基于Zigbee技术的机场高杆灯控制系统设计

刘海燕（大连德睿泰克科技有限公司，辽宁 大连 116085）

1 引言

高杆灯在每个机场都有着广泛的应用，这些高杆灯大都由机场中不同的配电室手动控制。这种人工分散控制成本高、效率低，控制质量也难以保证。由于分布范围广，沿途路径复杂，许多机场高杆灯升级改造面临许多困难。因而我们提出了一种新型的高杆灯照明管理系统，该系统采用Zigbee无线远程通讯技术，将高杆灯连接成一个可控的系统，具有本地、遥控等控制功能。工业级的硬件，使系统更加稳定；国际通用的无线2.4GHz的免费频段，系统保密性强、传输距离远，不会对机场其他的无线通讯产生任何干扰和数据误传。

2 Zigbee的定义与特点

Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，其数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

作为一种无线通信技术，Zigbee具有如下特点：

(1) 低功耗: 由于Zigbee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低, Zigbee设备非常省电。

(2) 成本低： Zigbee模块的初始成本很低，并且Zigbee协议免专利费。

(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。

(4) 网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络, 而且网络组成灵活。

(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。

(6) 安全：Zigbee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

3 基于Zigbee的机场高杆灯控制系统方案

3.1 系统构成

系统由监控中心计算机、无线监控单元和监控中心无线发射单元构成。

（1）监控中心计算机

监控中心计算机采用工业控制计算机，可靠性高。该计算机上运行LightMon监控软件，用于对高杆灯的监视和控制，LightMon可以对高杆灯进行定时控制，手动控制，成组控制，单个控制等。操作记录存储到数据库中，方便日后查询。

（2）无线监控单元

无线监控单元主要完成对高杆灯的控制和状态监视，同时与监控中心进行无线数据传输。

无线监控单元可以安装在高杆灯灯杆上，也可以独立安装在高杆灯旁边的固定支架上，如果高杆灯旁边有配电亭，还可以安装在配电亭上。

（3）监控中心无线发射单元

监控中心无线发射单元与监控中心计算机相连接，采用RS485或CAN总线，用于把监控中心的命令下传，或者是接收无线监控单元的上传数据。

3.2 信息传输与控制

采用2.4GHz的无线通讯设备，保证通讯的稳定性和抗干扰能力，以及不干扰机场其他通讯设备。配电室架设一个无线分站，若有某些配电室的位置比较特殊，采取架设无线中继站的方式保障通讯的可靠性。

（1）现场控制部分使用以太网智能I/O设备对高杆灯进行逻辑控制。以太网智能I/O可以通过架设好的无线网络与中控室进行通讯，以达到中控室对高杆灯的远动控制。

（2）以太网智能I/O有一定的逻辑判断能力，可以在网络瘫痪的情况下按照已经设定好的时间对高杆灯进行开启/关闭。

（3）中控室架设一台服务器，安装相关监控程序，操作人员通过直观的人机界面对高杆灯进行控制，按照用户要求可以对高杆灯分组控制，并且可对高杆灯开启关闭时间设置，也可对单一高杆灯进行开启关闭控制。若有需求，可以记录高杆灯的开启关闭时间，自动生成报表，并且对高杆灯故障有相关报警显示和记录。

（4）所有以太网智能I/O与位于中控室的服务器定时进行时间同步，保证所有高杆灯开启关闭时间一致。

3.3 开发平台

监控机操作系统：Microsoft Windows XP , Service Pack 3。

界面开发：Microsoft Visual Studio 2008旗舰版中的 C＃开发。

远程数据库开发：Microsoft SQL Server 2008。

本地数据库开发：Microsoft Office 2007企业版。

其它程序：Microsoft Visual Studio 2010企业版中的 C＃开发。

3.4 系统功能特点

（1）控制方式灵活

系统可以通过无线网络远程控制高杆灯，主要控制方式有定时控制、立即控制、单点控制、分组控制等。并可通过监控中心随时了解高杆灯的开关状态，还可以通过检测回路电流的方法，检测是否有坏灯，达到了遥控、遥测、遥视的“三遥”功能。

（2）可靠性高、成本低廉、施工简单

系统全部采用进口工业级电控元件，完全满足室外使用要求。系统一次性投资，没有任何延续费用，成本低廉。安装系统时，无需铺设电缆，直接安装设备，四季均可施工。

（3）系统可扩展性强

系统对外预留了RS232、RS485、CAN等通信接口，同时还提供了4路继电器干接点输出，方便用户把其他系统接入到高杆灯监控系统中来，实现系统的无限扩展功能。

4 结语

Zigbee无线数据采集传输系统采集稳定、可靠、方便、实用，安装费用低廉，维护简单，无忧升级，不需要租用公网，也无须巨额运行费用。

基于Zigbee的高杆灯监控系统提高开、关灯的可靠性和可检查性，从而做到合理及时开、关灯，不但能节省电能，而且还可延长高杆灯的使用寿命，方便管理，保证亮灯率，提高了维护、维修的针对性和工作效率。

[1] Zigbee Document 053474r06, Version 1.0：Zigbee Specification.

[2] 李善仓, 张克旺. 无线传感器网络原理与应用[M]. 北京:机械工业出版社, 2008.

[3] 瞿雷, 刘盛德,胡咸斌. Zigbee技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.