【導(dǎo)讀】利用率，如何節(jié)能，已經(jīng)受到人們的關(guān)注。本論文針對(duì)目前路燈控制系統(tǒng)落后而出現(xiàn)的。實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理以及維護(hù),確保路燈的高效穩(wěn)定和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。電路、串口通信電路、LED照明控制電路、時(shí)鐘電路、光強(qiáng)采集電路等硬件設(shè)計(jì)。因此，本論文設(shè)計(jì)的無線路燈控制系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)有更多的優(yōu)勢(shì)，具。有很好的應(yīng)用前景。

　　

【正文】 Y 圖 317 星狀網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建圖 網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建與設(shè)備的加入都是建立在協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)層，而不需要人為的去設(shè)定各種參數(shù)，為開發(fā)提供了良好的環(huán)境。在 ZStack 中，無線之間的傳輸是通過特定的通信協(xié)議去規(guī)范的，開發(fā)人員只需改變其中的一些參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 無線幀主要有 2 種，分別是信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀。信標(biāo)幀用于整個(gè)系統(tǒng)的同步運(yùn)行，避免數(shù)據(jù)沖突、丟失等現(xiàn)象出現(xiàn)。數(shù)據(jù)幀由應(yīng)用層（ APL）生成，接著傳遞給 MAC 加上幀頭和幀尾等必要的結(jié)構(gòu)，再由硬件發(fā)送出去 [17]。兩種幀結(jié)構(gòu)如圖 318所示 : 以下是協(xié)議棧中無線數(shù)據(jù)幀的發(fā)送函數(shù)： AF_DataRequest( amp。SampleApp_Periodic_Addr, //發(fā)送目的地址、端點(diǎn)地址以及通信方式 amp。SampleApp_Com //發(fā)送源的端點(diǎn) 開始 初始化 掃描周圍終端 向終端發(fā)送信標(biāo) 是否找到設(shè)備 收到終端加入命令 分配終端地址 加入網(wǎng)絡(luò)成功 開始 初始化 收到入網(wǎng)信標(biāo) 向協(xié)調(diào)器發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求 獲取網(wǎng)絡(luò)地址 加入網(wǎng)絡(luò)成功 進(jìn)入任務(wù)輪詢 基于 ZigBee 技術(shù)的無線路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 SAMPLEAPP_COM_D_MARU //可自定義組 ID Long+1, // 數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度 Data, //數(shù)據(jù) amp。SampleApp_TransID, //數(shù)據(jù)幀序列 AF_DISCV_ROUTE, //發(fā)送方式 AF_DEFAULT_RADIUS )。 //傳遞節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù) 在本設(shè)計(jì)中，無線傳輸方式是廣播，目的地址是 0XFFFF，即網(wǎng)絡(luò)中所有的終端設(shè)備 [18]。如果某終端處于休眠狀態(tài)，使用該目的地址時(shí)，數(shù)據(jù)將會(huì)存儲(chǔ)在協(xié)調(diào)器內(nèi)存中，直到終端被喚醒時(shí)發(fā)出。簇 ID 設(shè)置為 3，序列號(hào)與發(fā)送選項(xiàng)使用默認(rèn)設(shè)置。所傳遞的數(shù)據(jù)放置在 Str 數(shù)組里面。 當(dāng)接收端，登記任務(wù) ID 之后，傳入的 AF 無線數(shù)據(jù)會(huì)觸發(fā)協(xié)議棧里面的任務(wù)輪詢函數(shù) SampleApp_ProcessEvent( )。函數(shù)會(huì)根據(jù)所觸發(fā)的事件執(zhí)行任務(wù)。其中 AF 接收數(shù)據(jù)任務(wù)為 case AF_INCOMING_MSG_CMD。本設(shè)計(jì)在此處添加了數(shù)據(jù)解析函數(shù) SampleApp_SerialCMD((mtOSALSerialData_t *)MSGpkt)。用于把無線的數(shù)據(jù)解包，并存入數(shù)組。 