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基于ZigBee无线网络技术的地下车库照明节能控制系统研发

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-12  来源:《电气&智能建筑》  作者:杨超 魏东 庄俊华
  1 引言
 
  随着城市居民拥有汽车的数量不断增加,城市地下车库建设数量也在逐年递增,造成地下车库照明系统能耗的不断攀升,为节约能源,需要研究地下车库照明系统的节能控制策略。目前各大城市的地下车库普遍存在“长明灯”现象,造成了大量能源的浪费[1]。地下车库的电费和管理费已经成为一项巨大的物业费用支出。传统的地下车库照明系统存在着智能化程度低、布线复杂、维护困难等问题[2]。
 
  设计一种智能化程度高、节能效果显著、设备布置灵活、维护方便的照明控制系统是城市地下车库照明系统发展的必然方向。从地下车库照明系统的成本、安全性、智能化、应用前景等方面考虑,本文采用无线网络技术开发了地下车库照明系统控制网络,以充分利用无线传感器网自组织、廉价和灵活的技术优势,使照明系统节约能源,且控制网络组网和维护简单易行。
 
  2 基于CC2530芯片的无线网络开发技术
 
  无线网络技术结合了嵌入式计算机技术、传感器技术、通信技术以及分布式信息处理技术,可对无线网络分布区域内环境或监测对象的各种信息进行实时监测、感知和采集,并可通过无线多跳网络将信息传送到相关用户终端实现设备控制[2]。将无线网络技术引入到城市地下车库照明系统中,可实现地下车库照明系统的节能控制。CC2530芯片由无线收发器、增强型工业标准的8051MCU以及相关存储模块,具有兼容IEEE802.15.4标准和内置Z-STACK栈等优点,广泛应用于远程控制、消费型电子、家庭控制、计量和智能能源、楼宇自动化和医疗等各个领域。本文结合CC2530芯片优良的RF收发功能、工业级增强型的805MCU处理能力以及开发功能强大等特点,设计开发了基于ZigBee无线网络技术的地下车库照明节能控制系统。所开发的控制系统能实现车来灯亮、车去灯灭的功能,即当有车或人在地下车库移动时,控制系统中的检测节点将所感知到的信号微波信号,并转化成网络信号,通过无线网络发送给控制节点,此时控制节点在接收到相关信号后会控制相应照明回路点亮相应车道的照明灯,否则灯不开启,从而达到节能的目的[3-6]。
 
  3 系统结构以及软硬件设计
 
  3.1 系统结构
 
  本文开发的地下车库照明节能控制系统主要由传感器终端节点(sensor end-device)、照明控制终端节点(lighting controlling end-device)、路由节点(router)以及协调器节点(coordinator)组成,其中传感器终端节点负责采集人或者车的移动信号,并发送无线控制信号;照明控制终端节点负责接收无线控制信号,并控制照明回路灯的亮灭;路由节点则负责传递信息,并搜寻地下车库应用无线网络,可拓展网络区域,以使更多的终端节点加入网络;协调器节点负责建立和启用无线网络,同时负责传输无线网络信号,管理无线网络节点,并存储无线网络节点信息,此外还需承担与上位机通信等功能;上位机软件负责无线网络系统的组网配置等任务,整个系统如图1所示。
 
  图中,传感器终端节点主要由双鉴传感器和无线收发器组成,根据多普勒原理,双鉴传感器发出无线电波,当无线电波在传输过程中感知到人或车时该电波会被反射,反射波的频率会随所感知的物体移动状态变化而变化,此时传感器终端节点中的无线发送器将以广播发送方式,将车辆或者人的移动信息发送至相应的照明控制终端节点。
 
01-01
 
  照明控制终端节点主要由继电器和无线收发器组成,当该节点钟的无线接收器接收到传感器终端节点发来的车辆或者人移动的信息时,继电器得电,并控制相应照明回路灯亮,否则不产生反应。图中的路由节点主要由无线收发器组成,负责转发无线网络信号,即传递无线网络的组网信息和控制信号;协调器节点主要由无线收发器和EIA485模块组成,负责发送无线网络组网信息,承担与上位机通信功能,并完成节点之间的绑定,以实现传感器终端与控制终端的一对多、多对一、或者多对多控制关系的灵活配置。
 
  3.2 系统的硬件设计与开发
 
  要实现地下车库无线控制网络的功能,需要开发三种类型的节点,即协调器节点、路由器节点和终端节点。上述节点均采用CC2530作为核心芯片进行开发。
 
  3.2.1 协调器节点的硬件设计与开发
 
  协调器节点是整个网络部署的核心,主要负责启动网络、协助建立网络中的安全层以及处理应用层信息,当整个网络启动和配置完成之后,它的功能就会退化成为一个普通的路由器节点。将协调器节点放置在地下车库的控制中心,可以将地下车库的信息上传到上位机,方便地下车库管理人员对地下车库的管理和维护。本文利用EIA485串口实现协调器节点与上位机通信,协调器节点结构如图2所示。
 
01-02
 
  3.2.2 路由器节点的硬件设计与开发
 
 
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