路燈節(jié)能智能控制系統(tǒng)設計與研究

1、路燈節(jié)能智能控制系統(tǒng)設計與研究路燈節(jié)能智能控制系統(tǒng)設計與研究.、八_亠一冃 ij §1:研究目的和意義隨著隨著我國城市化水平的不斷提高，城市的路燈照明系統(tǒng)的不斷擴大, 節(jié)約電能、提高路燈系統(tǒng)管理水平，已經(jīng)是急需解決的課題。目前各大城市的路 燈能源利用率普遍不高。路燈電費和管理費用是政府的一項巨大的財政支出。傳 統(tǒng)的路燈節(jié)能系統(tǒng)存在著智能化程度低、通訊穩(wěn)定程度差、路面照度分布不均等 問題。尋找一種在社會效益、經(jīng)濟效益上均顯著的管理監(jiān)控系統(tǒng)是城市道路照明 發(fā)展的必然方向。從路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的成本、可靠性、信息化、應用前景等方 面考慮，采用zigbee無線自組織無線網(wǎng)絡技術無疑可以實現(xiàn)路燈

2、節(jié)能控制系統(tǒng) 的智能化、信息化、可靠性高、低成本的目標。2：前人研究情況根據(jù)前人的研究以及結(jié)論證明此研究設計的可行性和合理性，以下是前人的 一些研究結(jié)論和成果，在此作為引證。2.1針對傳統(tǒng)照明系統(tǒng)布線麻煩、節(jié)能效果差等缺點，設計了以 msp430f2618為微處理器，以cc2520為射頻芯片的低功耗節(jié)點硬件平臺；并結(jié) 合ti公司的z2stack協(xié)議棧，開發(fā)了基于zigbee技術的智能照明系統(tǒng)。系統(tǒng)中 的智能燈光節(jié)點能夠根據(jù)外界光強白適應調(diào)整白身燈光亮度，周期性采集室內(nèi) 光強、溫度等環(huán)境信息，并及時響應用戶的控制命令。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可 達到智能控制和節(jié)約能源的目的，具有一定的應用價值。（來

3、源基于z igbec 技術的智能照明系統(tǒng)設計徐勇1欒曉明1王丹2 中圖分類號：tp393. 1文獻標識碼：a）2.2對當前l(fā)ed路燈照明與傳統(tǒng)路燈照明進行了比較，將zigbce技術應 用于led路燈照明系統(tǒng)，組建了 zigbee無線傳感器網(wǎng)絡.詳細設計了該系統(tǒng) 的硬件電路及軟件.經(jīng)對比，此系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)在節(jié)省布線，降低成本方面有 顯著的優(yōu)勢（來源基于zigbee的智能型led路燈照明系統(tǒng)設計郭佑民，劉 娟，孟凡剛，金乾坤 中圖分類號：t p273文獻標志碼）2.3設計基于zigbee技術的路燈無線控制系統(tǒng).詳細介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡 拓撲實現(xiàn)和硬件節(jié)點的設計方案，給出了相應的軟硬件設計和組網(wǎng)算法,實

4、現(xiàn)了 路燈的無線網(wǎng)絡控制.試驗結(jié)果表明，在單協(xié)調(diào)器單節(jié)點組網(wǎng)時，組網(wǎng)用時20 s, 對16個信道進行掃描節(jié)點的接入平均用時為150 s.在室內(nèi)10 m左右距離的 數(shù)據(jù)傳輸速率為250 kbps；室外3075 m距離速率為40 kbps, 300 m速率為 20 kbps.系統(tǒng)在發(fā)射狀態(tài)下耗電為25. 7 ma,接收時為29. 3 ma,休眠狀態(tài)下僅 為2.5 pa.（來源基于zigbee技術的路燈無線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)設計王東東, 郭文成 屮圖分類號：tp273文獻標識碼：a文章編號:1671-024x （2009） 01-0084-05）2.4路燈控制器的便件設計、軟件設計，采用的網(wǎng)絡拓撲、控制策

