第一篇：基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的道路照明系統(tǒng)
基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的道路照明系統(tǒng)
楊兵
（徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116）
摘 要 ：為了實(shí)現(xiàn)道路科學(xué)照明、綠色照明的關(guān)鍵問題是能夠測(cè)量和控制到每一盞路燈，無線傳感網(wǎng)絡(luò)是解決這一問題最好的技術(shù)之一。選擇Freescale公司MC13213芯片，設(shè)計(jì)了一種嵌入式無線通信模塊，使整條道路的每一盞路燈自主聯(lián)網(wǎng)，接受控制中心的指令，反饋路燈的各種狀態(tài)，根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)度和時(shí)段自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度，在保證道路照明質(zhì)量和視覺舒適的情況下，節(jié)約電能。
關(guān)鍵詞 ：無線傳感網(wǎng)絡(luò) ；道路照明；MC13213；ZigBee技術(shù)
中圖分類號(hào)：TPXXX 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1234-567X(2010)一89—00XX—05
Road Lighting System Based on W ireless Sensor Networks
Yang Bing(Xuzhou Institute of Architectural Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116)Abstract：The ability to measure and control each street—lamp is the key issue to realize road scientific lighting and green lighting．W ireless sensor network is one of the best technologies to solve this problem．MC13213 chip is used to design an embedded wireless communication module in this paper．Each street lamp on the whole road could independent network，receive instruction from control center，send various states feedback of street lamps and automatically adjust lighting levels according to the ambient light intensity．This technology could ensure the quality of road lighting．visual comfort and save energy 20％～30％ ．
Key words：wireless sensor network；road lighting；MC13213；ZigBee technology
0 引言
隨著城市經(jīng)濟(jì)和規(guī)模的發(fā)展，各種類型的道路越來越長，機(jī)動(dòng)車數(shù)量迅速增加，夜間交通流量也越來越大，道路照明質(zhì)量直接影響交通安全和城市發(fā)展[1-2]。如何提高道路照明質(zhì)量、降低能耗、實(shí)現(xiàn)綠色照明已成為城市照明的關(guān)鍵問題。道路照明的首要任務(wù)是在節(jié)約公共能源的基礎(chǔ)上，提供安全和舒適的照明亮度，達(dá)到減少交通事故、提升交通運(yùn)輸效率的目的。由于基礎(chǔ)設(shè)施的條件有限，目前普遍缺少路燈級(jí)的通信鏈路，路燈控制方式一般只能對(duì)整條道路統(tǒng)一控制，無法控制到每一盞燈[3]。本文基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一種嵌入式無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)了每盞路燈的無線自主組網(wǎng)，使每一盞路燈都能遙測(cè)和遙控，并達(dá)到路燈的亮度(或照度)在 30％～100％無級(jí)可調(diào)，可根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)度和時(shí)段，在保證道路照明質(zhì)量、辨認(rèn)可靠且視覺舒適的情況下，節(jié)約電能 20％～30％。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)道路照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1所示，通過在每盞路燈嵌入一個(gè)無線通信模塊，使它們自組網(wǎng)絡(luò)，接受控制中心的命令并將路燈的狀態(tài)反饋給控制中心；HG-2控制箱采用ZigBee技術(shù)與所管轄道路的所有路燈通信，采用GPRS與控制中心通信，根據(jù)控制中心的指令或時(shí)間和照亮度對(duì)每盞路燈發(fā)出控制命令[路燈開啟、關(guān)閉、照明度(功率大小)等]，自動(dòng)調(diào)節(jié)整條道路的功率平衡；控制中心由服務(wù)器、大屏顯示、Center View中央控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)等組成，Center View中央控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)采用3D設(shè)計(jì)，通過縮放變換以俯視的角度觀察和控制整個(gè)城市、一個(gè)街道、一條道路甚至一盞路燈的照明情況；移動(dòng)計(jì)算工具(筆記本電腦、PDA、手機(jī))和路燈維護(hù)車也能通過控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程遙測(cè)和遙控。無線通信模塊
