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)的需求也越來越大。以前，可能是有線方式的燈控系統(tǒng)，但它具有不靈活或布線困難等等諸多缺點(diǎn)。而克服這些缺點(diǎn)最好的方式就是實(shí)現(xiàn)無線燈控系統(tǒng)。在無線控制系統(tǒng)的方式中，這幾年流行起來的ZigBee無線技術(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。能幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)ZigBee技術(shù)的應(yīng)用。
二、ZigBee技術(shù)簡介
ZigBee是一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無線連接技術(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線網(wǎng)絡(luò)類型，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)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(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，如果沒有直接通路，還可以通過“多級跳”的方式來通信；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)的競爭和沖突；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)無需人工干預(yù)，保證整個系統(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，就是沒有使用費(fèi)的無線通信。 4、網(wǎng)絡(luò)容量大：一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254個從設(shè)備和一個主設(shè)備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在200多個ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
四、基于ZigBee技術(shù)的無線燈控系統(tǒng)解決方案
新型的太陽能信號燈控制系統(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)，采用太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電能供電，通過交通燈柱頂端的太陽能電池板來進(jìn)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(fā)射控制信號，達(dá)到無線同步控制運(yùn)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(tǒng)架構(gòu)

這種無線燈控系統(tǒng)的具有如下優(yōu)點(diǎn)：無須挖路布設(shè)控制線路，各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線自動組網(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)安裝方式對交通干擾所帶來的經(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，道路拓展等變化對原有預(yù)埋管線的干擾。由于系統(tǒng)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(hù)成本。由于系統(tǒng)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(tǒng)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(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)控制線路本身帶來許多麻煩，從而大大減少了設(shè)備購置成本，建設(shè)安裝成本和系統(tǒng)維護(hù)成本。

另外，從ZigBee技術(shù)角度來說，卓越的物理性能，整個網(wǎng)絡(luò)所使用的無線頻率是國際通用的免費(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：增加或者刪除一個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個系統(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，可以滿足低成本低功耗無線傳感網(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，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。也可以使用簡單AT命令進(jìn)行高級配置。也提供API方式來實(shí)現(xiàn)對模塊的自動控制和通訊。他們主要參數(shù)特征如下.

另外，方便用戶快速上手應(yīng)用，MaxStream提供開發(fā)套件，為您提供價(jià)廉的，一流的無線數(shù)據(jù)通信和支持。該套件包含快速建立和測試長距離無線數(shù)據(jù)鏈路所需要的所有硬件和軟件。