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隨著(zhù)照明系統應用場(chǎng)合的不斷變化，應用情況復雜和多樣化，僅靠簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)已不能完成所需要的控制，所以要求照明控制也應隨之智能化，以滿(mǎn)足實(shí)際應用的需要。目前智能照明控制系統采用的是有線(xiàn)的控制方式，該方式需要復雜的綜合布線(xiàn)施工，更改節點(diǎn)或是增加節點(diǎn)很不方便，阻礙了智能照明的廣泛應用。本文針對小區照明的特點(diǎn)，設計基于nRF905智能照明無(wú)線(xiàn)控制系統。 智能照明控制系統 小區的智能照明控制系統主要由控制中心和智能節點(diǎn)組成。在本文中智能照明控制系統采用了星型拓撲結構，由一個(gè)與計算機相連的無(wú)線(xiàn)通信模塊作為系統的控制中心，可以跟控制系統中的任何一個(gè)智能節點(diǎn)通信，負責系統數據的接收與管理、控制命令的發(fā)送、系統工作過(guò)程的實(shí)時(shí)顯示等。智能節點(diǎn)按照小區的規則分布在小區的各個(gè)部分，負責照明的控制，并且對控制中心發(fā)來(lái)的數據、命令進(jìn)行分析處理，完成相應的操作。智能節點(diǎn)也可以脫離控制中心，直接進(jìn)行現場(chǎng)手動(dòng)控制。建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的前提和基礎是選擇一個(gè)合理的網(wǎng)絡(luò )拓撲，網(wǎng)絡(luò )拓撲的結構可以決定網(wǎng)絡(luò )的成本、速度、特點(diǎn)和實(shí)現的功能。該控制系統采用的星型拓撲結構能夠很好地擴展組合，容易增加系統中節點(diǎn)，滿(mǎn)足小區在以后增減節點(diǎn)的需要，而且成本低。實(shí)踐證明，星形網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠。系統結構框圖如圖1所示。 系統硬件設計 ·主要元件 從成本和難易程度考慮，系統微處理器采用Atmel公司的AT89C52單片機為微控制器。AT89C52具有8k字節的閃爍可編程及可擦除只讀存儲器，256字節的RAM，4個(gè)并行口，3個(gè)16位定時(shí)器計數器，兩種優(yōu)先級的6個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工串行口，片內振蕩器與時(shí)鐘電路。 nRF905是Nordic公司的單片射頻收發(fā)器，由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加濾波器，采用CRC校驗(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，其功耗低。nRF905傳輸速率為100kbit/s，在微波爐、手機信號等干擾情況下，傳輸速率會(huì )有所下降。nRF905在空曠地傳輸距離為500m，有墻體建筑物等障礙時(shí)，其傳輸距離有所減小;在1~2棟建筑物阻隔的情況下，其傳輸距離不少于100m。nRF905采用CRC校驗，有良好的抗干擾性;密鑰管理和跳頻技術(shù)使其具有很好安全性。nRF905芯片傳輸距離、穿透能力、抗干擾性和安全性等都適合于小區無(wú)線(xiàn)數據傳輸。 ·智能節點(diǎn) 智能節點(diǎn)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式實(shí)現對小區各部分照明的控制、預設照明開(kāi)關(guān)存儲等功能，也可以直接通過(guò)節點(diǎn)上的按鍵來(lái)控制燈的開(kāi)啟和使其進(jìn)入某種預設的工作方式。智能節點(diǎn)主要由微處理器、無(wú)線(xiàn)芯片nRF905、電源模塊、傳感器和執行器等組成，其結構框圖如圖2所示。 智能節點(diǎn)的電源來(lái)自220V電壓，需要電源轉換電路。為保證系統判斷傳感器輸入信號的穩定性，電源轉換電路采用如下設計: 選用專(zhuān)為通信控制芯片提供轉換電壓的LM1117為轉換芯片，它具有功耗低，體積小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在電源電路中加入220μH的電感，與并入多個(gè)不同容值的電容所構成的濾波電路來(lái)抑制各種高頻信號，使智能節點(diǎn)能夠得到穩定可靠且低干擾的電源，保證其可靠運行。 nRF905射頻部分的電路設計也是智能節點(diǎn)設計的重點(diǎn)與難點(diǎn)，而抗干擾設計直接關(guān)系到射頻性能和整個(gè)智能節點(diǎn)的運轉情況。