無線通信模塊的MCU為Freesclae公司MC13213，MC13213采用SiP技術(shù)在9mm×9ram的LGA封裝內(nèi)集成了MC9S08GT主控MCU和MC1320x射頻收發(fā)器。MC13213擁有4kB的RAM、60kB的FLASH，具有1個(gè)串行外設(shè)接口SPI(Serial Peripheral Interface)、2個(gè)異步串行通信接口SCI(Serial Communications Interface)、1個(gè)鍵盤中斷模KBI(Keyboard Interrupt)、2個(gè)定時(shí)器／脈寬調(diào)制模塊TPM(Timer／PWM)、1個(gè)8通道10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(Analog／Digital Converter)以及多達(dá)32個(gè)的GPIO口等，如圖2所示。
無線通信模塊采用ZigBee技術(shù)、IEEE 802．15．4協(xié)議，通信覆蓋半徑可達(dá)150m，能與在其覆蓋范圍內(nèi)的任何路燈節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)絡(luò)及進(jìn)行通信。除了實(shí)現(xiàn)路燈的物物相聯(lián)以外，還可調(diào)節(jié)電子鎮(zhèn)流器的功率輸出(30％～100％)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和綠色照明，檢測(cè)供電線路的電流、電壓、功率因數(shù)以及每一盞燈的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生故障(如燈具損壞、燈桿撞擊、人為破壞)時(shí)實(shí)時(shí)向監(jiān)控中心和相關(guān)部門報(bào)警等。無線通信模塊還進(jìn)行了防雨、防潮、防雷電、防電磁干擾設(shè)計(jì)，并充分考慮了安裝方便、維護(hù)簡單和可恢復(fù)性(接入兩根線就實(shí)現(xiàn)了路燈級(jí)的無線控制，拆除兩根線又恢復(fù)到原來的狀態(tài))，可以嵌入在路燈的不同位置(燈桿底部、燈桿內(nèi)、燈罩內(nèi))?？刂浦行能浖O(shè)計(jì)
控制中心的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)為Windows 2003，開發(fā)工具是微軟Visual Studio6．0，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2005，與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，在獲取了街道、建筑物以及路燈的位置、形狀等特征信息后，設(shè)計(jì)以路燈為主體的3維虛擬城市，在控制中心大屏幕上動(dòng)態(tài)顯示道路的照明效果，并可以通過平移、放大、縮小等幾何變換，觀察整個(gè)城市、街道甚至每一盞路燈的照明情況。該軟件主要有5個(gè)功能模塊：系統(tǒng)設(shè)置、智能控制、電量核算、故障處理和緊急預(yù)案。系統(tǒng)設(shè)置中的區(qū)域設(shè)置有市、區(qū)、街道和電控箱4種；路燈設(shè)置有路燈的位置、型號(hào)、生產(chǎn)單位、施工單位、維護(hù)責(zé)任人、安裝日期、清洗維護(hù)日期等；亮燈方式設(shè)置有全開、全關(guān)、單號(hào)路燈開、單號(hào)路燈關(guān)、雙號(hào)路燈開、雙號(hào)路燈關(guān)、1／3路燈開、1／3路燈關(guān)、1／4路燈開、1／4路燈關(guān)、智能控制等11種控制方式；時(shí)段設(shè)置可根據(jù)不同的城市不同的季節(jié)設(shè)置不同時(shí)段的亮燈方式。智能控制有兩方面內(nèi)容：①針對(duì)安裝了電 子型路燈的路段，根據(jù)季節(jié)變化和天氣狀況，通過實(shí)時(shí)采樣環(huán)境光強(qiáng)度，對(duì)路燈的照明亮度進(jìn)行智能調(diào)節(jié) ；② 在夜間，特別是深夜當(dāng)檢測(cè)到汽車和行人的流量十分稀少時(shí)，在不影響辨認(rèn)可靠的情況下，適當(dāng)降低道路的照明亮度，節(jié)約電耗。電量核算能對(duì)市、區(qū)、街道、電控箱甚至每盞路燈進(jìn)行用電量的統(tǒng)計(jì)和核算。故障處理是對(duì)燈具損壞、斷電、斷相、過流、過壓、三相不平衡以及人為破壞等情況，在第一時(shí)間向監(jiān)控中心報(bào)警后迅速生成故障報(bào)告；故障處理的另一個(gè)功能是按路段和時(shí)段(年、季度、月)統(tǒng)計(jì)亮燈率、故障率、每次故障處理的效率
(平均修理時(shí)間)。緊急預(yù)案是對(duì)一些突發(fā)事件制定緊急預(yù)案，在特殊情況下，盡可能提供合適的道路照明，保證人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。圖3是控制中心軟件的運(yùn)行界面之一。實(shí)際應(yīng)用
無線傳感網(wǎng)絡(luò)的道路照明系統(tǒng)自2009年5月以來在某國家級(jí)工業(yè)園區(qū)進(jìn)行了安裝和測(cè)試，安裝環(huán)境為同一條道路兩邊的各100盞路燈，道路左邊的100盞路燈采用無線傳感智能控制，共增加成本8250．00元人民幣，道路右邊的100盞路燈采用常規(guī)的控制方式(半夜后單雙號(hào)間隔開燈)，測(cè)試結(jié)果如附表所示。
