在高速公路燈控系統中的應用

一、應用需求
現代社會的發展，高速公路已經成為交通的一種非常重要的方式。而高速公路上的不同路段，各種燈控又是不可或缺的。比如信號指示燈，照明燈，霧燈等。而且，隨著高速公路里程的增多，各種燈控系統的需求也越來越大。以前，可能是有線方式的燈控系統，但它具有不靈活或布線困難等等諸多缺點。而克服這些缺點最好的方式就是實現無線燈控系統。在無線控制系統的方式中，這幾年流行起來的ZigBee無線技術又是最好的選擇。而MaxStream公司的XBee系列模塊，是目前行業內ZigBee技術實現的最好的OEM模塊之一。能幫助用戶快速實現ZigBee技術的應用。
二、ZigBee技術簡介
ZigBee是一種無線連接技術的商業化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用。 ZigBee標準基于802.15.4協議棧而建立，具備了強大的設備聯網功能，它支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構、網狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)，特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。星型結構如圖1所示，網狀結構(Mesh)如圖1所示

圖1： ZigBee星型網絡結構

星型網絡結構特點：支持點對點、點對多點通信；中心節點為ZIGBEE協調器，終端節點為ZIGBEE終端設備；所有數據經過中心節點；適合圓形分散、距離較近的傳感器聯網。

圖2： ZigBee網狀網絡結構

MESH網狀網絡結構特點：系統采用多跳式路由通信；網絡容量很大；可以跨越很大的物理空間，適合距離較遠比較分散的結構。MESH網狀網絡拓撲結構的網絡具有強大的功能，網絡的所有實體只有要通信范圍之內，都可以互相通信，如果沒有直接通路，還可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網絡；除此之外，網絡還具備自組織、自愈功能。
三、ZigBee技術特點
1、通信可靠：系統采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，避免了發送數據時的競爭和沖突；采用完全確認的數據傳輸機制，保證信息傳輸的可靠性。 2、網絡的自組織、自愈能力強：ZigBee的自組織功能：無需人工干預，網絡節點能感知其他節點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡。ZigBee自愈功能：增加、刪除或移動節點，節點發生故障等等，網絡都能夠自我修復無需人工干預，保證整個系統仍然能正常工作。 3、成本低廉：設備的復雜程度低，且ZigBee協議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本；ZigBee的工作頻段靈活，為免執照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信。 4、網絡容量大：一個ZigBee網絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在200多個ZigBee網絡。
四、基于ZigBee技術的無線燈控系統解決方案
新型的太陽能信號燈控制系統集結了交通管理、交通控制、綠色能源等全新的理念與技術，采用太陽能代替傳統的電能供電，通過交通燈柱頂端的太陽能電池板來進行聚集和儲存太陽能，然后通過ZigBee主控制器向同一交通崗的各組交通燈發射控制信號，達到無線同步控制運行的效果。

圖3： 利用ZigBee控制的太陽能信號燈

圖4： ZigBee無線燈控原理

圖5：基于ZigBee的高速公路無線燈控系統架構

這種無線燈控系統的具有如下優點：無須挖路布設控制線路，各設備之間實現無線自動組網連接，既降低了系統安裝成本，更重要的是避免了傳統安裝方式對交通干擾所帶來的經濟損失。隨時可以施工。而且，也避免了由于城市快速發展，道路拓展等變化對原有預埋管線的干擾。由于系統沒有地面控制箱和控制線路，避免了惡意破壞，大大減少了維護成本。由于系統沒有地面控制箱和控制線路，避免了惡意破壞；而且，整個控制系統的各個模塊具有高集成度，高可靠性和低功耗，低成本，體積小等優點，維護保養十分方便，只需更換相應節點即可，避免了傳統控制線路本身帶來許多麻煩，從而大大減少了設備購置成本，建設安裝成本和系統維護成本。

另外，從ZigBee技術角度來說，卓越的物理性能，整個網絡所使用的無線頻率是國際通用的免費頻段(2.4 ~ 2.48Ghz ISM)， 傳輸的方式是抗干擾能力強的直序擴頻方式（DSSS），特別適合在干擾較大的環境中使用。網絡的自組織、自愈能力強，ZigBee的自組織功能，無需人工干預，網絡節點能夠感知其他節點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡；ZigBee自愈功能：增加或者刪除一個節點，節點位置發生變動，節點發生故障等等，網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統仍然能正常工作。

五、MaxStream的基于ZigBee技術的XBee系列模塊
XBee OEM RF模塊是與ZigBee/IEEE 802.15.4 兼容的解決方案，可以滿足低成本低功耗無線傳感網絡的特殊需求。該模塊易于使用，極低的功耗，以及提供設備間關鍵數據的可靠傳輸。而且它小巧的外形條件有效的節省了板卡空間。如圖6所示。

XBee / XBee-pro模塊工作在ISM 2.4 GHz頻率波段，而且它們是引腳兼容可互換的。該模塊在美國，加拿大，澳大利亞，以色列以及歐洲廣泛使用。建立RF通信不需要任何配置，該模塊的默認配置支持廣泛的數據系統應用。也可以使用簡單AT命令進行高級配置。也提供API方式來實現對模塊的自動控制和通訊。他們主要參數特征如下.

另外，方便用戶快速上手應用，MaxStream提供開發套件，為您提供價廉的，一流的無線數據通信和支持。該套件包含快速建立和測試長距離無線數據鏈路所需要的所有硬件和軟件。