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基于ZigBee网络的校园路灯控制系统

摘要：为了实现对高校路灯远程进行分时段间隔开启，以减少校园

路灯电能消耗，考虑到高校路灯种类型号多，分布分散等特点，在校园

内建立了基于无线传感器网络的路灯智能控制系统，通过ZigBee网络实

现无线通信传输，使整个网络数据安全，用户节点扩展性强。以北师大

校园路灯智能化控制改造为例，论证了此种方案能较经济地实现对校园

所有路灯自动远程、实时监测与控制，并在较短时间内收回投资。

关键词：高校；无线传感器；ZigBee网络；智能路灯；远程监控

1引言

高校作为国家公共建筑一部分，落实建筑节能降耗政策，对社会有

着引领示范作用。为有效地降低校园内的电能消耗，不少教育工作者做

出了很多努力。

传统校园路灯控制方式有多种。电力线载波进行信息传输(北师大路

灯改造前就是这种方式)，GPRS和CDMA远程无线通信传输，是目前实现

公共路灯远程控制的两种主要方式。虽然这两种方式能较好完成对路灯

的远程智能控制，但在信息传输、节能环保和运行成本上有一定缺陷

[1]。近年来随着技术更新，新的通信系统进入市场。无线网络也不例

外，并且这些技术更多地出现在人们现实生活中。ZigBee无线传感网

络，做为无线网络的一种新型网络，能低成本实现短距离无线通信，具

有一定的工程价值。相对于其他无线网络(GPRS、WiMAX、ADSL)更合适多

用户通信[2，6]。

构建基于ZigBee无线传感网络的校园路灯控制平台，将全校路灯无

线连接在一起，可先前指定时间间隔地开启路灯，从而降低电能消耗，

达到节能目的。北京师范大学路灯有6m以上高杆道路灯、庭院灯、草

坪灯大约750盏，通过网络构建形成的无线网络系统，可随时修改路灯

控制方案。改造后平均每年可节省电量11.2万kW·h，直接产生经济

效益5.6万元。

2平台构建

通过建立一个对校园路灯执行远程监控平台，提高自动化水平，减

少管理人员运营支出，同时节省路灯电能损耗。平台运用无线网络进行

访问，不需要在周围部署昂贵的有线基础设施，降低资源消耗。

2.1特点和要求

基于无线传感器网络应用技术，来实现对校园路灯的智能化控制，

从而满足对路灯分时段间隔开启。这种网络的建立有着一定的应用和技

术要求。

2.1.1应用要求

(1)节点识别。正确识别网络端点，并关联到一个特定用户。

(2)节点移动。一般无线传感器网络的一个重要特征。实际案例中大

多是端点不动情形。

(3)能源消耗和电池寿命。无线传感器网络需要能源供给，才能保证

传感器正常工作，特别是单元电池的供电寿命。

(4)可扩展性。未来随着路灯数目的增加，很可能需要新端点接入网

络。因此应考虑不需要执行特定技术设计与改造情况下，自动加大网

络。

(5)可靠性。平台的基本要求，网络受到攻击或意外掉网，数据信息

不应丢失或被篡改。

2.1.2技术要求

(1)识别设备。基于ZigBee技术的无线终端，有两种可能的设备地

址：64位MAC预编码地址和16位网络地址。其中第一个是唯一的，通常

当作一个设备加入ZigBee网络。第二个是一个很短的地址，用来进行网

络路由。

(2)网络规模。ZigBee网络的大小，理论上是有确定的16位地址限

制。然而，由于物理限制，该网络(ZigBee)设备最大数量是100，是一个

小得多的量。

(3)传感器。传感器通过串行接口与路灯回路连接，无线设备内置于

路灯杆内，减少装置所占空间。

(4)协调器限制。一个集线器最多只能与四个协调器直接连接。

2.2构架

单灯控制器与传感器安装在每一个路灯杆里，控制器与一个传感器

连接。传感器通过无线接口连接到协调器的专用设备，然后通过集线器

将路灯控制信息传给校园路灯管理服务器(图1)。

如图1中，将整个路径分为两段，从端点到集线器作为短距离段，

从集线器到管理服务器作为长距离段，整个网络包括四个部分，每个部

分彼此间相互联系，分别扮演着不同的角色，组合完成自动控制的整个

过程。

(1)端点。作为网络的基础元，实现了用户定点的物理逻辑转换，从

而与单灯控制器进行数据的现场交互。