基于ZLL技术的智慧路灯互联系统设计探讨

吴福宝

江苏承煦电气集团有限公司 江苏省扬州市 225000

摘要：在智能化技术与自动化技术不断发展的过程中，智慧城市建设备受关注。而智慧路灯是智慧城市的关键环节，利用ZLL技术进行智慧路灯互联系统设计可以增强智慧路灯系统的稳定性与可靠性。为此，应做好路灯控制总体结构设计工作、ZLL硬件节点设计工作、路灯网关设计工作以及嵌入式软件设计工作。
关键词：ZLL技术；智慧路灯；互联系统

前言：

智慧照明是实现智慧城市建设的关键环节，实现智慧照明需要灵活应用照明节能技术并对照明进行智慧控制。而ZigBee是一种无线网络通信技术，具有结构简单、复杂度低、功耗低、成本低等优势，为了充分发挥ZigBee无线技术在智能照明中的作用，ZigBee联盟发布了ZigBee Light Link标准，为用户提供了照明方案。

1.智慧路灯概述

智慧路灯指的是可以利用先进的无线通信技术与电力线载波通信技术对路灯进行远程控制与管理的路灯^【1】。智慧路灯可以根据车流量改变自身的亮度、在出现故障时可以主动报警、进行远程照明控制，同时智慧路灯也具有远程抄表以及线缆防盗等功能，可以节约电能、降低路灯的维护成本。智慧路灯可以利用先进技术将城市当中的路灯联结起来，构建完整的物联网，对路灯进行远程控制，是智慧城市的关键构成部分。

2.基于ZLL技术的智慧路灯互联系统设计策略

2.1优化路灯控制总体结构设计

图一展示的是以ZLL技术为基础的智慧路灯互联系统总体结构，主要是由ZLL路灯节点模块、计算机主机以及ZLL路灯网关共同构成的。其中，ZLL路灯网关需要对ZigBee Light Link协议与TCP/IP协议进行转换，而ZLL路灯网关与ZLL路灯节点模块之间是由树型拓扑结构连接的，与传统的ZigBee网络当中的网关充当协调器节点不同^【2】。ZigBee Light Link协议中，ZLL路灯网关与ZLL路灯节点都属于路由节点。因此，树型拓扑结构这种连接模式比较适用于智慧路灯互联系统。

图一：基于ZLL的路灯互联系统总体架构

2.2优化ZLL硬件节点设计

图二展示的是路灯节点结构图。LED灯联网路灯节点主要包括DC电源、CC2530片上系统、LDO稳压模块、LED路灯模组、LED开关电源以及环境亮度监测模块。其中，电源与稳压模块是由DC电源与LDO稳压芯片共同构成的。LDO稳压模块当中可以采用REG1117-3.3芯片。在运行过程中，DC电源可以将220V交流电转变为5V直流电，LDO稳压模块会得到5V供电，同时也可以输出3.3V直流电压，从而使主控制器模块得到稳定的供电。主控制器模块采用的是CC2530上片系统，可以为ZigBee无线通信与ZigBee Light Link协议提供支持，其内核是工业级8051微控制器^【3】。环境亮监测模块采用的是照度传感器，可以连接CC2530上片系统当中的12位A/D模数转换器，根据实时环境的具体情况调整亮度，同时也可以根据亮度值的变化输出PWM。在这一过程中，可以直接利用CC2530上片系统当中的16位定时器自动生成PWM波形。之后需要对高电平与低电平的占空比进行调整，这样就可以改变LED路灯的亮度。LED路灯模组主要是由Buck型LED开关电源以及驱动芯片共同构成的。在调整LED路灯模组的亮度时，需要利用驱动芯片改变Buck型LED开关电源的输出电压。

