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摘要：随着城市规模的不断扩大及基础设施的兴建，城市路灯照明的规模也越来越大，而传统的城市路灯控制管理系统已经难以满足现在的需求。在这种情况下，本文针对城市路灯智能控制系统的研究采用了ZigBee和GPRS技术相结合的方案，在此方案的基础上对路灯智能控制系统的构建设计进行分析。
关键字：路灯；智能控制系统；ZigBee；GPRS
一、引言
路灯照明作为城市生活必需品之一，其重要性毋庸置疑。然而随着我国城镇化进程的不断发展，城市路灯照明系统也随着变得越来越庞大，传统的人工控制模式已经难以良好地支撑起城市路灯照明系统的有序运行，在对路灯照明系统的控制上显得捉襟见肘的同时，又耗费了不必要的人力财力等资源，因而，既能有序地控制城市路灯照明系统运行又能节省人力财力等资源的智能控制系统应运而生。本文把ZigBee技术和GPRS技术两者相结合，分析了两种技术相结合的方式以及两种技术在控制路灯照明系统上所发挥的作用和其基本运行原理，两种技术在构建路灯照明智能控制系统方面各司其职，又相互配合，从而组成了一个可以维持整个城市路灯照明系统正常高效运转的智能系统。
二、路灯智能控制系统
城市路灯控制管理技术有定时控制、感光模块控制和智能控制三种形式。其中，定时控制需根据季节的更替而调整，工作量大；感光模块控制的光控元件易受环境影响而导致失灵等现象。同时，这两种城市路灯控制管理技术无法对路灯设施的运行状况进行实时监控，经常需要人工巡检，不仅维护成本较高，而且很难保证路灯维护的及时性。相比较而言，智能控制管理技术则根据城市路灯照明的实际情况，采取了更好的控制方法，实现了对城市路灯运行状况的实时监控以及对路灯照明的动态智能化管理。
三、基于ZigBee和GPRS技术相结合的城市路灯智能控制系统
1、ZigBee技术
ZigBee技术是一种短距离且功耗、速率、复杂度和成本均较低的双向无线通讯技术。ZigBee的物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）采用了IEEE802.15.4标准，在此基础之上，ZigBee联盟制定了传输层（TL）、网络层（NWK）和应用层（APL），从而构成了ZigBee协议标准。
1.1、采用ZigBee技术的路灯控制系统设计原则
对于采用ZigBee技术的路灯控制系统，设计时应当遵循以下原则：
（1）路灯的控制节点应当便于安装且节点的硬件应具有扩展性，以便于日后的维护及升级；
（2）路灯的控制节点应当具有稳定可靠的性能，能在恶劣的条件下正常工作运行；
1.2、采用ZigBee和GPRS技术的路灯智能控制方案
信息采集子系统主要负责对路灯进行控制，并采集和处理路灯的光强信息等，它采用了ZigBee无线传感网络；信息传输子系统主要是通过GRRS来传输路灯控制中心的控制指令以及路灯的实时状况信息。总的来说，就是通过ZigBee技术实现无线组网和智能科学的照明，通过GPRS来实现照明系统运行过程中的实时监控。
在整个路灯智能控制系统中，通过在每盏路灯上安装集成的传感器模块（节点），配合以照度传感器，从而构成了一个囊括所有受控路灯的无线传感网络，整个无线传感网络的通信和组建由ZigBee协议进行支持。而通过这些传感器节点所收集到的各种信息，则通过GPRS传输到控制中心的计算机上，控制中心通过对收集到的信息进行分析处理，选择最优的照明方案，再通过GPRS传输到相应的传感器节点上，从而实现整个路灯照明系统的智能化控制。
其具体的智能照明方式是通过照度级别和传感器的触发与否来控制路灯的开关。当天色变暗时，主开关电路控制开启路灯，传感器节点将所收集到的照度信息通过GPRS传输到控制中心，控制中心根据收集到的信息调用相应的场景模块照明方案，即对路灯的亮度进行调节；而当天色逐渐变亮时，则逐渐降低路灯亮度直至关闭路灯。
而其具体的智能监控则体现在以下几个方面：（1）通过实时监测每盏路灯的工作电流参数、城市道路状况以及每盏路灯的开关状态来实现路灯照明实时数据的采集；（2）通过分析判断工作中的路灯电流等的大小是否在正常范围内来定位出现故障的路灯，从而便于维护人员对故障路灯进行快速修复；（3）通过控制中心的计算机可以查看路灯的实时照明数据，并能够实现路灯灯光的调节。
2、ZigBee无线传感器网络节点硬件设计
ZigBee无线传感器网络节点由带有GPRS通信模块的协调器节点和ZigBee路由器节点组成。ZigBee路由器节点可以实现检测照度、开关路灯、调节路灯亮度以及处理并传递网络节点之间的信息到协调器节点，协调器节点则通过GPRS将这些信息上传到控制中心，而要完成上述信息的采集及传送，则需要必要的硬件支撑，图2.2.1是无线传感器网络节点的硬件模块示意图。