5、略、應用 配置文件，并在chipcon公司的cc2430平臺上進行測試。在實際工程中成功地應 用了所提出的應用方案，實現(xiàn)了路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的智能化、信息化、高可靠性、 低成本的目標，取得了明顯的節(jié)能控制成效。（來源基于zigbee網(wǎng)絡的路燈節(jié) 能控制系統(tǒng)林方鍵，胥布工 中圖分類號：tp 27文獻標識碼:a）二選題背景1:課題來源科研項目2：目的與意義隨著我國城市化水平的不斷提高，城市的路燈照明系統(tǒng)也不斷擴大，路燈照 明是城市基礎設施的組成部分，在城市的交通安全、社會治安、人民生活和市容 風貌中居于舉足輕重的地位，發(fā)揮著不可替代的作用，而且標志著城市實力和成 熟的程度。12%左右，伴隨我國城市現(xiàn)

6、代化建設的突飛猛進，城市路燈照明取得 了輝煌成果，成為一項蓬勃發(fā)展的公用事業(yè)，能源緊張和城建規(guī)模化發(fā)展形成 了很大的矛盾，21 :00后，24 :00后,2 :00以后，：在繁忙的時段， 在大力發(fā)展建設“兩型社會”的同時讓路燈亮起來，讓城市亮起來，亮得更科學, 亮得省電省錢，zigbee技術作為無線傳感器技術中的一種也隨之發(fā)展起來， zigbee技術其自身的特點，。無線通信技術經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展已經(jīng)日益成 熟，一種基于zigbee技術的無線網(wǎng)絡節(jié)點技術成為未來工業(yè)設備控制、環(huán)保監(jiān) 測、電力控制、智能樓宇、醫(yī)療保健等應用領域的新亮點，一改傳統(tǒng)基于gprs 技術的高成本無線控制方案，新型的低成本

7、、低功耗、安全穩(wěn)定、高抗干擾性的 zigbee技術解決將成為未來無線控制技術的主流應用非常廣泛zigbee技術應用 前景十分廣闊，全球的oem廠商們都在積極地推出醫(yī)療、海事安全、自動化家居、 恒溫裝置、安全監(jiān)控、消費電子和儀器等設備的無線網(wǎng)絡的zigbee尖端科技產(chǎn) 品，zigbee由于zigbee的路燈控制系統(tǒng)沒有地面控制箱和控制線路，避免了惡 意破壞而且，整個控制系統(tǒng)的各個模塊具有高集成度，高可靠性和低功耗，低成 本，體積小等優(yōu)點，維護保養(yǎng)十分方便，只需更換相應節(jié)點即可，避免了傳統(tǒng)控制線路本身帶來許多麻煩從而大大減少了設備購置成本，建設安裝成本和系統(tǒng)維 護成木。在一般情況下，使用芯片自身的

8、信號發(fā)射強度，信號可靠的傳遞距離為 40-100米路燈的間距一般都在20-30米，而且路燈z間沒有障礙物，不會對無 線信號造成阻擋。這使得在路燈管理中非常適合使用zigbcc技術而zigbcc技術 以其低功耗、通信可靠、網(wǎng)絡容量大等特點為路燈自動控制領域提供了較合適的 解決方案實現(xiàn)zigbee路燈管理節(jié)能即通過高科技手段對某范圍內(nèi)毎一盞路燈的照 明的效果，時間，地點，亮度進行有效的調(diào)節(jié)和控制，達到實施有效照明，降低 能源浪費的有效模式，產(chǎn)品節(jié)能模式通過更換低功耗的照明燈具實現(xiàn)節(jié)能。4：研究指導思想及技術基礎4. 1指導思想從用電的浪費中入手實施節(jié)電，兼顧用電與節(jié)電需求間的平衡，實現(xiàn)兩者 的和諧

9、統(tǒng)一。猶能照明節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)電的設計思想針對路燈照明中的浪費情況, 泰州市前進機電制造有限公司研制生產(chǎn)的“智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)”產(chǎn)品，采取 在保證用電需求的前提下，點著燈幫用戶節(jié)電的設計思路，從路燈照明的供電 源頭，直至使用各個環(huán)節(jié)屮存在的浪費現(xiàn)彖，以及優(yōu)化路燈照明光源使用分布和 方便路燈管理、控制的角度，對路燈照明的節(jié)電提供完整而系統(tǒng)的解決方案。技術基礎總體設計部分基丁- zigbee技術，zigbee技術是無線網(wǎng)絡技術的其中之一. zigbee技術是依據(jù)ieee802. 15. 4標準的一種短距離、低復雜度、低功耗、 低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡技術，主要應用在短距離范圉內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速

