一種基于zll技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)及控制方法，包括上位機主機、ZLL網關和ZLL路燈節(jié)點模塊，路燈節(jié)點包括電源和穩(wěn)壓模塊、主控模塊、環(huán)境亮度監(jiān)測模塊、LED路燈驅動模塊和LED路燈模組，所述主控模塊的輸入端連接有環(huán)境亮度監(jiān)測模塊，所述主控模塊的輸出端依次連接有LED路燈驅動模塊和LED路燈模組，所述主控模塊還連接有電源和穩(wěn)壓模塊；所述路燈網關包括電源及穩(wěn)壓模塊、主控制模塊和以太網模塊，所述主控制模塊分別與所述電源及穩(wěn)壓模塊、以太網模塊電連接。本發(fā)明可以實現對照明系統(tǒng)的遠程控制，可進行PWM調光等功能，以達到使照明系統(tǒng)更加智能和節(jié)能的目的。
【專利說明】
一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)及控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于節(jié)能技術領域，具體涉及一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，智慧城市和智能建筑開始受到廣泛的關注，而智慧照明是實現智慧城市建設體系中非常重要的一環(huán)，實現智慧照明，需解決好兩個關鍵問題:
一是實現綠色照明，即照明節(jié)能技術，使用LED照明比傳統(tǒng)鈉燈節(jié)能近60%，隨著建設節(jié)約型社會理念的深入人心，LED照明這一節(jié)能環(huán)保的新型技術必定會對傳統(tǒng)的照明技術帶來巨大的沖擊。隨著技術的不斷完善、行業(yè)的不斷規(guī)范以及認知度的不斷提高，國內戶外照明采用LED光源越來越多，原有的戶外照明將光源紛紛替換成LED，興建道路及工程則大分部都使用LED光源。LED成為道路照明領域最為合適的電光源這一論斷已被認可，甚至很多人認為未來很長一段時間LED將是道路照明采用的唯一電光源。
[0003]二是對照明的智能控制，隨著物聯網技術的發(fā)展，基于物聯網的智慧照明系統(tǒng)成為可能，通過對城市的所有照明設施和景觀設施安裝智能控制器，各單燈智能控制通過現有的電力線進行通信連接，實現數據的傳輸。可將數據匯總到集中控制器，與監(jiān)控中心進行遠程通信，實現遠程照明監(jiān)測與控制。
[0004]Zigbee是一種結構簡單、低功耗、低速率、低復雜度、低成本和可靠的無線網絡通信技術，現在已廣泛的用于工業(yè)控制、汽車自動化等領域。為深化ZigBee無線技術在智能照明領域的推廣和發(fā)展，ZigBee聯盟發(fā)布ZigBee Light Link標準(以下簡稱ZLL)，為用戶提供高效、靈活、易用的照明解決方案。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明目的在于克服傳統(tǒng)路燈耗電量大、無法自動調節(jié)路燈亮度等問題，將Zigbee Light link技術引入到路燈中，設計了一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)及裝置，給出了路燈互聯拓撲結構圖，設計了 LED燈聯網路燈節(jié)點裝置，該裝置包括路燈節(jié)點和ZLL網關，分析了路燈節(jié)點和ZLL網關的工作主要流程。通過該系統(tǒng)，可快速構建LED智慧照明控制系統(tǒng)，可實現對照明系統(tǒng)的遠程控制，可進行P麗調光等功能，以達到使照明系統(tǒng)更加智能和節(jié)能的目的。