信標(biāo)幀結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 圖 318 2種無線幀的結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)中通信協(xié)議的設(shè)計(jì) 通信協(xié)議的設(shè)計(jì)是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，協(xié)調(diào)器與客戶端之間通信和協(xié)調(diào)器與終端間的通信都需要建立在通信協(xié)議之上，本設(shè)計(jì)自主定義了應(yīng)用層通信協(xié)議的格式，用實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和功能操作，主要格式如表 31所示 : 表 31 命令幀格式 客戶端可以向某個(gè)路燈發(fā)送命令，以達(dá)到控制的目的。例如單燈亮度調(diào)節(jié)、查詢路燈系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)間、采集環(huán)境光強(qiáng)等。協(xié)調(diào)器則可以將所采集到的信息，包括自身信息和終端的信息，按照幀的格式將數(shù)據(jù)發(fā)送 給客戶端。例如發(fā)送一幀自身環(huán)境光字節(jié) 2 1 4或 10 2 k m n 2 MAC 層 幀控制 序列碼 尋址信息 超幀 GTS 未處理事務(wù)地址 信標(biāo)負(fù)荷 FCS 字節(jié) 2 1 4或 20 n 2 MAC 層 幀控制 序列碼 尋址信息 信標(biāo)負(fù)荷 FCS 字節(jié)數(shù) 1 1 1 2 1 1 幀頭 0xDA 設(shè)備 ID 設(shè)備命令 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)和 0xAD 幀尾 基于 ZigBee 技術(shù)的無線路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 強(qiáng)為 1000Lx 的命令幀為： 0XDA,0X01,0X20,0X03,0XE8,0X42,0XAD。其中， 0X01為設(shè)定的協(xié)調(diào)器 ID 號(hào)， 0X20 為采集光強(qiáng)的命令字， 0X03,0XE8 為 1000 化為 16 進(jìn)制后的高位數(shù)據(jù)和低位數(shù)據(jù)， 0X42 為整一幀的校驗(yàn)和。在串口和無線通信中，均采用此格式傳遞數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 在設(shè)計(jì)通信命令時(shí)，已經(jīng)確定好了所有的設(shè)備命令，因此命令幀的應(yīng)答幀可以比命令幀更為簡(jiǎn)短。其主要的格式如表 32所示 : 表 32 應(yīng)答幀格式 應(yīng)答幀的主要功能是用作系統(tǒng)操作的反饋，當(dāng)硬件執(zhí)行成功的時(shí)候，將會(huì)發(fā)送應(yīng)答幀給客戶端，以表示所執(zhí)行的功能成功執(zhí)行，而當(dāng)執(zhí)行失敗時(shí)則不會(huì)發(fā)送應(yīng)答幀。 在每個(gè)協(xié)議幀后面，會(huì)附有一個(gè)用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確的 8位的校驗(yàn)和。使用校驗(yàn)和能有效的增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，并且其算法較為簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域 。 本設(shè)計(jì)中使用 Switch 方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的解析。在確定一幀正確數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)解析函數(shù) DataDeal 會(huì)將幀中的數(shù)據(jù)拆分成若干個(gè)分支，每個(gè)分支里面都有預(yù)先設(shè)定好需要 執(zhí)行的函數(shù)，簡(jiǎn)略的解析函數(shù)代碼如下： if(SysOrder[0]==0xDAamp。amp。SysOrder[6]==0xAD) { //比較幀頭幀尾確認(rèn)收到正確數(shù)據(jù) switch(SysOrder[1]) { //解析目標(biāo)節(jié)點(diǎn) ID case 0x00:{ switch(SysOrder[2]){ // ID 為 0x00 case 0x01: case 0x02: case 0x03: }} //解析命令 執(zhí)行任務(wù) 1 2 3 case 0x01:{ switch(SysOrder[2]){ // ID 為 0x01 case 0x01: case 0x02: case 0x03: }} }//解析命令 執(zhí)行任務(wù) 1 2 3 如管理員人操作客戶端發(fā)出一幀協(xié)調(diào)器開啟時(shí)間控制的命令0XDA,0X01,0X06,0X81,0X81,0X42,0XAD，協(xié)調(diào)器首先解析幀頭、幀尾、校驗(yàn)和是否正確，然后通過 SysOrder[1]獲得 ID 號(hào)為 0X01， SysOrder[2]獲得命令號(hào) 0X06，然后會(huì)執(zhí)行 SetTimeMode(SysOrder[3],SysOrder[4])。