10、率不高的各種電子設備之間，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn) 信.zigbcc采用了 2003年發(fā)布的ieee802. 15. 4協(xié)議標準作為其物理層和媒 體接入mac層的標準協(xié)議2001年8月成立的zigbee技術聯(lián)盟為不同廠家 生產(chǎn)的設備提供了統(tǒng)一的解決方案，解決其相互間的兼容性問題.zigbee技術 的網(wǎng)絡層由zigbee技術聯(lián)盟制定，應用層則由用戶根據(jù)自己的應用需要對其 開發(fā)利用.模擬路燈節(jié)能控制系統(tǒng)部分基于pwm脈寬調(diào)制技術，采用stc12c5a60s2完 成對模擬路燈系統(tǒng)的控制。既能通過鍵盤設定系統(tǒng)時間、控制支路和獨立控制單 只路燈開關燈時間，又能自動檢測環(huán)境光亮度控制開關燈，并

11、可以自動檢測交通 狀況自動調(diào)節(jié)路燈亮度。采用恒流源、pwm脈寬調(diào)制和故障檢測電路，對路燈進 行功率調(diào)控和故障判斷，從而實現(xiàn)對路燈的節(jié)能控制。三方案論證1：方案的選定1.1傳統(tǒng)路燈的控制方式傳統(tǒng)的路燈控制方式3有人工控制，時控方式，電力載波控制，gsm短 消息控制，cdpd cellular dig ital packet data蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)等.人 工方式是工作人員根據(jù)開關燈的時間表手動進行開關燈的操作，時控方式是以 時間作為開關燈的唯一根據(jù)，電力載波控制易受電力線強磁場的干擾，gsm短消 息控制必須通過手機，費用較高.上述五種傳統(tǒng)的路燈控制方式存在的問題是: 運行操作結(jié)果不能集中監(jiān)視，記

12、錄和統(tǒng)計，達不到量化管理的耍求，不適應城 市現(xiàn)代化的發(fā)展.在路燈的控制方面，zigbee技術結(jié)合傳感器技術組成的網(wǎng)絡 同樣解決傳統(tǒng)控制屮存在的問題：1選用特殊的亮度傳感器可以實時采集光亮 強度，大大降低了特殊環(huán)境，特殊時間誤開誤關的兒率，脫離了人工干預.2 zigbcc技術采用直接序列擴頻技術，保證信號傳輸?shù)目煽啃?，避免其他信號?干擾.3 cc2430芯片的低功耗，延時短，協(xié)議框架簡單，安裝方便.1.2 led路燈照明與傳統(tǒng)的路燈照明的比較我國十一五 規(guī)劃明確提岀了節(jié)能減排的主要目標，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能消 耗比十五期末降低了 20%左右，主要污染排放總量減少10%。全球每年照明用電 要達到2

13、 400億度以上，如果一半的傳統(tǒng)照明光源被led照明光源取代可省 700億度電，相當于700億元.在環(huán)保方面，中國每年至少要用30億個燈和 日光燈管，產(chǎn)生30萬t很難冋收的玻璃垃圾，還有2萬kg的劇毒汞，環(huán)境造 成巨大的污染隨著led行業(yè)技術發(fā)展的不斷成熟，加上國家政策的支持和導 向，目前國內(nèi)外眾多傳統(tǒng)照明巨頭紛紛投入到半導體照明的開發(fā)中，根據(jù) 十一 五 規(guī)劃，未來我國將開展十大節(jié)能工程，其屮綠色照明，推廣高效節(jié)電照明系 統(tǒng)將是一個重要內(nèi)容目前道路照明仍以高壓鈉燈或金鹵燈光源為主，led照明 主要采用led作為發(fā)光光源led路燈尚處于示范推廣向大規(guī)模應用的過渡階 段.但是隨著產(chǎn)品穩(wěn)定性的提升和

