1、 摘要IAbstractII1 引言11.1 课题研究的背景11.2 物联网技术的应用及发展前景11.3 物联网技术应用在路灯监控系统中的重要意义21.4 研究任务及内容22 监控系统的相关技术32.1物联网技术32.2 ZigBee技术52.2.1 ZigBee概述62.2.2 ZigBee协议栈和网络拓扑结构6 2.3 GPRS技术82.3.1 GPRS简介82.3.2 GPRS特点82.3.3 GPRS网络体系结构92.3.4 GPRS协议栈112.4 系统的总体结构设计113系统硬件设计12 163.1 路灯集中控制器的硬件设计12 3.1.1 微控制器核心电路13 3.1.2 电源电
2、路15 3.1.3 USB转串口、USB 电路及电源部分电路16 3.1.4 JTAG调试电路17 3.1.5 GPRS无线通信模块电路18 3.1.6 ZigBee无线通信模块电路19 3.1.7 电参数测量模块203.2 单灯控制器硬件设计21 3.2.1 路灯开关电路22 3.2.2 环境光控制电路23 3.2.3 传感器检测电路24 3.2.4 故障检测电路24 3.2.5zigbee模块控制终端模块电路254 系统软件设计274.1 软件的开发环境274.2 微控制器的主程序设计274.3 GPRS 通信模块程序设计294.4 ZigBee 无线通信模块程序设计314.5 电参数采集
3、程序设计334.6 单灯控制器程序设计344.7 监控管理中心软件结构344.8 本章小结345总结与展望355.1 工作总结355.2 展望 35致 谢37参考文献38附录1硬件电路原理图40附录2元器件清单45附录3部分程序清单46VI1 引言1.1 课题研究的背景当今社会，经济基础决定上层建筑，城市交通安全越来越受社会的广泛关注，因此对夜晚路灯的智能化要求也越来越高。为了满足经济和社会的可持续发展标准，路灯照明工程的需求和监管亟待改革，传统的路灯照明没有采用集中的控制管理模式，该模式照明管理量巨大，当路灯出现故障时故障维修相当复杂，对维修工人来说相当繁琐，并且不能远程监控，单个路灯出现问
4、题的统计查询功能相对弱等。路灯在夜间如果被损坏不能及时维修，这就大大增加了交通事故发生的可能性。如果有一套智能系统监管就可以实现自动检测甚至自动解决问题了。因此，如何通过现有的科学技术，采用什么样的通讯网络和智能控制器，使用什么样的路灯控制模式是值得关注和研究的。物联网技术是近几年发展势头十分迅猛的行业，物联网集成了传感器、嵌入式计算，现代无线网络及无线通信，分布式信息处理技术等。ZigBee技术作为一种无线传感器技术已经发展完善，该无线技术用在智能路灯监控系统中，是足以实现路灯遥控和遥测的。1.2 物联网技术发展及前景 物联网集成了传感器，嵌入式计算，现代网络及无线通信，分布式信息处理技术，
5、ZigBee技术作为物联网技术，建立了基于ZigBee技术的无线网络节点将成为未来工业设备控制、环境监测、电力控制、智能大厦、卫生保健等的基础 ，在应用领域成为新的亮点 ，它解决了传统的基于GPRS技术的无线控制方案成本高的大问题，一个新的低成本、低功耗、高安全性、高稳定性的ZigBee技术将飞速发展。ZigBee技术的应用前景十分广阔，全球OEM厂商正在积极引入医学、海事安全 、家庭自动化、恒温设备、安全监控、电子消费品和仪器设备等，ZigBee技术将成为全球无处不在的新技术，将在世界的各个角落得到广泛的应用本文针对路灯控制问题的现状，结合物物联网技术是这几年发展相当迅速的无线网络技术，从广
6、义上来讲，物联网是信息与物体的一次大融合，简单地说，它是将网内的事物用数字化、网络化联系到一起，实现高效信息交互的一种手段，它是信息化在社会中一次大融合，它将融入到人们生活的方方面面1。 物联网集 案 括无 数据采成了传感器，嵌入式计算极引入医学，海事安全，家庭自动化，现代网络及无线通信， 分布信处 技术，ZigBee 作为物联网技术，建立了基于ZigB的无线将成为未来工业设备控制，环境监测，电力控制，智能大厦，卫 卫生保健，如在在应用 域的新的亮点，改变了传统的基于GPR术的无线控制方案的成本成本高高，一个的低成本 功耗，高安全性，性和ZigBee技术的 集的抗干业控等问题，将成为未来无线控
7、制的主流技术，将被广泛使用。ZigBee技术的应 前景 广阔，全球OEM厂商正在积，恒温 备，安 监控， 为 联网技术目前所具有的优势，设计了一套基于ZigBee和GPRS技术的路灯控制系统。该系统采用无线zigbee技术控制方式代替传统的有线监控系统，彻底解决了线缆冗余的诟病，不仅结构相对简单，其成本低，而且大大提高了系统的运行性能1。 1.3物联网技术应用于路灯监控系统的意义（1）节约电能和成本该系统可采集到外界光照强度，按照光强来自动调节路灯的亮度，在不影响路人夜间出行的情况下可以节约不少电能，系统在实现无线单灯控制后，传统的双线电缆将大大减少，电路也相对简化，这样下来就至少能节约50%