Answer(0x06)。break。 。當(dāng)檢測(cè)到SysOrder[3],SysOrder[4]均為 0X81 時(shí)，協(xié)調(diào)器會(huì)將時(shí)間控制的標(biāo)志位置 1，開啟時(shí)間控制模式，隨后通過 Answer(0x06)。把任務(wù)執(zhí)行后的應(yīng)答函數(shù)發(fā)出，客戶端收到應(yīng)答信號(hào)后顯示時(shí)間控制功能已開啟，從而完成對(duì)硬件系統(tǒng)的操控。 字節(jié)數(shù) 1 1 1 1 幀頭 0xDA 設(shè)備 ID 設(shè)備命令 0xAD 幀尾 基于 ZigBee 技術(shù)的無線路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 4 無線路燈控制系統(tǒng)的軟件客戶端設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 C作為軟件客戶端的編寫語言，使用 Visual Studio 2021 作為 開發(fā)環(huán)境，管理人員可以更便捷地通過客戶端直面的操控整個(gè)無線路燈系統(tǒng) [19]。 客戶端設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù) 客戶端功能設(shè)計(jì) 客戶端的設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)潔合理，使管理人員更容易掌握操控的方法，其主要功能有： （ 1）控制單個(gè)路燈、全部路燈的亮度。 （ 2）設(shè)置路燈的工作模式。 （ 3）檢測(cè)、同步路燈系統(tǒng)時(shí)間。 （ 4）修改時(shí)間控制模式下路燈開燈關(guān)燈的時(shí)間。 （ 5）顯示路燈系統(tǒng)傳回的信息，并顯示出來。 除此之外，在軟件需要一個(gè)用戶登錄界面， 用戶使用自己的密碼登錄并按照不同身份給與不同權(quán)限 。系統(tǒng)流程如圖 41 所示 : N Y 圖 41 客戶端工作流程圖 在整個(gè)客戶端設(shè)計(jì)中，最重要最核心的部分是串口通信的代碼實(shí)現(xiàn)，特別是實(shí)時(shí)接收并處理協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)使用庫(kù)文件中的 通信的串口規(guī)范，各功能通過調(diào)用該串口來發(fā)送相應(yīng)的命令幀，從 而達(dá)到控制的目的。具體實(shí)現(xiàn)代碼為： 開始 登錄界面 密碼正確 主界面 控制亮度 時(shí)控模式 光控模式 同步時(shí)間 顯示數(shù)據(jù) 設(shè)置開燈時(shí)間 設(shè)置關(guān)燈時(shí)間 路燈模式 環(huán)境光強(qiáng) 當(dāng)前亮度 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 開關(guān)時(shí)間 基于 ZigBee 技術(shù)的無線路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 private SerialPort sp = new SerialPort()。 //創(chuàng)建一個(gè) 名為 sp的串口類 = 115200。 //設(shè)置 sp的波特率為 115200 = 8。 //設(shè)置數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 8位 = 。 //設(shè)置停止位為 1位 = 。 //設(shè)置串口的端口為所選擇的端口 ()。 //打開硬件串口 當(dāng)串口設(shè)置好并打開后，就能完成發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的功能。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，需要將收到的數(shù)據(jù)更新到主 UI界面，這需要使用 invoke方法去同步 UI，主要接收數(shù)據(jù)代碼為： void sp_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e){ //接收函數(shù) (buf, 0, n)。 // 讀取緩存中的串口數(shù)據(jù)，存到 buf數(shù)組中 ((EventHandler)(delegate{ //invoke同步 UI foreach (byte b in buf){ ((X2) + )。 } //將收到的數(shù)據(jù)顯示出來 DataGet(buf,Data)。 //將得到的數(shù)據(jù)，按命令幀的格式解析 ,存入 Data數(shù)組 DataDeal(Data)。 }))。 //解析傳入的數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)的功能 發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，主要是調(diào)用類方法 (byte[] buffer,int offset, int count)實(shí)現(xiàn)?？蛻舳藭?huì)根據(jù)所點(diǎn)擊的按鈕和選擇的參數(shù)，配置不同的命令幀發(fā)送給協(xié)調(diào)器。 客戶端界面設(shè)計(jì) 客戶端 界面 也稱作 UI（ User Interface）， 管理人員使用 軟件 最直接的界面 ，是 軟件設(shè)計(jì) 一個(gè)重要的環(huán)節(jié) [20]。 在科技飛速發(fā)展的今天，軟件界面的設(shè)計(jì)與優(yōu)化越來越受到開發(fā)者的重視 ， 在功能滿足的情況下，更好的軟件界面會(huì)使得 所謂的用戶 具有更好的體驗(yàn) 。 界面設(shè)計(jì)首先建立主控制窗口，然后根據(jù)不同的功能劃分不同的區(qū)域。在不同的區(qū)域上，放置相關(guān)功能的操作按鈕。另外在數(shù)據(jù)顯示方面，也需要將數(shù)據(jù)分類、排版，整齊劃一的展示到主界面上。 客戶端界面主要由系統(tǒng)庫(kù) 中的界面類自動(dòng)生成，例如主窗體 From、按鈕 Button、顯示標(biāo)簽 Label、文本顯示 Text 等。在設(shè)計(jì)過程中，只要從工具箱中選擇這些控件，并添加到主窗體上即可完成界面的設(shè)計(jì)。 基于 ZigBee 技術(shù)的無線路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 5 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析 本章對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一系列測(cè)試包括組建網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、系統(tǒng)控制測(cè)試，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 CC2530 核心板、軟件登陸界面、軟件操作界面如圖 5 5 53所示 : 圖 51 CC2530核心板 圖 52 客戶端登陸界面 圖 53 客戶端控制界面 基于 ZigBee 技術(shù)的無線路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 系統(tǒng)組網(wǎng)測(cè)試 組網(wǎng)測(cè)試主要測(cè)試客戶端、協(xié)調(diào)器、終端間的通信是否正常。協(xié)調(diào)器發(fā)送空命令幀到客戶端，同時(shí)終端也發(fā)送空命令幀給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再收到終端的命令幀后，會(huì)以同樣的結(jié)構(gòu)向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端收到數(shù)據(jù)后，會(huì)更新路燈系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并在客戶端上吧數(shù)據(jù)幀顯示出來。為了區(qū)分協(xié)調(diào)器和終端，在命令幀中會(huì)包含它們自身的 ID 號(hào)，其中協(xié)調(diào)器是 0X01，終端是 0X02，數(shù)據(jù)接收如圖 5 55 所示 : 圖 54 未 接受數(shù)據(jù)圖 圖 55 正常數(shù)據(jù)接收?qǐng)D 由圖上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可知，客戶端收到了協(xié)調(diào)器所發(fā)送的自身數(shù)據(jù)和終端數(shù)據(jù)，并顯示出來，說明系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)成功，各模塊通信正常。 系統(tǒng)控制測(cè)試 將 CC2530 安裝到硬件電路上，逐個(gè)測(cè)試功能是否實(shí)現(xiàn)，以及對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的距離進(jìn)行測(cè)量。以收發(fā)數(shù)據(jù)、路燈控制是否成功為指標(biāo)，論證方案的可行性。硬件系統(tǒng)實(shí)物如圖 56所示 :