14、產(chǎn)品價格的下降，led路燈具有非常強的成 長性.相對于傳統(tǒng)路燈，led照明道路具有以下優(yōu)勢：1擴大了照明范圍，2 提高了照明均勻度，3低能耗相同照度下能耗僅為高壓鈉燈的40% ,節(jié)能 50%以上，4長壽命有效使用壽命長達70 000h , 5智能控制，免維護, 環(huán)保無污染等.由器和終端節(jié)點3種.其中，協(xié)調(diào)器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1。1.3 zigbee自身的技術低功耗。在低耗電待機模式下,2節(jié)5號干電池可 支持1個節(jié)點工作624個月，甚至更長。這是zigbee的突出優(yōu)勢。相比較藍牙 能工作數(shù)?？周、wifi可工作數(shù)小時?，F(xiàn)在,ti公司和德國的micropcit公司共同推出新能源的zigbcc節(jié)點。

15、 該節(jié)點釆用micropelt公司的熱電發(fā)電機給ti公司的zigbee提供電源。 低成本。通過大幅簡化協(xié)議 不到藍牙的1/10 ，降低了對通信控制 器的要求,按預測分析，以8051的8位微控制器測算,全功能的主節(jié)點需要32kb 代碼，子功能節(jié)點少至4kb代碼，而且zigbee免協(xié)議專利費。每塊芯片的價格大 約為2美元。 低速率°zigbee工作在20250 kbps的較低速率，分別提供250 kbps2. 4ghz、40kbps 915 mhz和20kbps 868 mhz 的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速 率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。 近距離。傳輸范圍一般介于10100 hi之間,在增加rf發(fā)

16、射功率后, 亦可増加到13 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信 的接力，傳輸距離將可以更遠。 短吋延。zigbee的響應速度較快，一般從唾眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30 ms ,進一步節(jié)省了電能。相比較，藍牙需耍310 s、wifi 需要 3 so 高容量。zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管 理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層 網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。 高安全。zigbee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用接入控 制清單acl防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加

17、密標準aes 128的對稱密碼, 以靈活確定其安全屬性。 免執(zhí)照頻段。釆用直接序列擴頻在工業(yè)科學更療ism頻段,2. 4 ghz 全球、915 mhz美國 和868 mhz歐洲。zigbcc技術的路燈無線控制系統(tǒng) 由安裝在:路燈桿上的微處理器系統(tǒng)(rfd)、控制中心監(jiān)控系統(tǒng)和實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián) 的無線通訊系統(tǒng)(router)組成，安裝在路燈桿上的微處理器系統(tǒng)是由一個光 線傳感器、路燈調(diào)光控制器、通訊控制系統(tǒng)、直流電源等組成的終端控制系統(tǒng).系 統(tǒng)通過具有自動路由功能的無線通訊控制器(router)將rfd節(jié)點和監(jiān)控中心 進行無線連接，從而實現(xiàn)對路燈的無線自動控制.四設計論述(-)：總體設計1：系統(tǒng)組成

18、及工作原理基于zigbee技術的路燈無線控制系統(tǒng)由安裝在路燈桿上的微處理器系統(tǒng)(rfd)、控制屮心監(jiān)控系統(tǒng)和實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)的無線通訊系統(tǒng)(router)組成3. 安裝在路燈桿上的微處理器系統(tǒng)是由一個光線傳感器、路燈調(diào)光控制器、通訊控 制系統(tǒng)、直流電源等組成的終端控制系統(tǒng).系統(tǒng)通過具有自動路由功能的無線通 訊控制器(router)將red節(jié)點和監(jiān)控中心進行無線連接，從而實現(xiàn)對路燈的 無線自動控制木系統(tǒng)采用串狀無線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)4,如圖2所示節(jié)router可以安裝在道路旁邊等任何地方，作為無線節(jié)點的屮繼控制器， 以達到遠程控制的目的.同時它自己也可以作為rfd節(jié)點使用，用來控制路燈 打開和關斷.而rfd節(jié)