[0006]技術方案:本發(fā)明所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，包括上位機主機、ZLL網關和ZLL路燈節(jié)點模塊，所述ZLL網關負責zigbee light link協議與TCP/IP協議之間的轉換，所述ZLL網關與ZLL路燈節(jié)點模塊通過樹型拓撲結構進行自組織網絡連接;所述ZLL路燈節(jié)點模塊包括電源和穩(wěn)壓模塊、主控模塊、環(huán)境亮度監(jiān)測模塊、LED路燈驅動模塊和LED路燈模組，所述主控模塊的輸入端連接有環(huán)境亮度監(jiān)測模塊，所述主控模塊的輸出端依次連接有LED路燈驅動模塊和LED路燈模組，所述主控模塊還連接有電源和穩(wěn)壓模塊，所述電源和穩(wěn)壓模塊由DC電源和LDO穩(wěn)壓芯片構成，所述LED路燈驅動模塊包括驅動電路和LED開關電源;所述ZLL網關包括電源及穩(wěn)壓模塊、主控制模塊和以太網模塊，所述主控制模塊分別與所述電源及穩(wěn)壓模塊、以太網模塊電連接，所述電源及穩(wěn)壓模塊由DC電源和LDO穩(wěn)壓芯片構成。
[0007]進一步的，所述DC電源將220V交流轉變?yōu)?V直流，LDO穩(wěn)壓模塊5V供電，輸出3.3V直流，為主控模塊或主控制模塊進行供電。
[0008]進一步的，所述LDO穩(wěn)壓模塊采用REGl117-3.3芯片為核心。
[0009]進一步的，所述主控模塊和主控制模塊均采用CC2530片上系統(tǒng)，支持Zigbee無線通信方式和zigbee light link協議，以工業(yè)級8051微控制器為內核。
[0010]進一步的，所述環(huán)境亮度監(jiān)測模塊選用照度傳感器，與主控模塊自帶的AD轉換器進行連接，提供實時環(huán)境的亮度，主控模塊根據亮度值改變PWM輸出，利用CC2530自帶的16位定時器生成PWM波形，再通過調整高電平和低電平的占空比，來調整LED路燈模組的亮度。
[0011]進一步的，所述驅動電路采用NCP5106驅動芯片，LED開關電源采用Buck型LED開關電源，通過驅動芯片改變LED開關電源的輸出電壓，從而改變LED路燈模組的亮度。
[0012]進一步的，所述LED路燈模組采用四模組組成，單模組集成36顆LED燈珠。
[0013]進一步的，所述以太網模塊采用以太網接口芯片W5500，控制信號和數據通過以太網接口芯片上傳到上位控制主機。
[0014]本發(fā)明還公開了上述一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)的控制方法，包括ZLL網關控制和ZLL路燈節(jié)點模塊控制:
(A)ZLL網關控制:
(1)網關上電復位后，首先進行系統(tǒng)初始化，包括硬件初始化和協議棧初始化，初始化是通過ZSEG int main()函數來實現；
(2)接著網關進行廣播，網關發(fā)出scanrequest inter-PAN command frames的廣播包，通過RSSI來查找待配對的路燈節(jié)點，只需將網關與路燈靠近，zigbee網關可自動發(fā)現路燈，并獲得LED燈具的詳細信息；
(3)路燈被發(fā)現后，會給出應答信息，網關發(fā)送一個COMMAND_IDENTIFY命令，該命令帶一個參數:SAMPLEREMOTE_CMD_I DENTI FY_T IME，路燈節(jié)點收到Identify命令后會給予相應，則設備標識成功；
(4)建立ZLL網絡，ZLL網關發(fā)送一個networkstart request inter-PAN命令，網關等待上位機發(fā)送控制指令，并將指令轉發(fā)給路燈節(jié)點；
(B)ZLL路燈節(jié)點模塊控制:
(1)上電復位后，路燈節(jié)點首先進行系統(tǒng)初始化，通過調用ZSEGint mainO函數來實現包括硬件初始化和協議棧初始化；
(2)接著等待網關啟動設備發(fā)現，成功被發(fā)現后，路燈節(jié)點通過發(fā)送ScanResponse來響應設備標識，在收到網關節(jié)點發(fā)送的Identify命令后通過zllTarget_Reg i s ter I dent i f y CB回調函數給予響應，此時路燈節(jié)點設備標識成功；
(3)路燈節(jié)點通過調用ZStatus_tzllTarget_PermitJoin(uint8 durat1n)函數加入網關發(fā)起的ZLL網絡，等待網關發(fā)送的控制指令，并根據指令要求調用HalLedOnOff函數對路燈進行開、關控制，通過調用定時器函數以PWM方式進行路燈亮度調節(jié)。