图2.2.1 无线传感器网络节点硬件模块示意图
ZigBee路由器节点
协调器节点
如图所示，ZigBee路由器节点包括了传感器模块、路灯控制模块和电源模块，传感器模块可以检测照度，路灯控制模块可以开关路灯和调节路灯亮度，电源模块则是其他模块正常运作所必须的能源模块，通过这些模块可以实现路灯的控制与实时信息的收集；协调器节点的作用在于与控制中心进行通信，因此其包括了可以通信的GPRS模块以及保证GPRS正常工作的电源模块。
3、ZigBee无线传感器网络节点软件设计
要实现基于ZigBee技术的智能路灯照明控制系统，不仅仅需要一定的硬件电路，还需要相应的软件来配合硬件的运行。
为配合带有GPRS模块的协调器节点的有效运行，需要相应的软件具有建立网络、允许路由节点的加入和离开、接收各个路由节点上传的信息、将信息通过GPRS上传到控制中心、接收控制中心的控制指令在传输到路由节点等功能。该软件的程序模块需包括系统的初始化、协调器的注册、接收路由节点的信息并处理、上传路由节点的信息及接收控制指令等。
与路由节点相对应的软件应具有自身节点状态信息上传、传感器采集状态信息和执行相关控制指令等。它的程序模块需包括系统的初始化、路由节点注册、接收各个节点的信息并处理、上传节点信息到协调器节点、接收并执行协调器节点的指令等。
对于ZigBee无线传感器网络节点，其操作和信号的传输需在IEEE802.15.4标准下进行，ZigBee无线传感器网络中的通信一般使用原语来进行，而要想真正实现原语的交互，完成收集到的信息数据通信，则需要依靠软件编译来完成，即通过软件算法，将数据信息、控制算法与原语相匹配，从而建立完成通信规则。
四、结语
随着无线传输通信技术的不断发展，无线传输的通信效率和通信质量都有了很大的进步，本文分析研究了在路灯控制系统中采用ZigBee和GPRS无线传输技术相结合的方案，通过对ZigBee无线传感器网络节点的软件和硬件进行初步设计，阐述了ZigBee和GPRS技术在路灯智能控制系统中的运用方式和工作原理。
参考文献
[1]刘聪.ZigBee无线网络在路灯智能照明控制系统中的应用[D].郑州大学专业
硕士学位论文.2013.5
[2]邓小龙，李奇富，陆锦军.路灯智能控制系统研究及实现[J].测控技
术.2012（12）
邮寄地址：山东省菏泽市牡丹区大学路大学嘉园14号楼1单元101室
收件人：仝爱霞（转 杨卓凡 收）
电话：15315665667
邮编：274000
关键字：路灯；智能控制系统；ZigBee；GPRS
一、引言
路灯照明作为城市生活必需品之一，其重要性毋庸置疑。然而随着我国城镇化进程的不断发展，城市路灯照明系统也随着变得越来越庞大，传统的人工控制模式已经难以良好地支撑起城市路灯照明系统的有序运行，在对路灯照明系统的控制上显得捉襟见肘的同时，又耗费了不必要的人力财力等资源，因而，既能有序地控制城市路灯照明系统运行又能节省人力财力等资源的智能控制系统应运而生。本文把ZigBee技术和GPRS技术两者相结合，分析了两种技术相结合的方式以及两种技术在控制路灯照明系统上所发挥的作用和其基本运行原理，两种技术在构建路灯照明智能控制系统方面各司其职，又相互配合，从而组成了一个可以维持整个城市路灯照明系统正常高效运转的智能系统。
二、路灯智能控制系统
城市路灯控制管理技术有定时控制、感光模块控制和智能控制三种形式。其中，定时控制需根据季节的更替而调整，工作量大；感光模块控制的光控元件易受环境影响而导致失灵等现象。同时，这两种城市路灯控制管理技术无法对路灯设施的运行状况进行实时监控，经常需要人工巡检，不仅维护成本较高，而且很难保证路灯维护的及时性。相比较而言，智能控制管理技术则根据城市路灯照明的实际情况，采取了更好的控制方法，实现了对城市路灯运行状况的实时监控以及对路灯照明的动态智能化管理。
三、基于ZigBee和GPRS技术相结合的城市路灯智能控制系统
1、ZigBee技术
ZigBee技术是一种短距离且功耗、速率、复杂度和成本均较低的双向无线通讯技术。ZigBee的物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）采用了IEEE802.15.4标准，在此基础之上，ZigBee联盟制定了传输层（TL）、网络层（NWK）和应用层（APL），从而构成了ZigBee协议标准。
1.1、采用ZigBee技术的路灯控制系统设计原则
对于采用ZigBee技术的路灯控制系统，设计时应当遵循以下原则：
（1）路灯的控制节点应当便于安装且节点的硬件应具有扩展性，以便于日后的维护及升级；
