技术领域
[0001] 本实用新型涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种基于Zigbee智能小区LED照明控制系统。
背景技术
[0002]
LED灯具有体积小、耗电量低、使用寿命长，在恰当的
电流和
电压下，LED使用寿命可达10万小时，并且LED具有高
亮度、环保，其由无毒材料制成，不像
荧光灯含
水银会造成污染。LED
色温可调，即可以通过简单的控制
电路，改变LED灯内不同晶片的驱动电流，实现同一盏LED
路灯能发射多种
颜色光即实现色温可选，且
显色性较好，在不同场合的应用中，有利于提高效率，降低成本；LED路灯便于配合数字调光，可更省电；LED使用低压供电，安全性高。采用LE D路灯照明将成为未来的发展方向。
[0003] 传统小区在照明控制上，控制
开关直接接在负载回路中，线路结构复杂，安全系数较低，需要管理人员对现场每一个地方进行检查并逐个对照明开关进行控制，并且采用手动开关，必须一路一路开或关，不能进行单点控制，并且照明控制线路出现问题时，需要人为发现，智能化程度不高。
[0004] ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中，同时支持地理
定位功能。ZigBee技术的较低
数据速率以及较小通信范围的特点决定其适合于智能小区LED路灯控制业务。实用新型内容
[0005] 本实用新型为克服上述
现有技术中的
缺陷，提供一种基于Zigbee智能小区LED照明控制系统，利用无线传感网络ZigBee网络实现小区LED灯的智能控制。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于Zigbee智能小区LED照明控制系统，包括控制单元、LED灯、电压电流检测
传感器、环境检测器、基于ZigBee无线传感网络单元、单盏LED灯控制点模
块以及支路控制
节点模块；所述的基于ZigBee无线传感网络单元与控制单元通过通讯连接，所述的电压电流检测传感器、环境检测器、单盏LED灯控制点模块以及支路控制节点模块均与基于ZigBee无线传感网络单元通过通讯连接，所述的单盏LED灯控制点模块与单盏LED灯电性连接，用于控制单盏LED灯的开关；所述的支路控制节点模块与支路LED灯电性连接，用于控制整个支路的LED灯的开关。
[0007] 在本实用新型中，基于ZigBee智能小区LED照明控制系统工作原理，其依据小区环境参数(如亮度、
温度、湿度)自动运行，无需人工干预，并能及时检测社区各路灯的工作状态，及时
跟踪维护。控制单元负责监视整个社区LED灯的运行情况，并能根据控制命令控制各路灯的开关、亮度，其内嵌入式
微处理器ARM9用RS232串口与ZigBee网络协调器通讯；无线传感网络负责传送智能小区LED照明控制中心命令并搜集ZigBee终端节点的状态信息；单盏LED灯控制点模块负责LED灯的控制与驱动；支路控制节点模块及电流电压检测传感器模块用于检测整个支路的电压电流状态及支路控制状态；环境参数检测模块用于检测整个小区的环境包括光线强度、温度、湿度，以之作为ZigBee终端控制LED灯的依据。
[0008] 进一步的，所述的控制单元包括第一ZigBee无线发射模块、嵌入式微处理器、显示屏、时钟芯片以及控制按键；所述的第一ZigBee无线发射模块、显示屏、时钟芯片以及控制按键均与嵌入式微处理器电性连接；所述的第一ZigBee无线发射模块与基于ZigBee无线传感网络单元通讯连接。
[0009] 进一步的，所述的电压电流检测传感器包括电流检测传感器、电压检测传感器、支路交流
接触器以及第二ZigBee无线发射模块；所述的电流检测传感器、电压检测传感器以及支路交流接触器均与第二ZigBee无线发射模块电性连接；所述的第二ZigBee无线发射模块与基于ZigBee无线传感网络单元通讯连接。通过电流检测传感器、电压检测传感器以及支路交流接触器检测小区内各个支路的电流电压情况，将监测到的结果反馈给控制单元，根据检测的结果可以及时检查出照明控制系统的电路是否出现故障、是否有LED灯故障等等。
[0010] 进一步的，所述的环境检测器包括光照传感器、温度传感器、
湿度传感器以及第三ZigBee无线发射模块；所述的光照传感器、温度传感器以及湿度传感器均与第三ZigBee无线发射模块电性连接，所述的第三ZigBee无线发射模块与基于ZigBee无线传感网络单元通讯连接。通过光照传感器检测小区内的光照强度，通过温度传感器检测小区内的温度情况，通过湿度传感器检测小区的湿度情况，将监测到的光照、温度和湿度情况通过基于ZigBee无线传感网络单元发送给控制单元，根据小区的环境情况，自动控制小区的LED灯的开关、或亮度、颜色等。
[0011] 进一步的，所述的基于ZigBee无线传感网络单元包括协调器、路由器和终端，所述的路由器与协调器通讯连接，所述的终端与路由器或协调器通讯连接。