2.3优化路灯网关设计

LED灯联网路灯网关当中主要包括三个模块，即以太网模块、电源与稳压模块以及主控模块。其中，电源与稳压模块是由DC电源与LDO稳压芯片构成的，DC电源可以将220V交流电转变为5V直流电，而LDO稳压模块可以得到5V供电，并输出3.3V直流电，从而使主控制器模块得到持续供电。主控制器模块采用的是CC2530上片系统，可以为ZigBee无线通信与ZigBee Light Link协议提供支持。而以太网模块当中应用的是以太网接口芯片W5500，可以通过该接口芯片传输控制信号与数据，使上位控制主机得到控制信号与数据。

2.4优化嵌入式软件设计

在进行嵌入式软件设计时，可以利用Z-Stack协议栈，这一协议栈是针对ZLL应用开发的，比较符合ZLL应用的需求。同时，可以选用IAR Embedded Workbench当作软件开发平台。智慧路灯互联系统嵌入式软件设计的重点在于路灯节点设计与路灯网关设计这两个部分。之前，在传统的ZigBee方式当中，设计人员会将网关当作协调器的节点，并在此基础上构建ZigBee网络。但是，ZigBee Light Link协议当中并没有协调器节点，所以会将网关当作路由器节点，让网关承担构建ZLL网络这一任务。

当网关上电复位之后，需要先对系统进行初始化处理，即对硬件进行初始化处理并对协议栈进行初始化处理。之后，需要利用网关进行广播，网关会发出广播包，并利用RSSI寻找需要配对的路灯节点。此时，只需要让网关靠近路灯，ZigBee网关就会明确路灯的位置与其他信息。当网关发现有可以配对的路灯节点时，网关节点就会标识路灯节点，而路灯节点被网关发现之后也会进行响应。网关会向路灯节点发送命令，即COMMAND_IDENTIFY命令，而这一命令当中含有一个参数，即SAMPLEREMOTE_CMD_IDENTIFY_TIME。当路灯节点接收到命令之后就会进行响应，这也代表着设备标识成功

^【4】。在完成设备标识之后，需要构建ZLL网络。ZLL网关会发送一个命令，即network start request inter-PAN命令。发送命令之后，网关需要等待上位机将命令传输给路灯节点。

当路灯节点上电复位之后，需要先对系统进行初始化处理。路灯节点可以利用ZMain文件夹当中的ZMain.C的ZSEG int main（）函数对硬件以及协议栈进行初始化处理。整个处理流程与网关节点系统初始化相同。

完成路灯节点系统初始化处理之后，需要等待网关进行设备发现，当路灯节点被发现之后，路灯节点需要通过发送Scan Response进行设备标识的响应。当接收到网关节点发送的Identify命令之后，路灯节点会利用zllTarget_Reg-isterIdentifyCB回调函数进行响应，这也代表着路灯节点设备标识成功。之后，路灯节点会利用ZStatus_t zllTarget_PermitJoin函数进入到网关构建的ZLL网络当中。进入网络后，路灯节点会等待网关发送的控制指令，并根据具体的指令要求调用HalLedOnOff函数，从而控制路灯的开关。同时，也可以通过利用定时器函数调节路灯的亮度。
结语：

在ZLL技术的基础上构建智慧路灯互联系统可以对智慧路灯进行远程智能控制，应当科学设计路灯控制总体结构、ZLL硬件节点、路灯网关以及嵌入式软件，从而增强照明系统的节能性与智慧性。
参考文献：

[1]蔡彬彬.基于ZLL技术的智慧路灯互联系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2017,17(03):54-56.

[2]陶玲,周贤国.基于阿里云IoT平台的小区智慧路灯控制系统设计[J].工业控制计算机,2021,34(11):41-42.

[3]陈永生,林吉勇,王超.智慧城市一体化集成5G路灯系统施工技术探讨[J].四川建筑,2021,41(S1):79-81+84.

[4]戴文涛.浅谈智慧基础设施架构——关于智慧路灯的几个误区[J].智能建筑电气技术,2021,15(05):111-114.