基于nRF905的智能照明节能系统设计

2017-10-17 01:55林佳锋蒙启恒陈洪宇
科学与财富 2017年27期
关键词:节能

林佳锋+蒙启恒+陈洪宇

由西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助

摘要:本文针对路灯的控制现状及用电大量浪费的现象,调查并分析了小区路灯的实际情况,设计了基于nRF905和AT89S51单片机的智能照明节能系统。利用nRF905无线模块实现路灯之间的数据传输,当行人或车辆被系统检测到时,路灯亮起并通过nRF905发送数据到下一个路灯控制器,直到车辆离开后自动熄灯,同时下一个路灯也会提前点亮路灯。

关键词:nRF905;数据无线传输;节能

0引言

目前,多数城市对于路灯的有效管理和实时性水平都比较低,很多时候路灯工作状态信息都不能及时反映以及不能及时解决问题,导致不必要的浪费。本文介绍的城市照明无线控制系统可以解决这些局限性问题,我们无需到现场,只要在主控制室就能知道现场路灯工作状态。并且本系统以“有人则亮,无人则灭”的方案设计,从而达到节能效果。

1整体设计方案

该系统主要由照明区域控制器与智能节点组成,智能化照明控制是由前者负责,而路灯的状态检测和控制由后者负责。它们之间的数据是通过nRF905无线模块进行传输。系统框图如图1所示。

在智能控制器工作时,路灯四周环境的光线强弱的判断由光敏元件实现,以此来实现当前时段是否开启路灯的功能。只要有行人通过,红外检测单元可产生脉冲信号并传到控制器,控制器会将脉冲信号以及时间间隔等数据通过软件计算出相关参数,使其路灯亮起来并持续一段时间。与此同时,下一个路灯的单片机会接收到由控制器通过nRF905无线模块传递的相关数据。接收到数据的单片机会在人将要到达前打开路灯,而当前路灯直到下一个路灯亮起才熄灯。与此同时,该灯也实时检测路况,并把相关数据通过无线模块传递给下一个路灯[1]。主控制室的计算机可通过nRF905无线模块实时监控路灯工作状态。其系统工作流程图如图2所示。

2系统主要单元硬件结构设计

2.1控制器模块

众所周知,AT89S51是一种能耗低,功能强大且易于操作的单片机。最重要的是,AT89S51所用的编程语言与我们日常经常用的到的汇编语言和C语言相似,有时候比C语言更简练和明确。因此, AT89S51单片机为本设计控制器的最佳选择。在本设计中,完成降压处理和采集电源电压转换是AT89S51单片机的主要工作,继电器的通断则由软件负责控制;除此之外还要记录当前时间段内的开关灯时间及状态,以及负责与外部设备之间通信等作用[2]。

2.2无线传输单元

目前,433MHz和2.4GHz是我国可以使用的免费ISM频率。nRF905无线通信模块的工作频率也是433MHz,而且工作电压只需2.7V。因此,我们选择nRF905作为无线传输模块。同时它的灵敏度高(-100dBm)且频率稳定性极好。最值得一提的是它的能耗低,安全性也非常好,这要归功于高密钥管理和跳频技术。其电路如图3所示。)

2.3移动物体监测单元

该系统由两个555电路来实现信号发生电路。调制信号(1kHz)由左边555电路提供,并由Q端口输出至右边555电路的R端口(复位端), 方波信号(38kHz)由右邊555电路来提供。当R端口被置高时,R端口为调制端,555电路为常规的方波振荡器;当R端口为低电平,555电路的Q端口处于低电平。此时移动物体监测单元就处于工作状态,即可以对过往的行人或车辆进行监测,其电路原理图如图4所示。

3系统软件设计

3.1无线通信程序设计

3.1.1发送模式编程要点[4]

当单片机要发送数据时:1)将nRF905和寄存器分别进行初始化;2)接收机的地址和将要发送的数据由SPI口传给NRF905。3)只有TRX_CE和TX_CE同时为高电平时,才能进入NRF905的Shock Burst TX发送模式,然后才能发送数据。4)若TRX_CE为高电平,AUTO_RETRAN也为高电平,则nRF905将继续发送数据包,反之停止发送数据并进入节电模式。根据要点发送模式程序流程图如图5所示。

3.1.2接收模式编程要点[4]

1)只有当TRX_CE为高电平、TX_EN为低电平时,nRF905才能进入Shock Burst RX接收模式,进入该模式后650μs,nRF905将进行载波检测并准备数据接收。2)当接收完一个正确的数据包,然后将引脚DR置高,TRX_CE置低,nRF905进入节电模式。3)数据以一定的速率通过SPI口移到单片机内。4)当数据都接收完毕之后nRF905把引脚DR和引脚AM置低并进入空闲模式。至此已完成整个接收流程。根据要点接收模式程序流程图如图6所示。

3.2物体位移感应的编程

本系统中支路控制器应满足亮灯状态根据交通情况自动调节:当行人或车辆将要到达1号路灯时1号路灯亮,当行人或车辆离开1号路灯向2号路灯行去,将要到达2号路灯时,1号路灯灭,2号路灯亮,以此类推;反之亦然。为满足要求设计出流程图如图7所示。

4结语

随着人类无线技术正不断地进步与发展,无线技术带给我们许多便捷。因此,本设计运用nRF905无线模块来实现无线智能控制,这将会更方便人们对路灯的工作状态进行实时监控。而且该系统具有低功耗、低成本、抗干扰性好,安全性高,信号稳定等优点,非常适合运用于实际中的路灯。综合来看,有广阔的前景。

参考文献:

[1]刘晓胜,戚佳金,牟英峰,等.网络化实时路灯精确监控系统的总体设计[J].电气传动,2004,23(8):3-6.

[2]孙志凯.基于ATmega16和nRF905的无线射频收发系统设计[J].电子元器件应用,2008(10):4-7.

[3]Nordic官方网站对于nRF905的介绍

[4]张洁.nRF24E1无线单片机限位测控系统设计[J].中国测试技术,2008:52-53.

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