基于zigBee网络的路灯节能监控系统

摘要：为了实现对节能路灯的监控系统的设计，采用基于ZigBee技术的组网方案，进行系统的网络构架，以及Mesh网络的研究。设计了监控系统终端节点的硬件平台以及编写了ZigBee协议栈的软件。通过实验室对路灯的模拟实验，系统实现了Mesh网络以及Ad Hoc路由算法，提高了系统的稳定性，满足了节能路灯的通讯要求。
关键词：ZigBee；路灯节能；CC2430；Mesh

O 引言
路灯系统是城市基础设施的组成部分，是与人们日常生活紧密相关的市政公共设施。同时绿色照明是当今照明界的必然趋势，随着城市化进程的加快和城市规模和数量的扩大，照明消耗，照明电费日益高涨，加剧了我国日趋紧张的能源供应。因此建立路灯节能监控系统实现了路灯的集中控制、检测与管理。结合相应的控制网络确保按时、按需点亮每盏路灯，并能有效的节省路灯的用电，延长灯泡的寿命，降低维护的成本，是现代能效型社会的目标。
当前路灯节能系统组网的方案中有基于电力线载波通讯的组网方式，GSM短消息控制。ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术。目前已经广泛应用于无线网络监控行业，并取得了较好的效果。提出了基于ZigBee技术的无线网络的通讯系统。在降低成本的同时能够克服电力线载波通讯中不能换相的问题，另外使用Mesh网络进行通讯保障了无线通讯的可靠性。

1 系统方案以及ZigBee技术
在ZigBee网络中的设备分为FFD(全功能设备)和RFD(简化功能设备)两种。FFD可以作为协调器和路由器使用，可以和FFD设备和RFD设备之间进行通讯；主要负责网络的组建和维护以及路由。RFD设备一般为终端节点，互相之间不能通讯，完成信息的发送和接收。
ZigBee网络支持星型网、集群树状网和网状网三种拓扑。网状网是一种高可靠性的AdHoc网络，与集群树状网不同的是，具有路由功能的节点之间可以进行通讯，从而网状网通过自组织和无线线路的功能可以提供多个数据通路。当最优路径出现故障时，冗余的其他通路提供相应的路径。因此网状结构缩短了信息传输的延迟并提高了通讯网络的可靠性。
路灯节能监控系统是由三层网络来实现的，如图1所示。

其中监控层主要有PC机完成系统的上位机监控画面，以及控制指令的交互设计。中间层由每个子网的协调器组成，通过GPRS通讯技术将子网内的数据信息传送到系统上位机。最后子网内采用ZigBee网状网络来实现路灯之间的通讯。将每个街道划分为一个子区域，将街头的路灯设置为协调器，其他的路灯节点设置为路由节点，最后通过ZigBee协议栈中的网络层来实现Mesh网络的构建。从而保证将每个节点上的信息及时地发送到相应的协调器。