從附表中可以看出，采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能控制，100盞路燈在9l天中節(jié)約電能4506度，在產(chǎn)品投人的半年內(nèi)就可以收回全部投資。使電耗降低的因素有以下幾個(gè)方面：① 開啟關(guān)閉時(shí)間的調(diào)整，道路右邊的路燈控制方式是根據(jù)季節(jié)設(shè)定開閉時(shí)問(定時(shí)控制)并且是全功率開全功率閉(深夜半功率)；道路左邊的路燈控制方式是環(huán)境光強(qiáng)度和季節(jié)自動(dòng)控制開閉時(shí)間，開啟時(shí)，由于路面上尚有較強(qiáng)的環(huán)境光，路燈以補(bǔ)光的方式工作，逐漸增加照明強(qiáng)度，路燈關(guān)閉控制類似。② 由于深夜時(shí)居民用電負(fù)荷減少，低壓電網(wǎng)電壓升高，常規(guī)控制方式
下的路燈(道路右邊)異常明亮、眩目，往往造成過度照明，不僅大大增加耗電，同時(shí)也導(dǎo)致燈具、電器實(shí)際使用壽命迅速下降，大量增加維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用；深夜控制模式(道路左邊)，采用降功率照明，不但降低耗電，還能改善道路照明質(zhì)量和視覺舒適度，延長燈具、電器的實(shí)際使用壽命。③ 道路照明的智能控制，對(duì)學(xué)校、居民密集的小區(qū)、道路轉(zhuǎn)彎處、事故多發(fā)地帶等特殊路段，適當(dāng)提高照明亮度，其余路段則適當(dāng)降低照明亮度。結(jié) 論
先進(jìn)的道路照明不但可以提升城市的形象、提高交通運(yùn)輸效率、減少交通事故，還能節(jié)約大量的公共電能消耗。但對(duì)于大多數(shù)城市來說，由于缺少必需的基礎(chǔ)設(shè)施(路燈級(jí)的通信鏈路)，無法實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制方法。無線傳感網(wǎng)絡(luò)(物聯(lián)網(wǎng))的出現(xiàn)和應(yīng)用，有效地解決了以上問題。本文基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)，選擇Freescale公司的MC13213芯片，設(shè)計(jì)了一種嵌入式無線通信模塊，使整條道路的每一盞路燈自主聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了路燈的遙測(cè)、遙控，對(duì)節(jié)約公共資源，建設(shè)數(shù)字化和節(jié)約型城市有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]楊春宇，胡英奎，陳仲林．用中間視覺理論研究道路照明節(jié)能[J]．照明工程學(xué)報(bào)，2008，19(4)：44—47． [2]張惠玲，王曉雯．城市道路照明設(shè)置與節(jié)能探討[J]．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，26(10)：lO6—109 [3]盧秀和，王 琪，陳 軍，等．城市照明智能調(diào)光方法的研究[J]．電力電子技術(shù)，2007，41(10)：34—36．
第二篇：無線傳感網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)
無線傳感網(wǎng)絡(luò) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告
姓名：胡韶輝 胡衎
2017
學(xué)號(hào)：139074377 139074376 班級(jí)：物131班 指導(dǎo)教師：衛(wèi)琳娜
年1月1日
無線傳感網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)
一、無線傳感網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信實(shí)驗(yàn)
1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
此實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察結(jié)果是否與預(yù)期相符
2．實(shí)驗(yàn)步驟
用IAR8.1打開路徑：C:UsersxsDesktop無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)無線傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)資料201604感知RF2-2530WSNV1.2代碼和例子程序Light_SwitchIDELight_Switchsrf05_cc2530IarLight_Switch.eww分別編譯并下載至兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上，打開節(jié)點(diǎn)，左右鍵選擇
/* 功 能：查找字符在索引中的哪一個(gè)位置 */ /**************************************************************************************************/ static u16 lookforChar(u8 ch){ uint16 i;for(i = 0;i < FONTLISTCOUNT;i ++){
if(fontList[i] == ch)
return i;} return i;}
//查中文
static u16 lookforChar16(u16 ch){ uint16 i,j;u16 temp16;for(i = 0;i < fontChar16ListCount;i ++){
j = i*2;