[0015]有益效果:本發(fā)明基于無線Zigbee Light link機制，可快速構建LED智慧照明控制系統(tǒng)，克服了現有傳統(tǒng)路燈耗電量大、無法智能控制的不足，設計一種LED燈聯網路燈節(jié)點裝置，該裝置包括路燈節(jié)點和路燈網關，利用該裝置可構建LED智慧照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現對照明系統(tǒng)的遠程控制，可進行PWM調光等功能，以達到使照明系統(tǒng)更加智能和節(jié)能的目的。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明路燈系統(tǒng)整體結構框架圖；
圖2為本發(fā)明的ZLL路燈節(jié)點模塊結構原理框圖；
圖3為本發(fā)明的ZLL網關結構原理框圖；
圖4為本發(fā)明ZLL網關工作流程圖；
圖5為本發(fā)明ZLL路燈節(jié)點模塊工作流程圖。
【具體實施方式】
[0017]一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，包括上位機主機、如圖3所示的ZLL網關和如圖2所示的ZLL路燈節(jié)點模塊，所述ZLL網關負責zigbee light link協議與TCP/IP協議之間的轉換，所述ZLL網關與ZLL路燈節(jié)點模塊通過如圖1所示的樹型拓撲結構進行自組織網絡連接。
[0018]如圖2所示，所述ZLL路燈節(jié)點模塊包括電源和穩(wěn)壓模塊、主控模塊、環(huán)境亮度監(jiān)測模塊、LED路燈驅動模塊和LED路燈模組，所述主控模塊的輸入端連接有環(huán)境亮度監(jiān)測模塊，所述主控模塊的輸出端依次連接有LED路燈驅動模塊和LED路燈模組，所述主控模塊還連接有電源和穩(wěn)壓模塊，所述電源和穩(wěn)壓模塊由DC電源和LDO穩(wěn)壓芯片構成，所述LED路燈驅動模塊包括驅動電路和LED開關電源。
[0019]如圖3所示，所述ZLL網關包括電源及穩(wěn)壓模塊、主控制模塊和以太網模塊，所述主控制模塊分別與所述電源及穩(wěn)壓模塊、以太網模塊電連接，所述電源及穩(wěn)壓模塊由DC電源和LDO穩(wěn)壓芯片構成。
[0020]所述DC電源將220V交流轉變?yōu)?V直流，LDO穩(wěn)壓模塊5V供電，輸出3.3V直流，為主控模塊或主控制模塊進行供電。
[0021 ] 所述LDO穩(wěn)壓模塊采用REGl 117-3.3芯片為核心。
[0022]所述主控模塊和主控制模塊均采用CC2530片上系統(tǒng)，支持Zigbee無線通信方式和zigbee light link協議，以工業(yè)級8051微控制器為內核。
[0023]所述環(huán)境亮度監(jiān)測模塊選用照度傳感器，與主控模塊自帶的AD轉換器進行連接，提供實時環(huán)境的亮度，主控模塊根據亮度值改變PWM輸出，利用CC2530自帶的16位定時器生成PWM波形，再通過調整高電平和低電平的占空比，來調整LED路燈模組的亮度。
[0024]所述驅動電路采用NCP5106驅動芯片，LED開關電源采用Buck型LED開關電源，通過驅動芯片改變LED開關電源的輸出電壓，從而改變LED路燈模組的亮度。
[0025]所述LED路燈模組采用四模組組成，單模組集成36顆LED燈珠，且燈珠按特定方式進行排列組合以提高照度均勻性。
[0026]所述以太網模塊采用以太網接口芯片W5500，控制信號和數據通過以太網接口芯片上傳到上位控制主機。
[0027]本發(fā)明通過采用TI公司的Z-Stack協議桟，具體版本是Z-Stack Lghtingl.0.2協議棧，該協議棧是針對ZLL應用開發(fā)的專用協議棧。軟件開發(fā)平臺選用IAR EembeddedWorkbench。嵌入式軟件設計包括路燈網關和路燈節(jié)點兩個部分。
[0028]如圖4和圖5所示，上述一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)的控制方法，包括ZLL網關控制和ZLL路燈節(jié)點模塊控制:
(A)ZLL網關控制:
