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      基于ZigBee無線網絡技術的地下車庫照明節能控制系統研發

      放大字體  縮小字體 發布日期:2015-06-12  來源:《電氣&智能建筑》  作者:楊超 魏東 莊俊華
        1 引言
       
        隨著城市居民擁有汽車的數量不斷增加,城市地下車庫建設數量也在逐年遞增,造成地下車庫照明系統能耗的不斷攀升,為節約能源,需要研究地下車庫照明系統的節能控制策略。目前各大城市的地下車庫普遍存在“長明燈”現象,造成了大量能源的浪費[1]。地下車庫的電費和管理費已經成為一項巨大的物業費用支出。傳統的地下車庫照明系統存在著智能化程度低、布線復雜、維護困難等問題[2]。
       
        設計一種智能化程度高、節能效果顯著、設備布置靈活、維護方便的照明控制系統是城市地下車庫照明系統發展的必然方向。從地下車庫照明系統的成本、安全性、智能化、應用前景等方面考慮,本文采用無線網絡技術開發了地下車庫照明系統控制網絡,以充分利用無線傳感器網自組織、廉價和靈活的技術優勢,使照明系統節約能源,且控制網絡組網和維護簡單易行。
       
        2 基于CC2530芯片的無線網絡開發技術
       
        無線網絡技術結合了嵌入式計算機技術、傳感器技術、通信技術以及分布式信息處理技術,可對無線網絡分布區域內環境或監測對象的各種信息進行實時監測、感知和采集,并可通過無線多跳網絡將信息傳送到相關用戶終端實現設備控制[2]。將無線網絡技術引入到城市地下車庫照明系統中,可實現地下車庫照明系統的節能控制。CC2530芯片由無線收發器、增強型工業標準的8051MCU以及相關存儲模塊,具有兼容IEEE802.15.4標準和內置Z-STACK棧等優點,廣泛應用于遠程控制、消費型電子、家庭控制、計量和智能能源、樓宇自動化和醫療等各個領域。本文結合CC2530芯片優良的RF收發功能、工業級增強型的805MCU處理能力以及開發功能強大等特點,設計開發了基于ZigBee無線網絡技術的地下車庫照明節能控制系統。所開發的控制系統能實現車來燈亮、車去燈滅的功能,即當有車或人在地下車庫移動時,控制系統中的檢測節點將所感知到的信號微波信號,并轉化成網絡信號,通過無線網絡發送給控制節點,此時控制節點在接收到相關信號后會控制相應照明回路點亮相應車道的照明燈,否則燈不開啟,從而達到節能的目的[3-6]。
       
        3 系統結構以及軟硬件設計
       
        3.1 系統結構
       
        本文開發的地下車庫照明節能控制系統主要由傳感器終端節點(sensor end-device)、照明控制終端節點(lighting controlling end-device)、路由節點(router)以及協調器節點(coordinator)組成,其中傳感器終端節點負責采集人或者車的移動信號,并發送無線控制信號;照明控制終端節點負責接收無線控制信號,并控制照明回路燈的亮滅;路由節點則負責傳遞信息,并搜尋地下車庫應用無線網絡,可拓展網絡區域,以使更多的終端節點加入網絡;協調器節點負責建立和啟用無線網絡,同時負責傳輸無線網絡信號,管理無線網絡節點,并存儲無線網絡節點信息,此外還需承擔與上位機通信等功能;上位機軟件負責無線網絡系統的組網配置等任務,整個系統如圖1所示。
       
        圖中,傳感器終端節點主要由雙鑒傳感器和無線收發器組成,根據多普勒原理,雙鑒傳感器發出無線電波,當無線電波在傳輸過程中感知到人或車時該電波會被反射,反射波的頻率會隨所感知的物體移動狀態變化而變化,此時傳感器終端節點中的無線發送器將以廣播發送方式,將車輛或者人的移動信息發送至相應的照明控制終端節點。
       
      01-01
       
        照明控制終端節點主要由繼電器和無線收發器組成,當該節點鐘的無線接收器接收到傳感器終端節點發來的車輛或者人移動的信息時,繼電器得電,并控制相應照明回路燈亮,否則不產生反應。圖中的路由節點主要由無線收發器組成,負責轉發無線網絡信號,即傳遞無線網絡的組網信息和控制信號;協調器節點主要由無線收發器和EIA485模塊組成,負責發送無線網絡組網信息,承擔與上位機通信功能,并完成節點之間的綁定,以實現傳感器終端與控制終端的一對多、多對一、或者多對多控制關系的靈活配置。
       
        3.2 系統的硬件設計與開發
       
        要實現地下車庫無線控制網絡的功能,需要開發三種類型的節點,即協調器節點、路由器節點和終端節點。上述節點均采用CC2530作為核心芯片進行開發。
       
        3.2.1 協調器節點的硬件設計與開發
       
        協調器節點是整個網絡部署的核心,主要負責啟動網絡、協助建立網絡中的安全層以及處理應用層信息,當整個網絡啟動和配置完成之后,它的功能就會退化成為一個普通的路由器節點。將協調器節點放置在地下車庫的控制中心,可以將地下車庫的信息上傳到上位機,方便地下車庫管理人員對地下車庫的管理和維護。本文利用EIA485串口實現協調器節點與上位機通信,協調器節點結構如圖2所示。
       
      01-02
       
        3.2.2 路由器節點的硬件設計與開發
       
       
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