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基于ZigBee无线调光的LED路灯控制系统设计 　　摘 要：?对目前路灯能耗大、控制简陋等诸多问题，文中设计了一种基于 ZigBee 无线调光的 LED 路灯控制系统，采用 LED 路灯代替传统路灯。该路灯系统以 CC2530 芯片为核心控制部件，采用 GHz - IEEE - ZigBee技术实现了控制中心和GPRS终端之间、GPRS终端与路灯之间及路灯与路灯之间的无线通信，通过改变 PWM 波的占空比来调节 LED 灯的亮度，显著减少了能耗。　　关键词：无线调光；LED 路灯；ZigBee 技术；无线通信　　中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095--00-03　　0 引 言　　随着城市边界的扩大与城乡一体化的发展，公共路灯的数量激增，运营维护的支出较为庞大。为了提升公共路灯的节能性与智能化，本文提出一种基于 ZigBee 无线调光的LED路灯控制系统设计，以降低能耗与运营成本。　　1 总体设计方案　　基于 ZigBee 无线调光的LED路灯控制系统主要由位于控制中心的中央控制模块和路灯系统组成。控制中心由多个控制终端组成，用于实时灵活地对整个系统进行调节和控制。路灯系统包括协调器模块和路灯模块。协调器模块包括GPRS终端、 ZigBee 协调器节点；路灯模块包括各ZigBee路由器节点以及120 W路灯驱动器。路灯系统用于接收来自中央控制模块的指令进行路由转发，实现对路灯的无线控制。根据程序设定或操作人员指令，系统通过运营商搭建的 GPRS 网络，将信号发送至各 GPRS 模块，并由其下辖的ZigBee网络协调器节点发出PWM波占空比增加或减少指令。各路由器节点接收协调器或上级路由器的指令，根据指令增减 PWM 波占空比并输出，通过 LED 驱动电路实现无线调光控制。同时路由器节点还可将指令传输给其他路由器节点。　　2 硬件设计　　 中央控制模块与GPRS模块　　中央控制模块中的Web网页端、手机App、PC端等平台，将指令传递到控制中心。控制中心通过现有的基站，使用 GRPS 移动通信网络将指令下发至路灯系统的 GPRS 模块。 GPRS 模块再将指令发送至其下辖的 ZigBee 网络中。系统结构框图如图1所示。　　 CC2530 芯片及外围电路　　ZigBee是基于标准的近距离无线组网通讯技术[1]。本设计路灯系统中的ZigBee协调器、路由器节点基于 CC2530 芯片搭建。CC2530是用于ZigBee 和RF4CE的一个真正的片上系统解决方案，其内部模块大致分为中央处理器和存储器模块，时钟和电源模块，外设和无线通信模块三类[2]。其集成化程度较高，能够节约硬件成本，简化布线工作，降低系统能耗，增强抗干扰能力，提高系统可靠性。　　CC2530内嵌RF内核控制模拟无线模块。当CC2530接收到无线信号时，首先经过低噪声放大器进行放大，再通过数字逻辑单元滤波等，最后经过D/A变换，通过功率放大器传输到天线，将信号发送出去，完成数据的无线传输。　　CC2530芯片内部系统的时钟源既可以选择16 MHz的RC振荡器，也可以选择32 MHz 的晶体振荡器。但是，若需要运行RF收发器，则必须选择高速且稳定的32 MHz的晶体振荡器。　　CC2530芯片为了实现低功耗的目标，提供了五种不同的运行模式，即主动模式，空闲模式，PM1，PM2和 PM3[3]。主动模式是完全功能的运行模式，而 PM3是用于获得最低功耗的工作模式，所有的振荡器都不运行。通过运行模式的调节，可以显著降低功耗，符合节能的需求。　　P0口可用作ADC输入口，可通过软件设置使用内部参考电压。将其应用于本设计中，能够对电压、电流进行实时监测，保证及时发现、处理异常情况。CC2530及外围电路如图2所示。　　 供电电路　　根据交流电220 V，50 Hz的准则及系统供电需求，供电模块主要分为两部分：一部分是AC-DC电路，另一个部分是DC-DC电路。　　 AC-DC 电路　　AC-DC电路是将220 V的交流电先通过EMC滤波电路进行滤波，尽量消除输入电压中的谐波，再通过桥式整流电路将交流电整流为直流电。AC-DC供电产生电路如图3所示。　　 DC-DC 电路　　本系统需要两种不同的直流电压， V 给芯片CC2530供电，12 V给调光电路中的比较芯片LM2902等供电。因此，DC-DC模块由两个电路组成：一个将LLC振荡电路产生的 35 V电压降为12 V，另一个将 BUCK 电路产生的12 V电压转为 V。　　BUCK电路采用MP2459芯片及外围电路构成，MP2459是一个降压、内置功率MOSFET的开关型变换器[4]。BUCK降压电路如图4所示。　　 V降压电路采用芯片及外围电路构成，