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/**************************************************************************************************/ /* 功 能：在指定位置輸出8*8 */ /**************************************************************************************************/ static void LcdPutChar8(u8 x,u8 y,u8 ch){ LcdBuf[y][x] = ch;} /**************************************************************************************************/ /* 功 能：在指定位置輸出16*16 */ /**************************************************************************************************/
/*static void LcdPutChar16(u8 x,u8 y,u16 ch){ LcdBuf[y][x] =(u8)ch;
//低前高后
LcdBuf[y+1][x] =(u8)(ch>>8);}
void LcdPutString8(u8 x,u8 y,u8 *ptr u8 len,u8 op){
u8 i,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(x > 95)
return;if(y > 1)
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{
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}
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xx += 8;
if(xx > 88)
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void LcdClearRam(void){ u8 i;for(i = 0;i < 96;i ++){
LcdBuf[0][i] = 0;} for(i = 0;i < 96;i ++){
LcdBuf[1][i] = 0;} } void LcdClearScrean(void){ LcdClearRam();PutPic((void *)LcdBuf);}
void LcdPutString16_8(u8 x,u8 y,u8 *ptr,u8 len,u8 op){ u8 i,j,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(xx > 95)
return;if(yy)
return;
for(i = 0;i < len;i ++){
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{
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for(j = 0;j < 8;j ++)
{
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{
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{
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else
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return;} PutPic((void *)LcdBuf);} //顯示16*16字符
void LcdPutString16_16(u8 x,u8 y,u8 *ptr,u8 len,u8 op){ u8 i,j,*tptr = ptr,xx = x,yy = y;u16 m;if(xx > 95)
return;if(yy)
return;
for(i = 0;i < len;i ++){
m = lookforChar(*tptr ++);
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{
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{
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{
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{
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}
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}
else
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xx += 16;
if(xx > 80)
return;} PutPic((void *)LcdBuf);}
static void LcdPrint8(u8 x,u8 y,u8 vl,u8 op){ u8 j;u16 m;m = lookforChar(vl);if(m!= FONTLISTCOUNT){
m = m * 16;
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{
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{
m = m * 32;
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{
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void LcdPutDispBuf(u8 x,u8 y,OledCodeDataType *ptr,u8 op){ u8 tcount = x;OledCodeDataType *tptr = ptr;u16 temp16;if(x > 88)
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