路灯作为城市的重要公共基础设施之一,在城市的交通安全和人们的日常生活中发挥着重要作用。早期的路灯一般是由手动控制,20世纪末路灯控制开始采用以单片机为核心的箱变控制器进行定时控制和光控。近年来,分布式监控系统在城市路灯控制中逐步采用,提高了路灯控制的灵活性,对应对突发事件和天气变化、发现路灯故障、提高路灯科学管理水平都起到积极作用。分布式监控系统一般通过箱变RTU控制供电线路达到路灯控制的目的,无法对路灯的单灯运行状况和控制进行有效管理。本文针对路灯系统单灯监控的需求,分析了路灯系统基于电力载波、ZigBee等技术的单灯监控方法,提出了基于WSN技术的路灯单灯控制方案,并对单灯控制器节点进行了设计和研究。论文首先介绍了WSN的特征和体系结构,重点分析了WSN的MAC协议和网络层协议的研究成果。在分析WSN技术的基础上,根据路灯单灯的工作状态检测、开关控制及无线数据传输的功能需求,进行单灯控制器硬件设计。以飞思卡尔的MC9S08AC16微控制器为核心,设计了基于电流互感器的灯态检测电路和基于继电器路灯控制电路,为获得继电器开关反馈,设计了继电器触点位置检测电路,采用无线数传模块产品设计单灯控制器的射频单元,保证控制器节点通信的稳定性和可靠性。论文详细分析了路灯单灯控制器节点的手工部署、能量不受限、多跳通信、分布规则、分簇结构等特征和控制器节点的星型、树型网络拓扑结构,设计了控制器节点的网络层数据包格式,针对控制器节点的特征,设计了控制器节点的网络层随机延时转发路由协议。建立了基于OMNeT++仿真平台和MiXiM模块的仿真环境,对汇聚节点位于不同位置的三种控制器节点网络拓扑结构的数据包传播时间进行了仿真分析,对设计的随机延时转发路由协议与泛洪法路由协议的端到端时延进行了仿真比较,仿真结果表明,设计的随机延时转发协议数据包传播时间小于泛洪法数据包的传播时间。建立了单灯控制器节点测试平台,开发了单灯控制器的路灯状态检测、路灯开关控制、无线通信程序,通过测试平台验证单灯控制器节点的电流检测、继电器控制和无线通信的正确性。测试结果表明,单灯控制器节点能够正确实现检测、控制和通信的基本功能,验证了单灯控制器硬件设计的正确性。