2024-01-23
高低电平照明方式智能控制灯
高低电平照明方式智能控制灯
城市道路照明越来越多地采用LED照明技术代替传统照明技术，其目的是减少电力的消耗。由于LED采用低压直流电源，很容易附加检测和控制电路，为路灯网络的智能化管理和进一步节能降耗带来便利。对于路灯网络的管理和控制，可以采用电力载波通信技术，技术的快速发展也使得短距离无线通信技术在应用成本、可靠性和通信速率等方面都优于电力载波通信技术，例如Zigbee 短距离无线通信技术。本文提出了一种利用短距离无线通信技术构建LED路灯无线传感器网络的解决方案，可以对LED路灯网络中的任意单个或多个灯或所有灯进行开关和调光，并检测发光亮度和亮度。电流参数，从而实现LED路灯网络的智能化管理。作为无线传感器网络，其架构应包含四个基本层次：物理层和数据链路层、网络层和应用层。 LED路灯无线传感器网络采用IEEE 802.15.4标准作为其物理层和数据链路层的技术标准，网络层和应用层融合在一起，单跳、双跳和变跳三种中继通信模式被用作网络协议的基础。本文重点研究LED无线传感器网络的体系结构，基于网络拓扑和通信节点的组成，讨论了网络层的协议包格式、路由的工作原理以及节点通信的设计流程。
1. 网络系统
LED无线传感器网络的网络系统是网络层路由的基础，包括节点组成和网络拓扑。
1.1 LED路灯传感器网络节点组成
LED路灯网络由多个均匀分布的路灯组成，每个LED路灯都是网络的一个通信节点，构建无线传感器网络。如图1所示，为了搭建无线传感器网络LED路灯节点的组成，除了照明部分的电路外，还需要额外增加LED电流采样、LED亮度检测、PWM控制等电路。 LED 亮度。每个LED路灯既是一个传感器节点，又是一个网络路由节点；每个节点包含一个微控制器（MCU，如cc2530），具有射频通信功能，既可以发送信号，也可以接收信号；每个节点都有一个32bit（比特）的唯一ID号。通过在物理层和MAC层采用IEEE 802.15.4协议标准，结合网络层和应用层的协议，将所有这些节点有机地组合在一起，形成LED路灯无线传感器网络。由于现有的一些网络层和应用层协议如Zigbee、RF4CE等，不太适合LED路灯传感器网络应用，因此需要重新设计网络层和应用层协议。
1.2 网络拓扑
根据LED路灯的分布规律，每个LED路灯作为网络节点构成一个无线通信网络，其拓扑结构如图2所示。(a)为信号逐点(单跳)拓扑图)中继传输，(b)为信号分离点(双跳)中继传输的拓扑图。为了便于下列网络应用协议的设计和讨论，做出如下定义：
（1）所有节点可分为2类，即LED路灯节点（简称LED节点，如a1 a2…an、b1、b2…bn）和路灯控制器节点（简称作为控制节点，如a、b)；
(2)相邻节点之间的距离为L，且每个节点的无线信号覆盖半径大于等于2L；
(3)根据节点的相对位置，节点可分为前驱节点和后继节点。前驱节点距离控制器较近，后继节点距离控制器较远。例如，a1是a2的前驱节点，a3是a2的后继节点。类似地，b2是b4的前驱节点，b6是b4的后继节点，依此类推。
（1）所有节点可分为2类，即LED路灯节点（简称LED节点，如a1 a2…an、b1、b2…bn）和路灯控制器节点（简称作为控制节点，如a、b)；
(2)相邻节点之间的距离为L，且每个节点的无线信号覆盖半径大于等于2L；
(3)根据节点的相对位置，节点可分为前驱节点和后继节点。前驱节点距离控制器较近，后继节点距离控制器较远。例如，a1是a2的前驱节点，a3是a2的后继节点。类似地，b2是b4的前驱节点，b6是b4的后继节点，依此类推。
4）控制节点与LED节点之间、LED节点相互之间，只要有无线信号可以覆盖的地方，就可以相互通信，不需要架设基站或者专门的路由协调设备。
（5）每个节点的32bit唯一ID号由两部分组成，即网络ID和节点地址（号），均为16bit。同一路灯网络中所有节点的网络ID相同；从控制器节点开始，节点地址按升序排列。
（5）每个节点的32bit唯一ID号由两部分组成，即网络ID和节点地址（号），均为16bit。同一路灯网络中所有节点的网络ID相同；从控制器节点开始，节点地址按升序排列。