19、點只需接收無線信號指令來控制自己的路燈狀態(tài)整個 系統(tǒng)網(wǎng)絡由網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器控制，路由節(jié)點傳遞信號并且控制自己的路燈，而rfd節(jié) 點只是接收信號并根據(jù)信號控制自己的路燈.也可以不用rfd節(jié)點，只由網(wǎng)絡 協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點組成.不過為了降低成本，在道路的盡頭地方可以放置一些rfd節(jié)點.2：節(jié)點硬件電路設計木系統(tǒng)采用的無線收發(fā)器是cc2430.它出自挪威chipcon公司，是符合 iee.標準的片上zigbee產(chǎn)品.它在單個芯片上整合了 zigbee射（rf）前端、 內(nèi)存和微控制器它使用1個8位mcu（8051）、并具有128 kb可編閃存和8 kb 的ram,還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（adc）、4個定時器（t

20、imer）.看門狗定時器、32 khz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電 路，以及21個可編程i/o引腳.cc2430只需要極少的外圍元器件，其外圍電 路包括晶振時鐘電路、射頻輸入/輸岀匹配電路兩部分芯片本振信號既可由外部 有源晶體提供，也可由內(nèi)部電路提供.射頻輸入/輸岀匹配電路主要用來匹配芯 片的輸入輸出阻抗，同時為芯片內(nèi)部的pa及l(fā)na提供直流偏置.圖3為cc2430 芯片的硬件應用電路.該電路使用1個非平衡天線連接非平衡變壓器，可使天 線性能更好.電路中的非平衡變壓器由電容c341和電感l(wèi)341、l321、l331以及個 pcb微波傳輸線組成，整個結(jié)構(gòu)滿足rf輸人/輸出匹配電

21、阻（50 q）的耍 求.r221和r261為偏置電阻，電阻r221主要用來為32mhz的晶振提供1個 合適的工作電流.用1個32miiz的石英諧振器（xi）和2個電容（c191和c211） 構(gòu)成1個32 mhz的晶振電路.用1個32. 768 khz的石英諧振器（x2）和2個 電容（c441和c431）構(gòu)成一個32. 768 khz的晶振電路.電壓調(diào)節(jié)器為所有要 求1.8 v電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，c241和c421是去耦合電容，用來實現(xiàn) 電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性.對于模擬部分設計，為了降低其他部分的 干擾，提高rf性能，需要采取抗干擾措施.例如，模擬電源輸入端增加磁珠或 電感；模擬

22、地和數(shù)字地要分開布線，并在一點接地；為了減小分布參數(shù)的影響, 鋪地要盡可能大，并且要適當打上過孔；濾波用的電容要盡量靠近芯片，另外要 注意阻抗兀配。路燈無線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器需要顯示當前網(wǎng)絡狀態(tài)，所以網(wǎng)絡協(xié) 調(diào)器由cc2430.串口部分、按鍵和液晶顯示組成.電路框圖如圖4所示.rfd 節(jié)點和router節(jié)點由cc2430.光敏電阻、串口擴展接口、路燈調(diào)光控制電路組 成。如圖5所示網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器利用cc2430的1/0 口直接控制液晶顯示，并通過 串口進行數(shù)據(jù)輸出和程序調(diào)試，由s1和s2來控制整個網(wǎng)絡路燈的開關狀態(tài). 它還隨時監(jiān)控按鍵，如有按鍵按下，它將通過網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)到各個路燈控制節(jié)點, 并

23、顯示當前整個網(wǎng)絡的電源開關情況rfd節(jié)點和router節(jié)點也可以檢測自己 當前的光線情況，通過判斷光線情況來決定是否打開路燈，實現(xiàn)節(jié)能控制。3軟件程序設計本文應用tar embedded workbench開發(fā)環(huán)境，在tt提供zstack-0>.協(xié) 議棧的基礎上，編寫了本系統(tǒng)的應用程序代碼./stack協(xié)議棧提供了一些應用 接口, aplformnetwork ()、apl jo innetwork ()、aplsendmsg ()等函數(shù)， 用戶可以通過調(diào)用這些函數(shù)來編寫自己的開發(fā)與應用程序.3. 1軟件流程在系統(tǒng)工作的過程中，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器會定吋檢測有無按鍵按下，用以執(zhí)行相 應的電源開關命

