1 选题背景与意义
基于 ZigBee 的智慧城市路灯控制系统研究，紧密贴合当前智慧城市建设需求且应用价值显著，其核心是借助 ZigBee 技术低功耗、自组网的特性实现路灯智能化管理与节能运行。从研究背景来看，传统路灯系统依赖人工巡检和统一开关控制，存在能耗高、故障发现不及时、管理成本高的突出痛点，而随着智慧城市 "感知、互联、智能" 理念的普及，作为城市分布最广基础设施的路灯，成为重要数据节点和管控对象，且 ZigBee 技术相比 WiFi、蓝牙等，在低数据量、长期待机、分布密集的路灯应用场景中，更契合低功耗、低成本、自组网、支持大量节点的需求。从研究意义来讲，该系统能通过光照、人流车流调节亮度等智能控制实现 30%-60% 的节能率，符合 "双碳" 目标；可实时监测路灯状态并自动上报故障，将修复时间从数天缩短至数小时，减少人工巡检工作量、提升城市管理效率；长期使用中，节能带来的电费节省与管理成本降低能快速收回建设投入，还能延长路灯使用寿命、减少设备更换支出；同时作为智慧城市基础单元，可扩展接入环境监测、应急广播等功能，提升城市公共服务能力与居民生活便利性，综合效益显著。
2 技术框架
技术框架 ****：****ZigBee终端节点*2+ZigBee协调器节点+串口通信技术+电脑上位机
开发环境 ：
ZigBee开发环境：IAR Embedded Workbench嵌入式开发环境
上位机开发环境：Visual Studio 2022开发环境
3 实现功能
- ZigBee无线传感网络的构建：采用CC2530无线射频模块构建一主两从低功耗的ZigBee无线传感网络实现对城市公共路灯照明节能管理。
- 红外监测：采用HC-SR501人体红外传感器对路灯照明环境是否有车或人进行感应。
- 光线监测：采用5516光敏电阻传感器实时监测路灯照明环境的光线强度。
- PWM调光：通过PWM调制技术进行光线亮度等级调节达到节约能源的目的，灯光的亮度等级设置为五个级别。
- 手动控制模式：可以根据自己的意愿分别控制两个路灯照明灯光的亮度等级，一级亮度，二级亮度，三级亮度，四级亮度、五级亮度。
- 自动控制模式：当环境光线低于40%且有人或车经过时，可以根据所处环境自动调节照明灯的亮度等级，无人时，默认1级亮度；当环境光线高于40%且有人经过时，不开灯。
- 定时控制模式：通过电脑上位机进行校准时间后，可以通过设定开灯时间和关灯时间统一管理路灯的开灯时间段和关灯时间段。
- 故障检测：选用光敏电阻传感器置于路灯下用于检测故障，当应该开灯时，置于路灯的光敏电阻传感器未检测到亮度，则视为故障，当路灯发生故障，蜂鸣器报警提醒，并通过上位机显示路灯故障。
- 温湿度监测：采用DHT11温湿度传感器实时监测路灯环境的温度和湿度，当温度或湿度未处于阈值范围，蜂鸣器报警提醒。
- 烟雾浓度监测：采用MQ-2烟雾传感器实时监测路灯环境的烟雾浓度，当烟雾浓度高于阈值范围，蜂鸣器报警提醒。
- 电脑上位机管理：通过串口通信技术将监测数据上传至电脑上位机，管理人员可以通过电脑上位机进行数据查看、阈值设定和模式及照明亮度等级控制，可以帮助管理人员更好的管理公共照明路灯。
4 系统总体设计
基于 ZigBee 的智慧城市路灯控制系统架构，可分为三个核心层级，各模块协同实现路灯的智能化管理：
1. 城市照明管理人员 PC 端
通过串口通信与中间层的 ZigBee 协调节点交互，是系统的 "中枢管理端"，管理人员可在此查看所有路灯的状态、下发控制指令。
2. ZigBee 协调节点（路灯管理端）
作为整个网络的 "协调核心"，它连接顶层 PC 端与底层终端节点，包含以下模块：
- 按键控制模块：可手动输入控制指令（如紧急开关灯）；
- 电源供电模块：为协调节点提供电力；
- 蜂鸣器报警模块：当系统出现异常（如路灯故障、环境风险）时，发出报警提示；
- ZigBee 协调节点主体：负责组建 ZigBee 网络，实现与底层终端节点的通信与数据转发。
3. ZigBee 终端节点（城市路灯）
每个路灯对应一个终端节点（如 "ZigBee 终端节点 1""ZigBee 终端节点 2"......），是系统的 "感知与执行单元"，包含两类核心模块：
- 采集模块 ：
- 光线检测模块：感知环境光照强度，为路灯亮度调节提供依据；
- 红外检测模块：检测是否有人 / 车经过，实现路灯的 "人来灯亮、人走灯暗" 节能控制；
- 故障检测模块：监测路灯自身故障（如电路异常、灯具损坏）；
- 温湿度检测模块：采集周边环境的温湿度数据；
- 烟雾检测模块：监测是否有烟雾（可辅助火灾预警）。
- 控制模块 ：
- 照明灯模块：执行亮 / 灭、亮度调节等指令；
- 蜂鸣器报警模块：当本节点检测到故障或异常环境时，本地报警；
- 电源供电模块：为终端节点的所有模块供电；
- ZigBee 终端节点主体：作为网络中的 "子节点"，负责采集数据上传至协调节点，同时接收协调节点下发的控制指令。
网络通信：ZigBee 组网
底层所有终端节点通过ZigBee 自组网技术与中间层的协调节点连接，实现多节点间的无线通信，让分散的路灯形成一个可统一管控的智能网络。
5 实物效果图
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