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EEPW首页 > 光电显示 > 设计应用 > 基于ZigBee的智能路灯控制系统的设计方案

头部被PS成动物(图)

作者:时间:2018-10-20来源:网络收藏
CCG主任王辉耀首先介绍了研讨会的背景和意义。

0 引言

本文引用地址:
http://www-eepw-com-cn.bt-share.com/article/201809/388593.htm

随着中国城市和经济的迅速发展,城市路灯照明已经成为展示城市魅力的名片和窗口,但是照明在带来绚丽和方便的同时,也遇到了诸多问题。据调查,我国小型城市在夜晚9点后,大中城市在午夜12点后,道路上行人非常稀少,即便是北京、上海、广州这样的繁华都市,凌晨2点以后,道路上也罕见行人、车辆。这时如果保持“恒照度”会造成资源的大量浪费;另外后半夜是用电的低谷期,电力系统的电压升高,路灯反而会更亮,而我国现行70%的道路照明使用的高压钠灯,此类电网电压的波动致使灯泡的实际使用寿命不超过1年,带来了高额的维修费和材料费,并且系统难以及时反馈路灯运行的故障信息,无法进行远程控制和处理,只能采取人工巡查方式。

路灯控制系统从最初的开关控制功能,逐渐演化到监控节能控制功能,各种新技术被用于路灯监控系统中。路灯控制方法有PLC控制,电力载波控制和无线网络控制等。从路灯控制系统的成本、可靠性、信息化、应用前景等方面考虑,本方案采用ZigBee无线自组网网络技术实现LED路灯节能控制的目的。

1方案系统设计

按照系统要求,本设计主要完成支路控制器和路灯及二者之间的通信网络设计,其中支路控制器完成时间、光照信息的测量,路灯终端完成故障诊断和移动物体的检测,利用ZigBee无线网络技术实现支路控制器和路灯终端之间的通信。因此系统主要包括以下分系统:

电源稳压系统、支路控制系统、ZigBee协调器系统、Zig-Bee 路由和终端系统。其中电源稳压包括5 V 稳压和3.3 V稳压;支路控制系统包括时间模块、键盘模块、显示模块和光照采集模块;ZigBee协调器包括显示模块和键盘模块;ZigBee路由和终端包括微波雷达检测模块、故障检测模块和路灯控制模块。系统结构框图如图1所示。

ZigBee技术是一种新兴的短距离无线通信技术,在近距离无线网络领域得到广泛应用。ZigBee技术采用自组网络,其网络拓扑机构可以随意变动,这一特点对实现路灯智能监控系统的智能化、高可靠性、低成本起到很好的作用。ZigBee的网络拓扑结构可分为:网状结构、星型结构和树状结构,考虑到树状结构能够提高通信网络的可靠性,因此本设计中无线系统的网络拓扑采用树状结构,使用路由功能传输。无线系统由一个ZigBee协调器、若干个路由控制器和若干个路灯终端所组成,网络示意图如图2所示。

根据ZigBee通信组网技术的特点,将ZigBee 技术与传统的路灯控制模式相结合,根据不同路段及时间,对协调器设置不同的检测与控制方式,能及时对路灯进行相应的控制并发现路灯损坏情况和它的具体位置,方便维修管理,实现按需节能、智能化管理,达到城市照明系统节能减排的目标。

2 系统硬件设计

2.1 支路控制器设计

根据系统功能,支路控制器主要包括时空电路、光控电路、键盘及显示等,电路如图3所示。

时间控制芯片采用的是DS12887芯片,其内部自带锂电池,外部掉电时,还可准确走10年之久,有12小时制和24小时制,数据可分二进制或BCD 码传送,使用非常方便。环境光检测部分采用的是光敏电阻加LM339电压比较器的测量方案。电阻RV2,R5,R9 及光敏电阻共同构成了惠斯顿电桥的两个桥臂。在光线相对较强时,电路输出端输出低电平;当光线强度相对较暗时,电路输出端输出高电平。统共设置5个按键,采用独立式键盘,包括时间调节键,模式选择键及季节设置键。时间调节键三个,设置键、上调键和下调键,按下设置键开光标,上下调节键用来调节时间。模式选择键,采用自锁式按键,进行繁华和偏僻模式转换。季节设置键,也采用自锁式按键,进行夏季和冬季转换。

2.2 ZigBee协调器设计

ZigBee协调器负责组建网络与信息的收发处理工作。协调器不断采集主机发来的开关路灯与开关雷达指令,通过发送不同的字符给终端使其作相应的操作。

同时能够显示故障地址,并能对故障信息进行清除。当接收到终端和路由发来的故障地址时,将地址显示在LCD上。由于CC2530的IO口资源较为紧缺,所以设计时选择串口驱动方式。故障维修人员记录检查故障信息,维修员维修之后,需要将原有的故障信息清除,此时只要按下故障清除按键即可。ZigBee协调器接口电路如图4所示。

2.3 ZigBee路由和终端系统

ZigBee路由和终端系统接收来至协调器开关灯与开关雷达的指令,某个路灯出现故障时发送本路灯的地址给协调器。因此ZigBee路由和终端系统由微波雷达检测模块、故障检测模块及LED路灯控制模块组成。

2.3.1 微波雷达检测模块

微波雷达传感器受气流、温度、尘埃的影响较小,因此设计中选用标准的10.525 GHz微波多普勒雷达探测器HB100进行移动物体检测。在人与车稀少的区段开启移动物体检测模块,当有移动物体在路灯所检测的范围内活动时开启路灯;当移动物体离开后保持路灯处于低亮状态一段时间,STC15F104单片机提供延时,并由P3.1口输出控制信号。电路如图5所示。其中CC2530的P2.1口控制三极管的通断决定单片机与雷达模块是否上电工作。三极管的发射极与基极电阻R4 使三极管更有效截止与导通。

2.3.2 故障检测模块

故障检测电路如图6 所示。夜晚开启路灯的同时开启故障检测模块,路灯正常工作时光线强,比较器输出低电平;路灯故障时,光线较暗,比较器输出高电平。

由于比较器输出的只是高低电平,出现故障变为高电平,此时如若直接连接到ZigBee模块上它会不断的发送故障信息,造成系统资源的浪费。设计中用STC15F104单片机不断的检测比较器的输出端,出现故障时由P3.3端向ZigBee模块输出一个负脉冲。单片机的工作电源由ZigBee 模块的LED 端控制,保证系统在高亮时段实时检测故障从而节约了系统资源。

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