24、令.網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器處于空閑狀態(tài)時，會監(jiān)聽空中的無線信號，判斷有無新的節(jié)點要加入網(wǎng)絡，有則為其分配網(wǎng)絡地址.router節(jié)點通常處于 監(jiān)控狀態(tài)，如果接收到電源開關的命令，則執(zhí)行命令，并確定是否轉(zhuǎn)發(fā)，同時根 據(jù)光敏電阻的返回值確定路燈的開關，以到達智能化節(jié)能控制.而rfd節(jié)點的 功能則更簡單，只需隨時監(jiān)聽，根據(jù)光線的強弱執(zhí)行命令.3種設備的通信流程 圖如圖6、圖7、圖8所示網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器工作首先初始化cc2430和液晶屏，然后 初始化協(xié)議棧并打開中斷.z后程序開始格式化一個網(wǎng)絡，如果網(wǎng)絡格式化成 功，在液晶屏上顯示相應的網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的物理地址、現(xiàn)在建立網(wǎng)絡的網(wǎng)絡id號 和頻道號.此后程序給予發(fā)送數(shù)據(jù)的地址，

25、這個地址是可變的，如需要點亮一 段路燈，可對此修改對于路由節(jié)點，程序首先初始化cc2430,然后打開傳感器 電源，之后初始化協(xié)議棧，并開始發(fā)送加入網(wǎng)絡請求信號，等待網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器或前 面的路由器節(jié)點響應，并給自己分配網(wǎng)絡地址.如果加入網(wǎng)絡成功，通過串口擴 展口可以得到網(wǎng)絡的網(wǎng)絡地址、路由節(jié)點自己的物理地址和加入的網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器或 前面路由節(jié)點的物理地址等數(shù)據(jù).在rfd節(jié)點上程序同樣首先初始化cc2430, 打開傳感器電源.z后初始化協(xié)議棧，并開始發(fā)送加入網(wǎng)絡請求信號，等待前面 的路由器節(jié)點響應，并給自己分配網(wǎng)絡地址.如果加入網(wǎng)絡成功，同樣通過串口 擴展口可以得到加入網(wǎng)絡的網(wǎng)絡地址、自己的物理地址和加入

26、的路由器節(jié)點的物 理地址等數(shù)據(jù)信息。3. 2網(wǎng)絡的建立在zigbee網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器具有建立一個網(wǎng)絡、維護鄰居設備表、對 邏輯網(wǎng)絡地址進行分配、允許設備mac層/應用層的連接或斷開網(wǎng)絡的功能.網(wǎng) 絡協(xié)調(diào)器在進行一些初始化之后，調(diào)用aplformnetwork ()來建立網(wǎng)絡.協(xié) 調(diào)器通過掃描一個空信道來建立一個新的網(wǎng)絡，然后選擇一個隨機的panid并 開始監(jiān)聽此信道.同時協(xié)調(diào)器還有一個口前連接設備的列表，以支持其他設備加 入網(wǎng)絡.網(wǎng)絡建立程序如下:void main (void)hallnit ()；/硬件初始化apllnit ()；/初始化協(xié)議棧模塊aplformnetwork ()；/建

27、立網(wǎng)絡while (apsbusy () apsfsm ()；/等待網(wǎng)絡建立成功wh i1e (1)apsfsm ()；/運行協(xié)議棧3. 3網(wǎng)絡的加入當一個網(wǎng)絡建立成功后，便耍考慮路由節(jié)點和rfd節(jié)點如何加入到網(wǎng)絡中 去.路由節(jié)點和rfd節(jié)點通過調(diào)用apl jo innetwork ()函數(shù)加入到協(xié)調(diào)器建立的網(wǎng)絡中.路由節(jié)點和red節(jié)點掃描信道找到協(xié)調(diào)器并申請加入網(wǎng)絡，獲 取協(xié)調(diào)器的地址，同時將自己的地址發(fā)送給協(xié)調(diào)器.網(wǎng)絡加入成功后，網(wǎng)絡節(jié) 點則進入休眠狀態(tài)，直到有命令或數(shù)據(jù)發(fā)送吋才被喚醒.網(wǎng)絡加入程序如下：void main (void)hallnit ()；/硬件初始化doapl jo i

