节点最多可达65536个。
5)时延短，通常时延都在15 30ms。 6)安全，ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法。 7)可靠性高，采用了碰撞避免机制，避免了发送数据时的竞争和冲突，MAC层采用
了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。 8)自组网功能，ZigBee具有多级路由功能，并且其可根据算法自适应组建网络，
即使发生节点损坏的情况其也能立即重新构建网络。 从以上的特点可以看出，ZigBee技术非常适合于低成本、多节点、可靠性要求高、低数据流量的通信系统，而无线网络路灯控制系统就是这样一种系统。此外，基于Zigbee无线网络系统不但易于扩充、可靠性高，实现了远程维护和管理，还能节省人力资源，推进 了城市照明信息化管理水平的提高。 中国专利CN1679376A公开了一种基于主从的双向射频无线照明控制系统，包括 一个远程控制单元，具有射频信号发射器和射频接收器；和多个照明控制单元，每个所说的 照明控制单元都具有一个射频信号发射器、一个射频接收器、和与之相连的一个照明单元。 将所说远程控制单元和所说照明控制单元配置成基于主从的网络。多个照明控制单元之一 在所说的网络中配置成主单元，所说多个照明控制单元中其余的照明控制单元以及所说远 程控制单元在所说网络中都配置成从属单元。所说多个照明控制单元和所说远程控制单元 经由射频无线链路相互双向通信。网络可以包括传感器，用于检测环境参数或系统参数。可 以将多个照明控制网络的实例连接在一起，形成建筑物范围的网络。 朱忠芳等(朱忠芳，宋爱平，林涛.基于ZigBee技术的单灯节能监控系统[J].现 代电子技术，2008，21 :130-132,137)详细比较了集中节能方式与单灯节能方式的特点，提 出采用单灯节能监控方式是道路照明节能的发展方向，通过分析ZigBee通讯与组网技术 的特点，将ZigBee技术与单灯节能技术相结合，做到了对每一盏灯的控制和节能，实现"按 需节能"。达到城市照明系统节能减排的目标。给出了单灯节能监控系统方案.并在某城 市照明监控系统中进行了验证，取得比较满意的结果。
发明内容
本发明的目的是针对现有的路灯控制系统有线传输带来成本过高、布线复杂、维 护麻烦、灵活性和扩展性差等一系列问题，提供一种基于无线网络的路灯控制系统。本发明 是一种基于ZigBee通信协议的无线网络的路灯控制系统。 本发明设有至少1个无线网络节点、1个主节点和1台主控计算机；各个无线网络 节点分别设置在相应的路灯上，各个无线网络节点与主节点在ZigBee协议下进行无线链 接；主节点与主控计算机采用UART通信连接。 所述主节点具备协调联络功能，主节点设有串口电平转换接口电路、无线通信集 成控制芯片及外围电路、芯片天线及其阻抗匹配电路。无线网络节点可以将路灯的运行状 态信息通过无线网络发送给主节点，主节点通过无线网络对各个传感器网络节点发送各种 运行控制命令；主节点将各个无线网络节点接收的运行状态信息汇总、处理后经UART传 送给主控计算机，同时将主控计算机送来的控制信号经无线网络发送给各个无线传感器节 点，对路灯实施控制。 路灯驱动控制电路设有控制信号放大电路、光电隔离电路和可控硅等构成，以实 现对路灯的驱动控制。 所述无线网络节点设有基于ZigBee协议的无线收发通信模块(或称ZigBee通信 模块)、路灯驱动控制电路、信息采集模块、电源和调试接口 ，实现信息采集、路灯控制和无 线收发功能。ZigBee通信模块通过阻抗匹配器与天线连接，调试接口与ZigBee通信模块连 接，信息采集模块的输出端与ZigBee通信模块的输入接口连接，路灯驱动模块的输入端与 ZigBee通信模块的输出接口连接，路灯驱动模块的输出端接路灯。 所述ZigBee通信模i央可采用MC13213芯片，MC13213芯片内部包含802. 15. 4Modem 和HCS08MCU两部分。信息采集模块可设有光敏传感器和温度传感器及其信号采集电路，光敏传感器和温度传感器的输出端分别与ZigBee通信模块IC的输入接口连接。 所述驱动控制部分包括光电耦合器和可控硅电路，以实现路灯的开关控制和亮度控制。 所述网络主节点的硬件电路与所述无线网络节点的结构基本相同，不同之处是增加了 UART串口电平转换接口电路，该电路主要由SP3222芯片及RS-232接口构成，以便实现主节点与主控计算机之间的数据通信。 所述主控计算机由PC机构成，采用￥0++编程开发系统软件，同时，经UART接收由网络主节点送来的各个路灯的运行信息，对接收的状态信息进行处理，根据处理结果形成各种控制命令，经UART传送给主节点，完成对整个路灯网络的运行控制和维护管理等功能，实现人机交互功能。软件主要包括人机界面模块、路灯控制管理模块、串口通讯控制模块。 本发明由无线网络节点、主节点和主控计算机组成，在此系统中，每个路灯安装一个无线网络节点，每个无线网络节点由基于ZigBee协议的无线收发通信模块、路灯驱动控制电路和传感器组成；主节点由基于ZigBee协议的无线收发通信模块和串口电平转换接口电路构成；主控计算机由PC机和系统管理软件构成。在路灯控制系统的运行过程中，主控计算机可以实时，经网络主节点对路灯的开启、关闭、亮度等进行控制，同时，可以利用无线网络节点随时监测路灯的运行状况，可以实现远程维护管理。此外，本发明不但对各路灯节点单独控制，也可以进行分组控制，还可以编程实现复杂控制，从而实现城市夜间景观灯的效果。