[0012] 进一步的，所述的嵌入式微处理器通过RS232串口与协调器通讯连接。
[0013] 进一步的，所述的路由器、协调器和终端呈星状、树状或者网状的网络拓扑结构。基于ZigBee无线传感网络单元含3种类型的节点，即协调器、路由器和终端设备，支持星状、树状和网状3种网络拓扑结构。从ZigBee协议特点可以看出，将ZigBee无线传感网络用于智能小区路灯控制系统具有以下特点：短距离、小范围传输，具有成本优势；
频率范围在小区内具有较强的抗干扰性，可以利用小区的地域特点选择合适的网络拓扑结构，并且组网简单可靠；经过合理布局，在一个小区内能做到无任何通讯盲区，利用其地理定位的功能，便于对LED路灯在小区分布区域进行管理。
[0014] 与现有技术相比，有益效果是：本实用新型提供的一种于Zigbee智能小区LED照明控制系统，利用无线传感网络ZigBee网络具有广播、单点寻址功能，实现智能小区LED路灯集中控制与定点控制相结合，通过无线拓展实现小区LED控制范围，避免有线布线施工带来的不便，并且能根据光照强度、时间区时，自动控制小区照明灯光，还能自动发现小区中存在问题LED灯，具有智能化程度高、节能效果好等特点。
附图说明
[0015] 图1是本实用新型系统连接关系示意图。
[0016] 图2是本实用新型控制单元结构示意图。
[0017] 图3是本实用新型电压电流检测传感器结构示意图。
[0018] 图4是本实用新型环境检测器结构示意图。
[0019] 图5是本实用新型基于ZigBee无线传感网络单结构示意图，其中1为协调器，2为路由器，3为终端。
[0020] 图6是本实用新型中LED灯的控制电路示意图。
具体实施方式
[0021] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本
实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述
位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。
[0022] 如图1所示，一种基于Zigbee智能小区LED照明控制系统，包括控制单元、LED灯、电压电流检测传感器、环境检测器、基于ZigBee无线传感网络单元、单盏LED灯控制点模块以及支路控制节点模块；所述的基于ZigBee无线传感网络单元与控制单元通过通讯连接，所述的电压电流检测传感器、环境检测器、单盏LED灯控制点模块以及支路控制节点模块均与基于ZigBee无线传感网络单元通过通讯连接，所述的单盏LED灯控制点模块与单盏LED灯电性连接，用于控制单盏LED灯的开关；所述的支路控制节点模块与支路LED灯电性连接，用于控制整个支路的LED灯的开关。
[0023] 在本实用新型中，基于ZigBee智能小区LED照明控制系统工作原理，其依据小区环境参数(如亮度、温度、湿度)自动运行，无需人工干预，并能及时检测社区各路灯的工作状态，及时跟踪维护。控制单元负责监视整个社区LED灯的运行情况，并能根据控制命令控制各路灯的开关、亮度，其内嵌入式微处理器ARM9用RS232串口与ZigBee网络协调器通讯；无线传感网络负责传送智能小区LED照明控制中心命令并搜集ZigBee终端节点的状态信息；单盏LED灯控制点模块负责LED灯的控制与驱动；支路控制节点模块及电流电压检测传感器模块用于检测整个支路的电压电流状态及支路控制状态；环境参数检测模块用于检测整个小区的环境包括光线强度、温度、湿度，以之作为ZigBee终端控制LED灯的依据。
[0024] 如图2所示，所述的控制单元包括第一ZigBee无线发射模块、嵌入式微处理器、显示屏、时钟芯片以及控制按键；所述的第一ZigBee无线发射模块、显示屏、时钟芯片以及控制按键均与嵌入式微处理器电性连接；所述的第一ZigBee无线发射模块与基于ZigBee无线传感网络单元通讯连接。
[0025] 如图3所示，所述的电压电流检测传感器包括电流检测传感器、电压检测传感器、支路交流接触器以及第二ZigBee无线发射模块；所述的电流检测传感器、电压检测传感器以及支路交流接触器均与第二ZigBee无线发射模块电性连接；所述的第二ZigBee无线发射模块与基于ZigBee无线传感网络单元通讯连接。
[0026] 如图4所示，所述的环境检测器包括光照传感器、温度传感器、湿度传感器以及第三ZigBee无线发射模块；所述的光照传感器、温度传感器以及湿度传感器均与第三ZigBee无线发射模块电性连接，所述的第三ZigBee无线发射模块与基于ZigBee无线传感网络单元通讯连接。