在nRF905射頻部分布線(xiàn)時(shí)，合理的布局與布線(xiàn)及采用多層板既是布線(xiàn)所必須的也是降低干擾提高抗干擾能力的有效手段。布線(xiàn)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：一是射頻部分電路沒(méi)有用做布線(xiàn)的面積均需用銅填充并連接到地，以提供RF屏蔽達到有效抗干擾的目的;nRF905芯片底部應接地 ;為了降低延遲、減少串擾，確保高頻信號的傳輸，要使用多個(gè)接地過(guò)孔將nRF905芯片底部和地層相連;盡可能地減少串擾，減少分布參數的影響，器件要緊密地分布在nRF905的四周，并使用較小封裝。 智能節點(diǎn)的執行器部分控制輸出采用繼電器控制，為了防止干擾，采用光電隔離器將輸入與輸出相互隔離，也將輸入和輸出端與AT89C52隔開(kāi)。智能節點(diǎn)的微處理器單片機通過(guò)光電隔離器和繼電器控制輸出動(dòng)作。 系統軟件設計 系統的軟件設計分為智能節點(diǎn)軟件和控制中心系統軟件兩部分。 在智能節點(diǎn)的軟件設計中，采用模塊化的設計方法，將節點(diǎn)的各種功能劃分為對應某一具體任務(wù)的子程序(如數據采集子程序、無(wú)線(xiàn)通信程序、看門(mén)狗子程序等)，并給每個(gè)任務(wù)定義任務(wù)優(yōu)先級、執行頻率和標識符。采用非搶占優(yōu)先級方式來(lái)設計，用定時(shí)器溢出中斷來(lái)調用任務(wù)。 無(wú)線(xiàn)通信程序設計：當微控制器有數據要發(fā)送時(shí)，通過(guò)SPI接口按時(shí)序把接收的地址和要發(fā)送的數據送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定。激發(fā)nRF905的發(fā)送模式后，射頻寄存器自動(dòng)開(kāi)啟，數據打包(加字頭和CRC校驗碼)，發(fā)送數據包。當數據發(fā)送完成，數據準備好引腳被置高，告知單片機nRF905發(fā)送過(guò)程完成，自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。當微控制器有數據要接收時(shí)，nRF905進(jìn)入接收模式。延時(shí)500μs后，nRF905不斷監測，等待接收數據。當nRF905檢測到同一頻段的載波且地址和冗余校驗正確后，nRF905自動(dòng)移去字頭、地址和CRC校驗位，nRF905進(jìn)入空閑模式。微控制器通過(guò)SPI口以一定的速率把數據移到微控制器內，直到所有的數據接收完畢，完成數據接收全過(guò)程。接收數據為中斷方式而發(fā)射數據查詢(xún)方式。同時(shí)，為解決數據傳輸的同步問(wèn)題，應在發(fā)送有效的地址數據前加入六至八個(gè)同步校驗碼，如0CCH(通過(guò)協(xié)議事先定義)，在地址數據后再加入所需傳輸數據與數據校驗碼，完成對整個(gè)數據段的打包過(guò)程。其數據打包順序為OCCH(同步校驗碼)，0CCH，0CCH，0CCH，0CCH，0CCH，0CCH，OCCH，addr1(照明區域地址數據)，addr2(照明燈具地址數據)， num1(傳輸有效數據1)，num2，…numN，checksum結束。 對于控制中心系統程序，其核心是人機交互與無(wú)線(xiàn)控制。上位機軟件采用VB面向對象的軟件開(kāi)發(fā)工具編寫(xiě)，包括系統監控、通信管理、數據處理、控制命令、動(dòng)態(tài)顯示等模塊，具有界面友好、顯示直觀(guān)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。系統運行時(shí)，各智能節點(diǎn)的位置以圖形方式形象地顯示在控制中心的顯示器上,檢測和控制狀態(tài)在各自位置旁動(dòng)態(tài)顯示，操作者經(jīng)簡(jiǎn)單培訓即可對整個(gè)系統進(jìn)行控制。 結語(yǔ) 與有線(xiàn)方式相比，無(wú)線(xiàn)控制系統的應用避免了復雜的布線(xiàn)施工。根據需求和小區環(huán)境的變化，僅需修改軟件設置和節點(diǎn)的位置，就可以調整照明布局和擴充功能。適用不同的使用要求，能夠降低系統建設費用和建設周期。在實(shí)驗室搭建的照明控制系統，經(jīng)實(shí)際運行測試，能夠對照明的狀態(tài)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)和人性化的動(dòng)態(tài)控制，具有一定的節能效果。 |
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