(1)網關上電復位后，首先進行系統(tǒng)初始化，包括硬件初始化和協議棧初始化，初始化是通過ZSEG int mainO函數來實現；
(2)接著網關進行廣播，網關發(fā)出scanrequest inter-PAN command frames的廣播包，通過RSSI來查找待配對的路燈節(jié)點，只需將網關與路燈靠近，zigbee網關可自動發(fā)現路燈，并獲得LED燈具的詳細信息；
(3)路燈被發(fā)現后，會給出應答信息，網關發(fā)送一個COMMAND_IDENTIFY命令，該命令帶一個參數:SAMPLEREMOTE_CMD_I DENTI FY_T IME，路燈節(jié)點收到Identify命令后會給予相應，則設備標識成功；
(4)建立ZLL網絡，ZLL網關發(fā)送一個networkstart request inter-PAN命令，網關等待上位機發(fā)送控制指令，并將指令轉發(fā)給路燈節(jié)點；
(B)ZLL路燈節(jié)點模塊控制:
(1)上電復位后，路燈節(jié)點首先進行系統(tǒng)初始化，通過調用ZSEGint mainO函數來實現包括硬件初始化和協議棧初始化；
(2)接著等待網關啟動設備發(fā)現，成功被發(fā)現后，路燈節(jié)點通過發(fā)送ScanResponse來響應設備標識，在收到網關節(jié)點發(fā)送的Identify命令后通過zllTarget_Reg i s ter I dent i f y CB回調函數給予響應，此時路燈節(jié)點設備標識成功；
(3)路燈節(jié)點通過調用ZStatus_tzllTarget_PermitJoin(uint8 durat1n)函數加入網關發(fā)起的ZLL網絡，等待網關發(fā)送的控制指令，并根據指令要求調用HalLedOnOff函數對路燈進行開、關控制，通過調用定時器函數以PWM方式進行路燈亮度調節(jié)。
[0029]本發(fā)明基于無線ZigbeeLight link機制，可快速構建LED智慧照明控制系統(tǒng)，克服了現有傳統(tǒng)路燈耗電量大、無法智能控制的不足，設計一種LED燈聯網路燈節(jié)點裝置，該裝置包括路燈節(jié)點和路燈網關，利用該裝置可構建LED智慧照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現對照明系統(tǒng)的遠程控制，可進行PWM調光等功能，以達到使照明系統(tǒng)更加智能和節(jié)能的目的。
[0030]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機主機、ZLL網關和ZLL路燈節(jié)點模塊，所述ZLL網關負責zigbee light link協議與TCP/IP協議之間的轉換，所述ZLL網關與ZLL路燈節(jié)點模塊通過樹型拓撲結構進行自組織網絡連接;所述ZLL路燈節(jié)點模塊包括電源和穩(wěn)壓模塊、主控模塊、環(huán)境亮度監(jiān)測模塊、LED路燈驅動模塊和LED路燈模組，所述主控模塊的輸入端連接有環(huán)境亮度監(jiān)測模塊，所述主控模塊的輸出端依次連接有LED路燈驅動模塊和LED路燈模組，所述主控模塊還連接有電源和穩(wěn)壓模塊，所述電源和穩(wěn)壓模塊由DC電源和LDO穩(wěn)壓芯片構成，所述LED路燈驅動模塊包括驅動電路和LED開關電源；所述ZLL網關包括電源及穩(wěn)壓模塊、主控制模塊和以太網模塊，所述主控制模塊分別與所述電源及穩(wěn)壓模塊、以太網模塊電連接，所述電源及穩(wěn)壓模塊由DC電源和LDO穩(wěn)壓芯片構成。2.根據權利要求1所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，其特征在于:所述DC電源將220V交流轉變?yōu)?V直流，LDO穩(wěn)壓模塊5V供電，輸出3.3V直流，為主控模塊或主控制模塊進行供電。3.根據權利要求1或2所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，其特征在于:所述LDO穩(wěn)壓模塊采用REGl 117-3.3芯片為核心。