28、nnetwork ()；/加入網(wǎng)絡while (apsbusy () apsfsm ()；/等待格式化網(wǎng)絡完成while (aplgetstatus () =wxlpan_status_ success)；while (1) apsfsm ()；/運行協(xié)議(二)模擬設計部分模擬設計部分主要是針對“基于zigbcc技術的路燈無線控制系統(tǒng)由安裝在 路燈桿上的微處理器系統(tǒng)(rfd)”做了設計研究。1：總體設計方案1. 1設計思路設計采用pw脈寬調(diào)制技術和恒流源電路對路燈的驅(qū)動和亮度調(diào)節(jié)。通過 單片機和傳感器及其檢測電路完成路燈工作狀態(tài)的控制。顯示部分利用液晶顯示 模塊，菜單式操作，顯示時間、故障路燈

29、地址、支路開關燈時間、每只燈的開關 時間等功能。1. 2設計原理根據(jù)模擬路燈節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，將整體電路分成為五部分：環(huán)境控制電 路、時鐘電路、交通狀況的傳感器檢測電路、顯示控制模塊、led恒流驅(qū)動及故 障檢測電路。1. 2. 1環(huán)境控制電路利用光敏電阻的阻值與光照度呈反比例關系，采樣其兩端的電壓信號，利用 采樣的電壓信號通過施密特觸發(fā)器輸出的ttl電平來控制led燈的開關。電路 可靠，有效地避免由于短時間光照劇烈變化引起的誤動作，操作者可以通過電位 器方便的進行調(diào)試。1. 2. 2時鐘電路使用時鐘專用芯片ds1302進行時鐘控制，通過外加很少的電路就可以實 現(xiàn)高精度的時鐘信號。外圍電路簡單

30、可靠，時間精度高，采用串口通信可以節(jié)省 1 /0 口的資源，通過外接鋰電池后可以實現(xiàn)時間信息儲存。1. 2. 3交通狀況的傳感器檢測電路使用紅外傳感器，來判斷物體是否通過相關位置，并送入單片機判斷執(zhí)行 相關程序。它具有光電傳感器的優(yōu)點，乂避免了 led燈的燈光干擾。124 led恒流驅(qū)動及故障檢測電路利用三端可調(diào)穩(wěn)壓集成塊lm317,實現(xiàn)恒流輸出。pwm脈寬調(diào)制法來控制燈 的亮度，可以精確的控制燈的亮度和功率，而口 led燈在從暗到亮的變化中過 度平滑?？梢赃x用單片機內(nèi)部集成有兩路pwm脈寬，能方便的產(chǎn)生所需耍的pwm 脈寬調(diào)制信號。1. 3系統(tǒng)組成1. 3. 1根據(jù)以上的設計思路及設計原理確

31、定系統(tǒng)組成框圖如圖a圖a系統(tǒng)組成框圖1.3. 2每只led燈控制邏輯關系圖如圖b所示。圖b led燈控制邏輯關系圖在規(guī)定的時間條件成立 開燈時間 或環(huán)境明喑條件成立 喑到一定程度 的情況下開燈；當有物體 如人、車等 通過到規(guī)定的區(qū)域內(nèi)時燈亮，當物體 離開規(guī)定區(qū)域時燈滅，實現(xiàn)節(jié)能要求。2單元電路設計2. 1環(huán)境光控制電路設計控制電路環(huán)境控制電路是對環(huán)境光亮度的檢測，將檢測信號送單片機p15,從而實 現(xiàn)自動開燈關燈。圖c為環(huán)境控制電路圖。圖c環(huán)境控制電路圖明暗檢測采用光敏電阻rg1和r12 rp2 分壓，提取電壓信號，送到由 555定時器組成的施密特觸發(fā)器。當環(huán)境喑到一定程度 通過rp2可以方便的

32、 調(diào)節(jié)，rg1阻值上升，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，將電平信號送單片機處理。c8為 抗干擾設計，如天暗時，閃電的干擾，c8使555的2腳電壓不會突變，防止 誤動作。d2為指示燈，方便調(diào)試?？刂齐娐贩抡婕胺治?由于是仿真電路，實際仿真中rg1光敏電阻用定值電阻r代替，實際仿 真中r和滑動變阻器聯(lián)合起來使用能夠起到光敏電阻感應光亮度變化的作用，其 屮r有范圍要求以滿足施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的要求。取施密特2腳處電壓為vi2vcc/3 vi r/ r+2.2 . vcc vcc解得：4. 4k rho vimin r/ r+49. 2 .vcc vcc/3解得:r 24. 6k綜上得:4. 4k r 24. 6k仿

