引言
　　路燈和景觀燈是城市夜晚一道亮麗的風(fēng)景線，也是城市中必需的公用照明設(shè)施。城市照明監(jiān)控系統(tǒng)是一種監(jiān)測(cè)與控制的集成系統(tǒng)。一套高效的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)可以節(jié)省大量的人力物力。但目前，我國(guó)城市照明監(jiān)控技術(shù)還比較落后，存在很多問(wèn)題。主要表現(xiàn)在目前的城市照明燈光大多采用分散手控和時(shí)控的方式，即在路燈配電箱中安裝定時(shí)器，按預(yù)定的時(shí)間自行開(kāi)/關(guān)燈，當(dāng)季節(jié)變化時(shí)需要人工干預(yù)來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間；而有些景觀燈開(kāi)關(guān)通常是人工手動(dòng)控制方法，即根據(jù)開(kāi)關(guān)燈時(shí)間表由值班人員手動(dòng)進(jìn)行開(kāi)、關(guān)燈操作?，F(xiàn)行的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)既不能及時(shí)調(diào)整開(kāi)/關(guān)燈的時(shí)間，又無(wú)法及時(shí)反映照明設(shè)施的運(yùn)行情況，并且故障率高、維修困難［1］。
　　基于ZigBee的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)可以很好地解決這些問(wèn)題，它采用了GPRS［2］和ZigBee［3］技術(shù)，不但可以采用電感降功率和電子整流器無(wú)級(jí)變功率等方法來(lái)節(jié)省路燈的用電量，還可以實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制照明設(shè)施狀態(tài)。本文主要闡述照明監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)［45］節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)方案。
　　1　照明監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
　　基于ZigBee技術(shù)的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)采用“監(jiān)控中心—網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)—單燈測(cè)控節(jié)點(diǎn)”的三層結(jié)構(gòu)，通過(guò)GPRS的技術(shù)將監(jiān)控中心的城市照明控制系統(tǒng)軟件和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，而網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)又通過(guò)ZigBee路燈網(wǎng)絡(luò)將路燈的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到相關(guān)的路燈節(jié)點(diǎn)。城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。
　　
　　圖1　城市照明監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
　　圖1中的路燈節(jié)點(diǎn)1至N通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)了路燈通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為該條道路的主控節(jié)點(diǎn)。通過(guò)GPRS通信技術(shù)和ZigBee技術(shù)的結(jié)合，可以將路燈的狀態(tài)信息發(fā)送到中心服務(wù)器，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。監(jiān)控中心通過(guò)對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制。
　　2　網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
　　2.1　網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件架構(gòu)
　　本設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要由主控芯片MCF52223、GPRS通信模塊、宏電H7710 DTU、ZigBee通信模塊MC13213［6］、EEPROM模塊AT24C256、液晶顯示模塊、按鍵以及應(yīng)用程序等組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
　　
　　圖2　網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)
　　2.2　主控芯片
　　主控芯片采用了Freescale公司生產(chǎn)的Codefire系列32位單片機(jī)MCF52223。該芯片不僅擁有UART、I2C、SPI、USB接口，還有A/D轉(zhuǎn)換接口、定時(shí)器接口等。它具有穩(wěn)定性好、可靠性高、接口豐富等優(yōu)點(diǎn)，可大大簡(jiǎn)化外圍硬件電路設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)成本與復(fù)雜度。它主要用來(lái)采集和處理從路燈節(jié)點(diǎn)上傳的狀態(tài)信息，并通過(guò)接收監(jiān)控中心發(fā)送的監(jiān)控命令對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)路燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控操作。
　　2.3　GPRS模塊
　　GPRS模塊采用宏電的H7710 DTU模塊，它是基于GPRS移動(dòng)通信數(shù)據(jù)通信網(wǎng)路的終端產(chǎn)品?？蔀橛脩?hù)提供高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專(zhuān)用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)擁有RS232/422/485及TTL電平接口，適用于環(huán)境惡劣的各種工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象等應(yīng)用場(chǎng)合，易于集成。
　　H7710 DTU屬智能性數(shù)據(jù)通信終端，安裝設(shè)置完成后，接入用戶(hù)數(shù)據(jù)源即可使用。正常運(yùn)行時(shí)無(wú)需用戶(hù)介入，且H7710正常運(yùn)行時(shí)，無(wú)需日常維護(hù)。在許多嵌入式應(yīng)用環(huán)境下通常只需通過(guò)數(shù)據(jù)中心發(fā)送檢測(cè)和維護(hù)信息來(lái)確認(rèn)終端是否正常運(yùn)行。用戶(hù)只需將數(shù)據(jù)送入H7710 DTU的串口，或者通過(guò)串口接收H7710 DTU傳輸來(lái)的命令幀進(jìn)行解析。
　　本設(shè)計(jì)方案中H7710 DTU通過(guò)UART1與MCF52223芯片進(jìn)行通信，H7710 DTU與MCF52223的接口電路如圖3所示。MAX3232是H7710DTU的外圍電路連接芯片。其中，TXD1為MCF52223的UART1發(fā)送數(shù)據(jù)引腳，RXD1為UART1接收數(shù)據(jù)引腳，DIN為串行數(shù)據(jù)輸入端引腳。