4.根據權利要求1所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，其特征在于:所述主控模塊和主控制模塊均采用CC2530片上系統(tǒng)，支持Zigbee無線通信方式和zigbee lightI ink協議，以工業(yè)級8051微控制器為內核。5.根據權利要求1所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境亮度監(jiān)測模塊選用照度傳感器，與主控模塊自帶的AD轉換器進行連接，提供實時環(huán)境的亮度，主控模塊根據亮度值改變PWM輸出，利用CC2530自帶的16位定時器生成PffM波形，再通過調整高電平和低電平的占空比，來調整LED路燈模組的亮度。6.根據權利要求1所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，其特征在于:所述驅動電路采用NCP5106驅動芯片，LED開關電源采用Buck型LED開關電源，通過驅動芯片改變LED開關電源的輸出電壓，從而改變LED路燈模組的亮度。7.根據權利要求1所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，其特征在于:所述LED路燈模組采用四模組組成，單模組集成36顆LED燈珠。8.根據權利要求1所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)，其特征在于:所述以太網模塊采用以太網接口芯片W5500，控制信號和數據通過以太網接口芯片上傳到上位控制主機。9.根據權利要求1-8任一一項所述的一種基于ZLL技術的智慧路燈互聯系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:包括ZLL網關控制和ZLL路燈節(jié)點模塊控制: (A)ZLL網關控制: (1)網關上電復位后，首先進行系統(tǒng)初始化，包括硬件初始化和協議棧初始化，初始化是通過ZSEG int main()函數來實現； (2)接著網關進行廣播，網關發(fā)出scanrequest inter-PAN command frames的廣播包，通過RSSI來查找待配對的路燈節(jié)點，只需將網關與路燈靠近，zigbee網關可自動發(fā)現路燈，并獲得LED燈具的詳細信息； (3)路燈被發(fā)現后，會給出應答信息，網關發(fā)送一個COMMAND_IDENTIFY命令，該命令帶一個參數:SAMPLEREMOTE_CMD_I DENTI FY_T IME，路燈節(jié)點收到Identify命令后會給予相應，則設備標識成功； (4)建立ZLL網絡，ZLL網關發(fā)送一個network start request inter-PAN命令，網關等待上位機發(fā)送控制指令，并將指令轉發(fā)給路燈節(jié)點； (B)ZLL路燈節(jié)點模塊控制: (1)上電復位后，路燈節(jié)點首先進行系統(tǒng)初始化，通過調用ZSEGint mainO函數來實現包括硬件初始化和協議棧初始化； (2)接著等待網關啟動設備發(fā)現，成功被發(fā)現后，路燈節(jié)點通過發(fā)送ScanResponse來響應設備標識，在收到網關節(jié)點發(fā)送的Identify命令后通過zllTarget_Reg i s ter I dent i f y CB回調函數給予響應，此時路燈節(jié)點設備標識成功； (3)路燈節(jié)點通過調用ZStatus_tzllTarget_PermitJoin(uint8 durat1n)函數加入網關發(fā)起的ZLL網絡，等待網關發(fā)送的控制指令，并根據指令要求調用HalLedOnOff函數對路燈進行開、關控制，通過調用定時器函數以PWM方式進行路燈亮度調節(jié)。
【文檔編號】H05B33/08GK105960071SQ201610562418
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】蔡彬彬, 胡為民, 張云
【申請人】江蘇工程職業(yè)技術學院