（2）路灯的控制节点应当具有稳定可靠的性能，能在恶劣的条件下正常工作运行；
1.2、采用ZigBee和GPRS技术的路灯智能控制方案
信息采集子系统主要负责对路灯进行控制，并采集和处理路灯的光强信息等，它采用了ZigBee无线传感网络；信息传输子系统主要是通过GRRS来传输路灯控制中心的控制指令以及路灯的实时状况信息。总的来说，就是通过ZigBee技术实现无线组网和智能科学的照明，通过GPRS来实现照明系统运行过程中的实时监控。
在整个路灯智能控制系统中，通过在每盏路灯上安装集成的传感器模块（节点），配合以照度传感器，从而构成了一个囊括所有受控路灯的无线传感网络，整个无线传感网络的通信和组建由ZigBee协议进行支持。而通过这些传感器节点所收集到的各种信息，则通过GPRS传输到控制中心的计算机上，控制中心通过对收集到的信息进行分析处理，选择最优的照明方案，再通过GPRS传输到相应的传感器节点上，从而实现整个路灯照明系统的智能化控制。
其具体的智能照明方式是通过照度级别和传感器的触发与否来控制路灯的开关。当天色变暗时，主开关电路控制开启路灯，传感器节点将所收集到的照度信息通过GPRS传输到控制中心，控制中心根据收集到的信息调用相应的场景模块照明方案，即对路灯的亮度进行调节；而当天色逐渐变亮时，则逐渐降低路灯亮度直至关闭路灯。
而其具体的智能监控则体现在以下几个方面：（1）通过实时监测每盏路灯的工作电流参数、城市道路状况以及每盏路灯的开关状态来实现路灯照明实时数据的采集；（2）通过分析判断工作中的路灯电流等的大小是否在正常范围内来定位出现故障的路灯，从而便于维护人员对故障路灯进行快速修复；（3）通过控制中心的计算机可以查看路灯的实时照明数据，并能够实现路灯灯光的调节。
2、ZigBee无线传感器网络节点硬件设计
ZigBee无线传感器网络节点由带有GPRS通信模块的协调器节点和ZigBee路由器节点组成。ZigBee路由器节点可以实现检测照度、开关路灯、调节路灯亮度以及处理并传递网络节点之间的信息到协调器节点，协调器节点则通过GPRS将这些信息上传到控制中心，而要完成上述信息的采集及传送，则需要必要的硬件支撑，图2.2.1是无线传感器网络节点的硬件模块示意图。
图2.2.1 无线传感器网络节点硬件模块示意图
ZigBee路由器节点
协调器节点
如图所示，ZigBee路由器节点包括了传感器模块、路灯控制模块和电源模块，传感器模块可以检测照度，路灯控制模块可以开关路灯和调节路灯亮度，电源模块则是其他模块正常运作所必须的能源模块，通过这些模块可以实现路灯的控制与实时信息的收集；协调器节点的作用在于与控制中心进行通信，因此其包括了可以通信的GPRS模块以及保证GPRS正常工作的电源模块。
3、ZigBee无线传感器网络节点软件设计
要实现基于ZigBee技术的智能路灯照明控制系统，不仅仅需要一定的硬件电路，还需要相应的软件来配合硬件的运行。
为配合带有GPRS模块的协调器节点的有效运行，需要相应的软件具有建立网络、允许路由节点的加入和离开、接收各个路由节点上传的信息、将信息通过GPRS上传到控制中心、接收控制中心的控制指令在传输到路由节点等功能。该软件的程序模块需包括系统的初始化、协调器的注册、接收路由节点的信息并处理、上传路由节点的信息及接收控制指令等。
与路由节点相对应的软件应具有自身节点状态信息上传、传感器采集状态信息和执行相关控制指令等。它的程序模块需包括系统的初始化、路由节点注册、接收各个节点的信息并处理、上传节点信息到协调器节点、接收并执行协调器节点的指令等。
对于ZigBee无线传感器网络节点，其操作和信号的传输需在IEEE802.15.4标准下进行，ZigBee无线传感器网络中的通信一般使用原语来进行，而要想真正实现原语的交互，完成收集到的信息数据通信，则需要依靠软件编译来完成，即通过软件算法，将数据信息、控制算法与原语相匹配，从而建立完成通信规则。
四、结语
随着无线传输通信技术的不断发展，无线传输的通信效率和通信质量都有了很大的进步，本文分析研究了在路灯控制系统中采用ZigBee和GPRS无线传输技术相结合的方案，通过对ZigBee无线传感器网络节点的软件和硬件进行初步设计，阐述了ZigBee和GPRS技术在路灯智能控制系统中的运用方式和工作原理。
参考文献
[1]刘聪.ZigBee无线网络在路灯智能照明控制系统中的应用[D].郑州大学专业
硕士学位论文.2013.5
[2]邓小龙，李奇富，陆锦军.路灯智能控制系统研究及实现[J].测控技
术.2012（12）
邮寄地址：山东省菏泽市牡丹区大学路大学嘉园14号楼1单元101室
收件人：仝爱霞（转 杨卓凡 收）
电话：15315665667
邮编：274000