8、的电缆及施工费用2。（2）节约维护费用通过监控中心对每盏路灯的实时控制，可以及时对单一故障进行及时的反馈，监控中心系统可以随时了解每一盏路灯的即时运行情况，维护路灯人员不必去现场就可以掌握所有路灯的运行情况，这就大大节约了维护费用。（3）提高灯具寿命监控中心系统可预判光照情况，从而来减少路灯运行时间或者降低路灯的亮度，通过采用开关时间调整的节能方式是可以延长路灯的使用寿命的2。（4）实现远程数字化管理 实现路灯系统的远程数字化管理，集中起来数字化管理路灯运行情况，收集数据，分析数据，可对路灯系统初步的评估和故障预判。1.4研究任务及内容在如今的社会里,城市的路灯照明不仅仅与人们的生活密切相关,
9、同时也反映了现代城市形象。城市对路灯亮灭的比率、路灯开关性能的准确性、故障检测和实时维护及时性也要求越来越高,急切的需要科学技术的升级改造,通过技术革新,提高科学技术水平和服务水平的城市照明管理系统,以便达到国内外一级公路照明水平,从而满足新形势下的城市建设和发展的需要3。本文的设计目的是在如今路灯的规模越来越大的情况下，传统的路灯集中控制已经不能满足控制要求，因此提出了以物联网为技术基石的无线路灯控制系统，对当今的路灯控制系统进行改造，利用zigbee技术实现对路灯单一控制，效率高，成本低。同时用GPRS技术实现信息的远距离传输，实现路灯与人的通信。 经过分析目前国内外传统路灯系统，提出了新
10、型路灯系统的设计方案，本文对路灯系统的总体设计方案、路灯集中控制器的软硬件设计给出了详细的设计思路。2 监控系统的相关技术2.1物联网技术物联网这个概念是1999年麻省理工学院提出的，指出所有物体都是可以实现网络连接的。国际电信联盟在大会上指出，日常生活中物体可以在内部安装便携式接受发送设备，通过物联网实现相互连接，那么人与人之间的沟通可以蔓延到任何地方，可以延伸到的人和事物之间的通信。物联网概念兴起的关键，在很大程度上得益于ITU把物联网作为2005年度报告网上的醒目标题。当时ITU报告的内容，对互联网尚缺乏一个明确的界定，但这不影响物联网在现代社会的发展，甚至带来一个物联网潮流。目前来说，
11、国内还没有就物联网达成一个广泛的定义，但是从物联网基本性质来说，它就是现代信息技术随着时代发展到一定程度的产物，用哲学上的话说就是“量变导致质变”，应用技术提升各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术的融合，在综合应用后，使交流的对象创建一个新世界的智慧产物。随着网络技术的发展，信息技术几乎涉及到各个方面，它是一种必然产物，是一种创新应用平台。可以看作信息技术的第三次革命。物联网有三层含义：第一，互联网对象必须是能够实现相互联通的，这个是根本；第二是识别和通信功能，物联网具有一定的自动识别能力，也就是与物体通信（M2M）的功能；第三，网络应该具有的自动化、智能化的特征，还应该具备自我反
12、馈问题特点。鉴于中国当今经济的状态,爱德华说：“中国是第三世界大国，经济实力雄厚,政府有着坚定的信念,有着雄厚的资金做后盾,建设“智慧的地球”。运筹帷幄。毋庸置疑的是，这一战略将产生巨大的价值。在战略会议上,IBM提出了“智慧”的概念，若实施基础设施建设,可在短期内实现经济快速增长，如今社会上许多重大问题,如金融危机等,事实上,都能够用更加“智慧”的方法解决。2008年以来，全球经济低迷，这将促生新的产业和市场,趁着这个难得的机会,不但可以不受经济危机的影响，反而可以趁此机会快速的发展起来。1965年前后出现了大型机1980个人电脑开始普及,互联网革命是在1995年左右发生的，这都是变革的象征
13、。每一个这些技术变革，都对企业、产业乃至国家产生了重大的影响，产生了新的竞争模式。互联网革命在一定程度上是以美国为中心的“信息高速公路”的策略。业内专家如是说,网络时代的来临，是一个新的生活方式的开始,将成为人类新的生存方式的一种。可以说世界上的很多事物,都可以通过网络实现统一，人类信息社会将进入一个新的维度。2.2 ZigBee技术2.2.1 ZigBee概述 ZigBee（紫蜂协议）是一种短距离的无线通信技术。这个名字源字符跳舞的蜜蜂,蜜蜂依靠飞行和“嗡嗡声”震动翅膀的“舞蹈”在一定范围来传递花粉信息。也就是说,蜜蜂可以通过这样的方式构成一组通信网络。 紫蜂协议的特点是短距离、复杂程度低、
14、自组织、功耗低、低数据速率。可以实现无线连接,可以在三个频段的2.4 ghz(全球),868 MHz(欧洲)和915 MHz(美国),传输速率最高250 kbit / s,，其传输距离在10 - 75米的范围,但可以继续增加5。Zigbee的主要技术特点如下：(1) 成本低： ZigBee模块的初始成本在六美元左右，ZigBee协议是免专利费的。(2) 时延短: 典型搜索设备时延30ms,休眠激活时延是15ms。(3) 可靠性高: 采取碰撞避免策略，同时为需固定带宽的通信业务预留专用时隙。(4) 安全性能好： 具有完整的性能检查功能。(6) 低功耗: ZigBee传输速率相对较低,收发功率仅为1mW,可采用睡眠模式，节能突出。2.2.2 ZigBee协议栈和网络拓扑结构1.Zigbee协议栈ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议， 该协议从下到上分别为物理层、媒体访问控制层、传输层、网络层、应用层等6。ZigBee协议是以OSI七层参考模型为基础的,分层结构如图2-1所示应用汇聚层应用接口网络层数据链路层
