隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市基建要求也在不斷提高，其中城市基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分——城市路燈照明系統(tǒng)，受到越來越多的關(guān)注。伴隨著城市建設(shè)，各種照明設(shè)備的不斷增加，照明設(shè)備管理壓力越來越大，舊有人工控制和維護(hù)的方式，已經(jīng)不再適用，因此基于物聯(lián)網(wǎng)的照明監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)智能化控制、且環(huán)保節(jié)能的有效措施。

　　1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)通過在每個(gè)照明設(shè)備嵌入一個(gè)無線通信模塊，組成無線通信網(wǎng)絡(luò)，控制中心接收照明設(shè)備的狀態(tài)并給其下達(dá)相關(guān)控制指令;協(xié)調(diào)器采用ZigBee技術(shù)與建筑的所有照明設(shè)備通信，采用GSM與控制中心通信，根據(jù)控制中心的指令或時(shí)間和日照亮度對(duì)照明設(shè)備發(fā)出控制命令，自動(dòng)調(diào)節(jié)整個(gè)建筑的功率平衡;控制中心由服務(wù)器、大屏顯示、中央控制系統(tǒng)等組成，通過操作中央控制系統(tǒng)，可以多角度觀察和實(shí)時(shí)控制每個(gè)照明設(shè)備;移動(dòng)通信終端也能遠(yuǎn)程通過控制中心對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行遙測和控制，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2照明控制模塊

　　照明控制模塊主要由節(jié)點(diǎn)STM32主控系統(tǒng)進(jìn)行控制，該模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。無線通信模塊作為網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)，熱釋電和光照傳感器用于檢測人體信號(hào)和光線亮度。繼電器用于控制照明設(shè)備。電源模塊是供給整個(gè)節(jié)點(diǎn)測控系統(tǒng)的，為了保證各個(gè)模塊的的正常工作，此電源模塊設(shè)置了四路輸出，分別為+12V、+5V、+3.3V、+2.8V。12V為紅外熱釋電傳感模塊供電，+5V為繼電器控制模塊供電，+3.3V為STM32控制系統(tǒng)供電，+2.8V為CC2430模塊供電。信號(hào)采集模塊則分為亮度信號(hào)采集和人體信號(hào)采集兩部分。亮度信號(hào)采集采用常用的光敏電阻，傳感器裝置可以不斷檢測周圍環(huán)境的光線明暗程度，其價(jià)格低廉，實(shí)用性高，靈敏度較強(qiáng)，信號(hào)經(jīng)過LM324進(jìn)行比較，最后輸出一個(gè)TTL電平，用于單片機(jī)的IO口檢測控制。人體信號(hào)采集采用熱釋電紅外傳感器，探測到某個(gè)區(qū)域有人移動(dòng)時(shí)，把相應(yīng)信號(hào)傳送至處理器。控制模塊是照明設(shè)備測控器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)電燈的全控制和關(guān)閉的執(zhí)行部分。該控制模塊主要用來采集、管理和控制建筑照明設(shè)備狀況。節(jié)點(diǎn)層是收發(fā)命令的中間過程。當(dāng)終端發(fā)來控制管理命令信息，節(jié)點(diǎn)層收到命令后進(jìn)行判斷處理，最后給節(jié)點(diǎn)主控制器STM32來控制照明設(shè)備。照明設(shè)備經(jīng)過STM32反饋給CC2430，將信息信號(hào)采用無線方式發(fā)送出去，終端層收到發(fā)來的信息進(jìn)行解析，最終在顯示屏顯示出所有信息。

　　3傳輸單元模塊

　　傳輸單元模塊是照明設(shè)備測控系統(tǒng)的核心部分，是無線傳感器的終端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，主要用于控制照明設(shè)備的工作狀態(tài)。終端層用于檢測照明設(shè)備的狀態(tài)，如通斷、光強(qiáng)、節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址等。傳輸單元主要包括：ARM9控制器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器等，傳輸單元結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：網(wǎng)絡(luò)通信采用ZigBee+GSM混合網(wǎng)絡(luò)，限于ZigBee無線網(wǎng)及時(shí)采用擴(kuò)展天線傳輸距離也只有200m，要覆蓋整個(gè)城市的WSN難以實(shí)現(xiàn)。采用中繼路由的方式成本過高且可靠性無法保證制。該系統(tǒng)采用由ZigBee構(gòu)建的WSN控制照明設(shè)備作為子網(wǎng)，可覆蓋幾個(gè)至十幾個(gè)街區(qū)。整個(gè)城市照明系統(tǒng)由若干子網(wǎng)組成，系統(tǒng)中央控制中心采用GSM網(wǎng)絡(luò)與子網(wǎng)完成數(shù)據(jù)傳輸。

　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件主要由傳輸單元模塊、控制單元模塊以及PC端應(yīng)用軟件模塊組成。PC端應(yīng)用軟件模塊主要由通信軟件和控制管理部分組成。兩者采用數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)通信。通信軟件通過GSM網(wǎng)絡(luò)對(duì)WSN控制照明設(shè)備進(jìn)行控制。

　　4.1STM32控制軟件設(shè)計(jì)

　　STM32控制器的作用主要是等待無線節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，當(dāng)STM32接收到無線節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生串口接收中斷，在中斷行數(shù)中判斷是否為該STM32的設(shè)備號(hào)，從而決定是否接收數(shù)據(jù)命令;當(dāng)數(shù)據(jù)命令接收完成后執(zhí)行對(duì)照明設(shè)備的控制。其流程圖如圖4所示。

　　4.2傳輸單元模塊設(shè)計(jì)

　　ARM網(wǎng)關(guān)采用ARM9-S3C2440處理器外接GSM短信貓，以便與電腦客服端軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信;協(xié)調(diào)器(CC2430)與各個(gè)無線節(jié)點(diǎn)(CC2430)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳遞。協(xié)調(diào)器是該模塊的中心控制平臺(tái)，主要用于組建網(wǎng)絡(luò)，接收到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后并發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件流程圖如圖5所示。

　　4.3PC端應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

　　PC客服端軟件采用C#語言基于VS2005設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，通過SQLServer數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上下傳遞信息的方式訪問傳遞，通過短信貓實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送接收�？头�端軟件主要包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)訪問層設(shè)計(jì);客服端軟件的窗體表示層主要包括有登陸頁面、主窗體頁面、設(shè)備數(shù)據(jù)、照明控制、維護(hù)管理、系統(tǒng)設(shè)置等。

　　5結(jié)論

　　該系統(tǒng)主要采用ZigBee技術(shù)組建WSN控制照明設(shè)備子網(wǎng)，采用GSM網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)中央控制中心數(shù)據(jù)通信。構(gòu)建了城市智能照明控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市的照明設(shè)備集中統(tǒng)一智能化的管理。采用該控制系統(tǒng)，降低了安裝成本與難度系統(tǒng)，同時(shí)也便于遷移。另外采用該系統(tǒng)可將照明設(shè)備分類管理，并能根據(jù)環(huán)境變化實(shí)時(shí)智能調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，做到節(jié)能環(huán)保。

　　《照明協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》來源：《電子世界》，作者：李華