33、真中取r 10k2仿真及運行仿真圖運行圖(a)運行圖(b)3運行結(jié)果分析圖q)和圖(b)是指示燈d1變化的臨界處，vi分別為1.901v, 1.629v滑動變阻器上滑代表環(huán)境光亮度變暗，施密特觸發(fā)器2腳處vi電壓值變小, 進而影響施密特觸發(fā)器3腳電壓vo的變化，改變指示燈d1的狀態(tài)。所以在實際 仿真中用滑動變阻器代替光敏電阻是完全可行的。2. 2時鐘電路ds1302是一款高精度時鐘集成電路，它可以進行年、刀、日、星期、時、 分、秒計吋，功能強大。電路如圖d所示圖d時鐘電路圖2. 3交通狀況的傳感器檢測電路設計況的傳感器檢測電路傳感器檢測電路如圖e所示。傳感器采用e18-d80nk紅外傳感器，是

34、一種 集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測到目標是低電平輸出，正常狀態(tài)是高電 平輸出；檢測距離可以根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。圖e傳感器檢測電路圖況的傳感器檢測電路仿真2.4 led恒流驅(qū)動及故障檢測電路設計動及故障檢測電路如圖f所示。(1)圖f是其中一路led恒流驅(qū)動電路。恒流驅(qū)動最簡單的兩端線性恒流 驅(qū)動電路。它借用三端集成穩(wěn)壓器lm317組成恒流電路，外圍僅用兩個元件：電 流取樣電阻r42和抗干擾消振電容c9。j9、j10、j12分別是路燈、壓降測試端、 電流測試端。恒流值i由r42值來確定：i 1. 25/r42o 1. 25 v是lm317的 基準電壓。反過來，根據(jù)所要求的恒流值i,可計算電流

35、取樣電阻：r42 1. 25 /klm317最大輸出電流可達15a,工作壓差w40v,穩(wěn)流精度高，可達土 1 2% ,內(nèi)部設有過流、過熱保護，使用安全可靠。lm317工作在線性狀態(tài)，其功 率損耗p ui,在恒流值i已定的情況下，只有降低工作壓差u才能降低功耗。 合適的工作壓差選擇在48v范圍。低于3v將不恒流了。單片機輸出pwm加 irf540柵極，控制其通斷，來達到調(diào)整led亮度 功率 的功能。pwm頻率一 般取值經(jīng)驗5001000hz,通過信號發(fā)生器實際測試pwm占空比在20100% 范圍調(diào)節(jié)，頻率到1000hz左右時路燈無閃爍感。故障檢測電路，采集trf540漏 極電壓，經(jīng)d6、r40、

36、c7峰值檢波電路得到直流電壓信號，與lm393組成的比 較器的2腳電壓比較輸出電平信號送單片機p1.0檢測。按圖元件取值，實測路 燈正常時，c7電壓為3. 3v,斷路故障時0v,短路故障時7. 2vo實際電路只 做了檢測斷路故障，平時p1. 0為高電平，斷路故障時3932腳電壓為0v,比 較器翻轉(zhuǎn)輸岀低電平。r39調(diào)節(jié)比較器基準電壓，可以在iv左右，防止干擾信 號。r37取值關鍵，影響c7的放電時間。經(jīng)實驗取300k較合適。短路檢測原 理同上。注意pwm的占空比只能在20%99. 5%之間調(diào)節(jié)，當輸出100%的pwm 時，irf540始終處于導通狀態(tài)，c7不會被充電，會影響故障檢測。圖f恒流驅(qū)動及故障檢測電路(2)此電路有兩部分組成，上半部分及一路是組成恒流驅(qū)動電路，從理論 上講不論是釆用恒壓或恒流都可以達到同樣的控制效果，問題僅在于哪種方式更 容易提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。觀察led的伏安曲線，當超過導通電壓后曲線斜 率很陡。實際上fi前所有世而上的照明用led幾乎都有這樣的規(guī)律。所