应用方案 -- 在高速公路灯控系统中的应用
问 题： MaxStream的XBee系列ZigBee模块
解决方法： XBee系列ZigBee模块
一、应用需求
现代社会的发展，高速公路已经成为交通的一种非常重要的方式。而高速公路上的不同路段，各种灯控又是不可或缺的。比如信号指示灯，照明灯，雾灯等。而且，随着高速公路里程的增多，各种灯控系统的需求也越来越大。以前，可能是有线方式的灯控系统，但它具有不灵活或布线困难等等诸多缺点。而克服这些缺点最好的方式就是实现无线灯控系统。在无线控制系统的方式中，这几年流行起来的ZigBee无线技术又是最好的选择。而MaxStream公司的XBee系列模块，是目前行业内ZigBee技术实现的最好的OEM模块之一。能帮助用户快速实现ZigBee技术的应用。
二、ZigBee技术简介
ZigBee是一种无线连接技术的商业化命名，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用。 ZigBee标准基于802.15.4协议栈而建立，具备了强大的设备联网功能，它支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。星型结构如图1所示，网状结构(Mesh)如图1所示
图1： ZigBee星型网络结构
星型网络结构特点：支持点对点、点对多点通信；中心节点为ZIGBEE协调器，终端节点为ZIGBEE终端设备；所有数据经过中心节点；适合圆形分散、距离较近的传感器联网。
图2： ZigBee网状网络结构
MESH网状网络结构特点：系统采用多跳式路由通信；网络容量很大；可以跨越很大的物理空间，适合距离较远比较分散的结构。网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络的所有实体只有要通信范围之内，都可以互相通信，如果没有直接通路，还可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；除此之外，网络还具备自组织、自愈功能。
三、ZigBee技术特点
1、通信可靠：系统采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，避免了发送数据时的竞争和冲突；采用完全确认的数据传输机制，保证信息传输的可靠性。 2、网络的自组织、自愈能力强：ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络。ZigBee自愈功能：增加、删除或移动节点，节点发生故障等等，网络都能够自我修复无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。 3、成本低廉：设备的复杂程度低，且ZigBee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；ZigBee的工作频段灵活，为免执照频段的2.4GHz，就是没有使用费的无线通信。 4、网络容量大：一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在200多个ZigBee网络。
四、基于ZigBee技术的无线灯控系统解决方案
新型的太阳能信号灯控制系统集结了交通管理、交通控制、绿色能源等全新的理念与技术，采用太阳能代替传统的电能供电，通过交通灯柱顶端的太阳能电池板来进行聚集和储存太阳能，然后通过ZigBee主控制器向同一交通岗的各组交通灯发射控制信号，达到无线同步控制运行的效果。
图3： 利用ZigBee控制的太阳能信号灯
图4： ZigBee无线灯控原理
图5：基于ZigBee的高速公路无线灯控系统架构
这种无线灯控系统的具有如下优点：无须挖路布设控制线路，各设备之间实现无线自动组网连接，既降低了系统安装成本，更重要的是避免了传统安装方式对交通干扰所带来的经济损失。随时可以施工。而且，也避免了由于城市快速发展，道路拓展等变化对原有预埋管线的干扰。由于系统没有地面控制箱和控制线路，避免了恶意破坏，大大减少了维护成本。由于系统没有地面控制箱和控制线路，避免了恶意破坏；而且，整个控制系统的各个模块具有高集成度，高可靠性和低功耗，低成本，体积小等优点，维护保养十分方便，只需更换相应节点即可，避免了传统控制线路本身带来许多麻烦，从而大大减少了设备购置成本，建设安装成本和系统维护成本。
另外，从ZigBee技术角度来说，卓越的物理性能，整个网络所使用的无线频率是国际通用的免费频段(2.4 ~ 2.48Ghz ISM)， 传输的方式是抗干扰能力强的直序扩频方式（DSSS），特别适合在干扰较大的环境中使用。网络的自组织、自愈能力强，ZigBee的自组织功能，无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。
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