隨著近幾年國家對能源結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整,能源需求不斷加大,太陽能作為一種可再生能源,其環(huán)保、無污染、分布廣泛的特點(diǎn)越來越受到人們的關(guān)注。重慶太陽能燈以太陽能路燈應(yīng)用為代表的道路照明工程越來越多的地方被各級政府所看好。
隨著近幾年國家對能源結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整,能源需求不斷加大,太陽能作為一種可再生能源,其環(huán)保、無污染、分布廣泛的特點(diǎn)越來越受到人們的關(guān)注。
重慶太陽能燈以太陽能路燈應(yīng)用為代表的道路照明工程越來越多的地方被各級政府所看好。
同時(shí),隨著無線通信技術(shù)尤其是Zigbee技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用,提出了將Zigbee技術(shù)應(yīng)用于路燈的管理控制。這種方法靈活方便、無需考慮布線、維護(hù)簡單,可以遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)路燈的控制管理。
由于港口航道路燈架設(shè)在海上,外部環(huán)境惡劣,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)適合并且必須利用Zigbee技術(shù)來實(shí)現(xiàn),同時(shí)將太陽能作為系統(tǒng)供能環(huán)節(jié),更加節(jié)能、環(huán)保。
1 ZigBee技術(shù)
ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,ZigBee技術(shù)是一種低速、短距離、低功耗的無線通信傳輸技術(shù)。ZigBee技術(shù)具有功耗低、成本低、速率低、距離近、時(shí)延短、容量高、安全高等特點(diǎn)。ZigBee協(xié)議從下到上共分5層,分別為物理層 (PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。Zigbee網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,支持星型、網(wǎng)型、樹狀的無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最多能夠擁65 535個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址都是由ZigBee的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)分配。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍都是在30~100 m之間,除此之外,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸距離可以通過使用功率放大器以及多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到擴(kuò)展[2]。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)由太陽能控制器將太陽能板和蓄電池的充放電狀態(tài)、路燈的狀態(tài)信息通過串口傳輸給控制處理器,控制處理器通過另一串口將采集的信息發(fā)送給Zigbee模塊,Zigbee模塊將狀態(tài)信息無線傳輸?shù)交具M(jìn)行匯總。
同時(shí),控制處理器輸出一個(gè)占空比可調(diào)的PWM信號給驅(qū)動器,此PWM信號控制驅(qū)動器的輸出功率隨占空比呈線性變化來控制路燈的亮滅和亮度。最終,控制采集器將太陽能板和蓄電池充放電狀態(tài)、路燈的通信狀態(tài)、電壓、電流以及溫度等信息通過無線通信模塊傳輸給服務(wù)器,并將這些信息在顯示屏上顯示出來。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2.1 太陽能模塊設(shè)計(jì)
此模塊的主要工作機(jī)理是晴天時(shí)太陽能板吸收光能,為蓄電池充電的同時(shí)對路燈和無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊提供電能,遇到陰天或下雨等無光照天氣,則由蓄電池代替其為路燈和無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊提供所需的能量,以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其中,太陽能板通過 MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)太陽能電源控制器進(jìn)行連接,MPPT分別與路燈、蓄電池和控制處理模塊進(jìn)行連接,完成該模塊的功能。將MPPT與電腦相連,可以觀測太陽能板吸收光能以及對蓄電池充電的情況,數(shù)據(jù)清晰準(zhǔn)確。
本系統(tǒng)用于港口航道路燈監(jiān)控,網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)多。相對于星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)覆蓋的物理范圍更大,容納的網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)更多,網(wǎng)絡(luò)可靠性更強(qiáng)。因此,系統(tǒng)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
在樹狀網(wǎng)絡(luò)中,設(shè)備除了能與自己的父節(jié)點(diǎn)或者子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)直接通信外,其它消息的傳輸只能通過樹狀路由完成,且息的傳輸是先上行再下傳。
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