在高速公路燈控系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、應(yīng)用需求
現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，高速公路已經(jīng)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(hào)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(tǒng)的需求也越來(lái)越大。以前，可能是有線(xiàn)方式的燈控系統(tǒng)，但它具有不靈活或布線(xiàn)困難等等諸多缺點(diǎn)。而克服這些缺點(diǎn)最好的方式就是實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)燈控系統(tǒng)。在無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)的方式中，這幾年流行起來(lái)的ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)又是最好的選擇。而MaxStream公司的XBee系列模塊，是目前行業(yè)內(nèi)ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)的最好的OEM模塊之一。能幫助用戶(hù)快速實(shí)現(xiàn)ZigBee技術(shù)的應(yīng)用。
二、ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介
ZigBee是一種無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(Cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。星型結(jié)構(gòu)如圖1所示，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)如圖1所示

圖1： ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信；中心節(jié)點(diǎn)為ZIGBEE協(xié)調(diào)器，終端節(jié)點(diǎn)為ZIGBEE終端設(shè)備；所有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)；適合圓形分散、距離較近的傳感器聯(lián)網(wǎng)。

圖2： ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：系統(tǒng)采用多跳式路由通信；網(wǎng)絡(luò)容量很大；可以跨越很大的物理空間，適合距離較遠(yuǎn)比較分散的結(jié)構(gòu)。MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)的所有實(shí)體只有要通信范圍之內(nèi)，都可以互相通信，如果沒(méi)有直接通路，還可以通過(guò)“多級(jí)跳”的方式來(lái)通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；除此之外，網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。
三、ZigBee技術(shù)特點(diǎn)
1、通信可靠：系統(tǒng)采用了CSMA－CA的碰撞避免機(jī)制，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；采用完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，保證信息傳輸?shù)目煽啃浴?2、網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)：ZigBee的自組織功能：無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)。ZigBee自愈功能：增加、刪除或移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)無(wú)需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。 3、成本低廉：設(shè)備的復(fù)雜程度低，且ZigBee協(xié)議是免專(zhuān)利費(fèi)的，這些可以有效地降低設(shè)備成本；ZigBee的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的2.4GHz，就是沒(méi)有使用費(fèi)的無(wú)線(xiàn)通信。 4、網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在200多個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
四、基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)燈控系統(tǒng)解決方案
新型的太陽(yáng)能信號(hào)燈控制系統(tǒng)集結(jié)了交通管理、交通控制、綠色能源等全新的理念與技術(shù)，采用太陽(yáng)能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電能供電，通過(guò)交通燈柱頂端的太陽(yáng)能電池板來(lái)進(jìn)行聚集和儲(chǔ)存太陽(yáng)能，然后通過(guò)ZigBee主控制器向同一交通崗的各組交通燈發(fā)射控制信號(hào)，達(dá)到無(wú)線(xiàn)同步控制運(yùn)行的效果。

圖3： 利用ZigBee控制的太陽(yáng)能信號(hào)燈

圖4： ZigBee無(wú)線(xiàn)燈控原理

圖5：基于ZigBee的高速公路無(wú)線(xiàn)燈控系統(tǒng)架構(gòu)

這種無(wú)線(xiàn)燈控系統(tǒng)的具有如下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)須挖路布設(shè)控制線(xiàn)路，各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)連接，既降低了系統(tǒng)安裝成本，更重要的是避免了傳統(tǒng)安裝方式對(duì)交通干擾所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。隨時(shí)可以施工。而且，也避免了由于城市快速發(fā)展，道路拓展等變化對(duì)原有預(yù)埋管線(xiàn)的干擾。由于系統(tǒng)沒(méi)有地面控制箱和控制線(xiàn)路，避免了惡意破壞，大大減少了維護(hù)成本。由于系統(tǒng)沒(méi)有地面控制箱和控制線(xiàn)路，避免了惡意破壞；而且，整個(gè)控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊具有高集成度，高可靠性和低功耗，低成本，體積小等優(yōu)點(diǎn)，維護(hù)保養(yǎng)十分方便，只需更換相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可，避免了傳統(tǒng)控制線(xiàn)路本身帶來(lái)許多麻煩，從而大大減少了設(shè)備購(gòu)置成本，建設(shè)安裝成本和系統(tǒng)維護(hù)成本。

另外，從ZigBee技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，卓越的物理性能，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所使用的無(wú)線(xiàn)頻率是國(guó)際通用的免費(fèi)頻段(2.4 ~ 2.48Ghz ISM)， 傳輸?shù)姆绞绞强垢蓴_能力強(qiáng)的直序擴(kuò)頻方式（DSSS），特別適合在干擾較大的環(huán)境中使用。網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，ZigBee的自組織功能，無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；ZigBee自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無(wú)需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。

五、MaxStream的基于ZigBee技術(shù)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(mǎn)足低成本低功耗無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的特殊需求。該模塊易于使用，極低的功耗，以及提供設(shè)備間關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠傳輸。而且它小巧的外形條件有效的節(jié)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(guó)，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(rèn)配置支持廣泛的數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用。也可以使用簡(jiǎn)單AT命令進(jìn)行高級(jí)配置。也提供API方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的自動(dòng)控制和通訊。他們主要參數(shù)特征如下.

另外，方便用戶(hù)快速上手應(yīng)用，MaxStream提供開(kāi)發(fā)套件，為您提供價(jià)廉的，一流的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信和支持。該套件包含快速建立和測(cè)試長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路所需要的所有硬件和軟件。