[0027] 如图5所示，所述的基于ZigBee无线传感网络单元包括协调器、路由器和终端，所述的路由器与协调器通讯连接，所述的终端与路由器或协调器通讯连接。嵌入式微处理器通过RS232串口与协调器通讯连接。其中，基于ZigBee无线传感网络单元含3种类型的节点，即协调器、路由器和终端设备，支持星状、树状和网状3种网络拓扑结构。从ZigBee协议特点可以看出，将ZigBee无线传感网络用于智能小区路灯控制系统具有以下特点：短距离、小范围传输，具有成本优势；
频率范围在小区内具有较强的抗干扰性，可以利用小区的地域特点选择合适的网络拓扑结构，并且组网简单可靠；经过合理布局，在一个小区内能做到无任何通讯盲区，利用其地理定位的功能，便于对LED路灯在小区分布区域进行管理。
[0028] 在本实施例中，基于ZigBee无线传感网络单元使用C51RF-3系统。其处理器采用TI公司的CC2430，单个芯片上整合ZigBee射频(RF)电路和微
控制器，它使用1个8位MCU(8051)，具有128kB可编程闪存和8kRAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、
定时器(Tim er)和AES128协同处理器。在组网方面，C51RF-3系统能实现组建串状网络和星状网络，ZigBee2006协议中默认参数为：最大路由深度MAX_DEPTH＝5，最多
子节点数MAX_CHILDREN＝20，最多路由子节点数MAX_ROUTERS＝6，这三个重要的网络参数决定了在默认情况下无线传感网络的大小。在C51RF-3系统中，ZigBee设备的无障碍无线传输距离可达到100m；在有障碍物的情况下，可靠传输距离超过30m，因此在小区内能方便地实现布网。对于一些大型社区，可通过
修改网络的最大路由深度和最多路由节点数来扩展其传输距离。
[0029] 无线传感网络ZigBee网络的节点寻址原理：ZigB ee网络在初始化时，协调器依据网络中每个终端的MAC地址给每个节点分配16位短地址，此地址在网络中是唯一的，在协调器中建一个二维表，包括每个节点的MAC地址及16位短地址，依据此表，小区信息管理平台能够寻址到每一个节点，可以方便地实现对单盏灯的操作，也可通过广播信息实现对ZigBee网络所有节点的控制。信息的转发与路由则由网络自动完成，不需要应用程序干预，从而实现对所有智能小区支路LED路灯及单盏灯控制。
[0030] 所有的ZigBee网络设备通电以后，ZigBee网络是自动组网的，经过一段时间后(系统中可设定)，网络协调器将整个网络状态信息通过RS232串口传输给智能小区LED照明控制单元的嵌入式微处理器ARM9，在其控制显示屏显示LED路灯信息。小区管理员在配置好系统后，只有在紧急情况或特别情况下，才需要干涉LED路灯照明系统的运行，并且可以监控整个照明系统的运行；智能小区的路灯
监控系统采用基于日期的控制策略，在不同日期(如节假日)可以采用不同的照明方案；ZigBee网络协调器则可以根据环境参数，如光线强度，启动整个网络的照明，特别是在一些比较特殊的天气，如阴天、雷雨天气，能够自动开启照明系统；LED路灯的最终照明是通过ZigBee终端来控制实施的，正常情况下，可采用基于时间的控制策略来控制LED路灯的开关。
[0031] 路灯节点的控制方式可设计成两种。第一种是基于单盏灯的控制方式，系统能单独控制每盏灯的开关、功率、光色(采用R、G、B三色LED，根据三基色原理控制)，这样能方便地根据环境参数，如光强度、湿度、温度，及时间设定特定的灯光制策略，如在节假日可显示不同的色彩及亮度；第二种是基于支路的控制方式，它通过控制支路的电源来实现，依据支路的电压、电流传感器测得的支路电压和电流值来确定支路的工作功率及工作状态是否正常，如图6所示，LED路灯驱动芯片采用PT4115，其最大功率为36W，对功率要求较大的场合可采用多块PT4115
芯片组合。PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，其输入电压范围8～30V，输出电流可调，最大可达1.2A，根据不同的输入电压和外部器件，PT411可以驱动高达数十瓦的LED；PT4115内置功率开关，采用高端电流
采样设置LED平均电流，并可通过DIM引脚接受模拟调光和很宽范围PWM调光，DIM引脚直流电压的有效调光范围是0.5～2.5V，当直流电压高于2.5V，输出LED电流保持恒定，系统则通过CC2430I/O口模拟产生PWM
波形来控制路灯的亮度，当DIM脚的电压低0.3V时，功率开关关断，PT4115进入极低工作电流的待机状态；其转换效率高达97％，输出电流
精度达±5％；芯片具有过温、过压、过流、LED开路保护等多种功能；采用SOT89-5封装有利于驱动芯片的快速
散热；其应用电路简单，周边仅4个元器件，应用成本低廉。
[0032] 显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型
权利要求的保护范围之内。