图1为本发明实施例的整体结构组成框图。
图2为本发明实施例的无线网络节点(含主节点)组成框图。 图3为本发明实施例的通信控制芯片MC13213及外围电路原理图。 图4为本发明实施例的电平转换接口电路原理图。 图5为本发明实施例的驱动电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。 如图1所示，本发明实施例包括分布在各路灯上的无线网络节点1，2……n、一个具备协调联络功能的主节点A和一台主控计算机PC。无线网络节点1，2……n与主节点A之间采用ZigBee协议实现无线数据链接，主节点A与主控计算机PC采用通用串行接口 UART实现数据传输。 图2给出无线网络节点的电路组成框图，无线网络节点包括ZigBee通信模块IC、信息采集模块(包括光敏传感器Al和温度传感器A2)、路灯驱动模块L、电源U和调试接口J，实现信息采集、路灯控制和无线收发功能。ZigBee通信模块IC通过阻抗匹配器M与天线连接，晶振X、调试接口 J与ZigBee通信模块IC连接，光敏传感器Al和温度传感器A2的输出端分别与ZigBee通信模块IC的输入接口连接，路灯驱动模块L的输入端与ZigBee通信模块IC的输出接口连接，路灯驱动模块L的输出端接路灯D。所述ZigBee通信模块IC采
5用MC13213芯片，MC13213芯片内部包含802. 15. 4Modem和HCS08MCU两部分。 图3给出ZigBee通信模块的通信控制芯片MC13213及外围电路原理图，其中27、
28脚外接元件Y是16MHz的石英晶体，作为时钟电路的振荡元件；25脚连接路灯驱动控制
电路，根据接收的控制命令实现对路灯的照明控制；53 55脚接收传感器采集的运行状态
信息，送入内部ADC进行处理；38、39脚外接天线变换器和芯片天线，实现无线信号的发送
和接收；此外，对于主节点而言，还需连接接口电平转换电路，以实现与主控计算机的UART通信。 图4和图5分别给出该网络系统中的电平转换接口电路及路灯驱动电路原理图。 RS-232电平转换接口功能由SP3222集成芯片及外围电路实现；路灯驱动电路采用光电耦 合器件实现节点模块电路与交流220V的隔离，并由双向可控硅实现路灯的照明控制。
当系统中的无线网络节点很多或区域分布很广时，此网络可以平滑扩充，可以增 加主节点和主控计算机，使网络形成树型网或网型网的网络拓扑结构，从而实现大范围的 覆盖。
权利要求
一种基于无线网络的路灯控制系统，其特征在于设有至少1个无线网络节点、1个主节点和1台主控计算机；各个无线网络节点分别设置在相应的路灯上，各个无线网络节点与主节点在ZigBee协议下进行无线链接；主节点与主控计算机采用UART通信连接。
2. 如权利要求1所述的一种基于无线网络的路灯控制系统，其特征在于所述主节点具 备协调联络功能，主节点设有串口电平转换接口电路、无线通信集成控制芯片及外围电路、 芯片天线及其阻抗匹配电路。
3. 如权利要求1所述的一种基于无线网络的路灯控制系统，其特征在于路灯驱动控制 电路设有控制信号放大电路、光电隔离电路和可控硅。
4. 如权利要求1所述的一种基于无线网络的路灯控制系统，其特征在于所述无线网络 节点设有基于ZigBee协议的无线收发通信模块、路灯驱动控制电路、信息采集模块、电源 和调试接口 ，基于ZigBee协议的无线收发通信模块通过阻抗匹配器与天线连接，调试接口 与基于ZigBee协议的无线收发通信模块连接，信息采集模块的输出端与基于ZigBee协议 的无线收发通信模块的输入接口连接，路灯驱动模块的输入端与基于ZigBee协议的无线 收发通信模块的输出接口连接，路灯驱动模块的输出端接路灯。
5. 如权利要求1所述的一种基于无线网络的路灯控制系统，其特征在于所述信息采集 模块设有光敏传感器和温度传感器及其信号采集电路，所述光敏传感器和温度传感器的输 出端分别与基于ZigBee协议的无线收发通信模块的输入接口连接。
6. 如权利要求1所述的一种基于无线网络的路灯控制系统，其特征在于所述主控计算 机为PC机。
全文摘要
一种基于无线网络的路灯控制系统，涉及一种路灯控制系统。设有至少1个无线网络节点、1个主节点和1台主控计算机；各个无线网络节点分别设置在相应的路灯上，各个无线网络节点与主节点在ZigBee协议下进行无线链接；主节点与主控计算机采用UART通信连接。主节点设ZigBee通信模块和串口电平转换接口电路；在路灯控制系统的运行过程中，主控计算机可以实时，经网络主节点对路灯的开启、关闭、亮度等进行控制，同时，可以利用无线网络节点随时监测路灯的运行状况，可以实现远程维护管理，此外，该控制系统不但对各路灯节点单独控制，也可以进行分组控制，还可以编程实现复杂控制，从而实现城市夜间景观灯的效果。
文档编号H04W84/18GK101778515SQ201010126690
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者姜晨, 郭隐彪, 韩春光 申请人:厦门大学