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无线路灯控制及感光检测

LED光源是一种高效能、环保、安全、耐用的新型照明光源,zigbee无线路灯控制器可以对路灯照明系统进行科学、高效的控制和资源整合,合理调整照明时间,不仅可以节省照明系统的用电量,而且可以延长照明灯具的使用寿命,减少日常维护的开支。

系统由三大部分构成:控制中心,ZigBee无线路灯控制器节点和控制中心通信的转发节点,固定在路灯杆上的终端节点。无线路灯远程控制系统结构如图所示。

 

控制中心的监控系统由计算机与无线收发模块构成,主要负责建立和管理ZigBee无线路灯控制器网络,显示路灯状况信息和发送控制命令,协调整个路灯系统的运作。ZigBee无线路灯控制器包括LED电源驱动,为大功率LED提供电力,并能根据微控制器的控制信号控制LED的工作情况。光敏传感器、温度传感器,直接将LED工作状况传输给控制模块;功率检测模块检测LED功率情况、供电故障并向上报警;无线模块负责传输数据。

将本系统模型与无线传感器网络模型进行对比,不难发现,安置在路灯杆上的ZigBee无线路灯控制器节点即为无线传感器网络中的终端节点(RFD),控制中心监控系统就是协调器(COORD),实现COORD与RFD之间无线通信的为路由转发节点(ROUTER)。远程网络使用ZigBee与GRPS混合组成的网络。子网和中央控制中心使用GPRS网络来传输数据。下面具体介绍终端节点硬件电路设计方案。

 

LED节点驱动控制设计

LED节点驱动方案使用ti公司的UCC28810,它是一款恒流非隔离式电源,适用于街道、停车场或区域范围照明等高亮度LED照明应用。该设计可将通用电源(90--265 VRMS)转换成0.9 A恒流源,能够驱动100 W LED负载。UCC28810电路如图所示。

 

此电路使用双级设计,第一级是UCC28810的转换模的pwm调光。此方案的优势在于,使用了高效的专用驱式电路,将AC电源转换成36 V的DC电源。第二级也采用UCC28811的转换模式,将恒压源转换为0.9 A恒流源。电路中使用的TI公司的UCC28810和UCC28811芯片是通用照明电源控制器,具有PFC(功率因数校正)功能,确保设计方案满足各种标准设定的谐波电流或功率因数要求。

 

温度感测

由于大功率白光LED照明和驱动器发热量都很大,所以需要一个温度感测传感器,实时监控路灯的温度,并向控制中心反映。如果温度超过警戒温度,则ZigBee无线路灯控制器进入报警模式,将自动关闭路灯,并向控制器发送报警命令。

 

ZigBee感光检测系统

ZigBee无线路灯控制器使用光敏电阻传感器对周围环境的光亮度进行ZigBee无线数据采集,当傍晚周围环境还有余光时,ZigBee无线路灯控制器将路灯开启为单双灯模式;当晚上天全黑了以后,将路灯全部打开;当凌晨4点左右出现晨光时,将路灯调节成半功率工作模式。在阴天和沙尘暴天气,道路能见度低,路灯也可自动打开,保证道路正常照明。

本设计使用光敏三极管作为感光元件测量周围环境的亮度,处理器实时将周围环境的亮度通过ZigBee无线模块反馈给控制中心,由控制中心决定是否打开GND路灯。电路图如图3所示。

 


ZigBee无线模块设计

目前TI公司已经先后推出了支持zigbee协议2.4 GHz的射频收发器CC2420和ZigBee的片上系统解决方案CC2430,以及第二代射频收发器CC2520芯片。CC2480无线性能出色,功耗很低。

CC2480采用CMOS工艺,工作电流仅为27mA。当系统处于空闲时,CC2480能自动进入休眠状态,并能实现休眠与主动模式的超短时间转换。晶振XTALl选用32 MHz,晶振XTAL2选用32.768 kHz。32.768 kHz的晶振用于睡眠模式,在此期间提供时序,可降低电流、减少功耗,特别适合对功耗和电池寿命要求严格的应用场合。

ZigBee协议可以应用于所有的节点,因为ZigBee协议具有很多的实用函数,例如设备离开或者加入网络,创建一个新的网络,父节点和子节点的搜索,网络信标帧的发送,数据包的发送和接收等。系统工作的过程中,协调器主要进行无线传感器网络的创建,负责接收ZigBee无线路灯控制器发送回来的ZigBee无线数据采集路灯信息,依据路灯的状况将控制信号发送给路灯节点。

 

小结

本文主要分析了ZigBee无线模块的电路设计,设计了一种ZigBee无线路灯控制器系统,实现路灯信息的ZigBee无线数据采集和控制。ZigBee无线路灯控制器节点和控制中心通信的转发节点,固定在路灯杆上的终端节点。

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