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基于ZigBee网络的校园户外照明管理系统
作者：曹佳维 杜荣旭 黄渊森 李德龙 来源：《商情》2017年第07期
照明光源的研究日益成熟，在智能化物联网化的今天，照明的智能控制还是短板，尤其是照明需求量大的校园。ZigBee是一种双向无线通讯技术，拥有低功耗、低成本、低复杂度、延时短和网络容量大的特点，与蓝牙、Wi—Fi相比更适用于校园户外照明管理的数据传输。本文将重点介绍基于ZigBee网络的校园户外照明管理系统的设计想法，使校园照明户外照明管理更加智能化。
ZigBee技术控制智能化
一、关于户外照明与校园户外照明的分析 1、户外照明现状分析
十三五规划中，在各级政府的报告中多次出现了智能城市等相关的词汇，智能照明作为智能化城市的一部分，则是扮演着其重要的作用，并且如今的户外照明的增速已经超过40%，市场的潜力巨大，如今的LED技术则是被广大的应用，先进的光源技术更加需要的是先进的控制技术。同时有相关的专家提出，智能化的照明不应该是局部开关控制，而应该是真正意义上的实现智能化，真正的体现出它的智能化，由此可见，户外照明的智能化已经成为以后发展的必然趋势。
2、为何选择校园的户外照明
如今的校园户外照明主要涉及路灯及部分指示性灯具，其中部分高校已经安装LED路灯，例如天津工业大学自制的LED路灯已经运行十余年，但智能的控制系统至今还不完善。所以此次的智能化设计针对于学校主要有以下几点。第一，学校属于国家教育的支柱，很多新生事物的兴起与发展都在学校发起，具有领头羊的作用；第二，学校的师生以及工作人员有着较为规律的作息时间，对于整体的人员的管理较为容易；第三，学校的户外照明利用率低，尤其夜间休息后，学校封校，无人走动，造成资源的大量浪费。基于以上几点，我们对学校的户外照明进行智能化控制。 二、ZigBee技术简介
ZigBee是一种双向无线通讯技术，可工作在2.14GHz、868MHz和915 MHz频段上，具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率。作为一种无线通信技术，ZigBee技术具有如下特点：
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（1）低功耗：由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，且采用了休眠模式，功耗低，因此该设备非常省电。
（2）成本低：由于该模块的复杂度低，ZigBee协议免专利，且所使用的频段无需付费，故成本较低。
（3）时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。
（4）网络容量大：一个星型结构的ZigBee网络最多可容纳一个主设备和254个从设备和，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，且网络组成灵活。 （5）ZigBee、蓝牙及Wi-Fi技术的对比
如今的无线传输技术主要有ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等，它们各有自身的独特之处。下表详细地列出了这三种技术在单点覆盖距离、电池寿命、传输速率等方面的指标。
对比上述三种技术不难发现，ZigBee技术在低功耗、低复杂度以及低成本方面都表现不俗。
三、校园户外照明智能化的具体功能介绍
我们的主体设计是应用ZigBee模块将校园网络中的灯具与传感器等进行连接，让其具备自动开关、故障检测、人员管理、数据分析等一系列的功能，实现节能减排加智能化校园的目的。
1、自动开关功能
我们在每个灯上面加上了一个人体检测模块以及红外模块，当有人或者车辆靠近的时候可以提前的开启路灯，同时将信息传递给下一个路灯，让其提前到的打开路灯，为体验者提供更好的照明效果，当一段时间检测不到人或者车辆的时候，降低灯具的光照强度，从而减小灯的耗能。
2、故障检测功能
在灯具的底端，我们还装有一个光强检测模块，让其对光强有一个时实的检测的功能，同时对于异常的数据，例如人体检测模块检测到人，但整体的光强却没有明显的变化，说明灯具的某些部位产生了故障，这时候通过ZigBee的通讯传输给信息的终端，人们就可以进行更快的维护，更加的节约了成本。 3、人员管理功能
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通过人体检测、红外等的监测，再者就是ZigBee通讯网络的行成，信息的终端可以收到各个位置传来的报告，路灯的亮与灭，其实就是人们活动范围以及频率的体现，通过这种方式我们可以更加清楚的了解整个学校人员的流动，并且对夜间的防盗提供了更有利的保障。 4、数据分析功能
每隔一定的区域，我们会设立一个小型的数据分析站，对整个的校园的户外灯具的使用情况做一个整体的统计与分析，为未来更加节能及智能话的产生，做了良好的数据基础，并对自己的产品的优化做了良好的保障。
我们此次的想法已经通过了实验室阶段的验证，全部符合相应的功能要求，软件与硬件功能正常，且具有良好的稳定性，但是距离成品的发布还需要一定的时间，今后的优化与革新将是我们的发展新方向。 四、总结
在智能化物联网化的今天，如何选择合适的技术与日常使用巧妙的结合是很重要的。利用低功耗低成本的ZigBee技术与复杂的校园户外照明控制系统相结合，让校园户外照明控制更加便利简洁，也节约了社会资源，起到了节能减排的作用。 参考文献：
[1]黄智伟.ARM微控制器应用设计与实践.北京航空航天大学出版社，2014. [2]谢金龙.物联网无线传感器网络技术与应用.人民邮电出版社，2016. [3]何钦明.C语言程序设计.高等教育出版社，2012.