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nRF905的智能道路照明节能系统解析

2013-12-30 10:05
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  目前,国内大部分城市的道路照明管理系统至今仍在沿用相对单一的光控、时控等传统控制方式。这些系统普遍存在着难以反馈路灯运行状态信息、难以进行远程控制等局限,节电效果不理想。另外我国大部分城市路灯采用“全夜灯”的方式进行照明,普遍存在的问题有两点:一方面,后半夜行人稀少,采用“全夜灯”的方式浪费太大,因此,有的地方采取前半夜全亮,后半夜全灭的“半夜灯”照明方式;有的地方在后半夜采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的节电措施,此种方式虽然节约了电费支出,却带来了社会治安和交通安全问题,不利于城市形象。

  1、系统方案概述

  该系统由照明区域控制器与智能节点组成,照明区域控制器负责所辖路段的智能化照明控制,而智能节点负责单个路灯的控制和状态检测。智能节点和照明区域控制器之间采用无线通信方式进行数据传输。

  该系统是通过路况具体情况来设定输出功率等级,以此改变路灯的光照来实现节能。其基本思想是:路灯可以随着马路上车辆或行人的行进速度以及数量来调节灯光的亮度,即动态调光策略。其工作框图如图1所示。

  智能控制器1的工作过程:在智能控制器1的控制下,通过光敏元件来探测周围环境的光线强度,并根据光敏元件的探测结果向功率调节单元发出指令来实现夜晚时灯光开启及天亮时路灯熄灭的操作。在路灯开启的情况下,对射检测单元开始工作,当车辆或行人通过马路时,对射探测接收单元会产生相关的脉冲信号传送给控制器1,控制器会根据脉冲信号以及时间间隔,通过软件得到车辆或行人的数量及行进速度等相关参数,并向功率调节单元发出相关指令,使其采取不同的灯光亮度等级并持续一段时间。与此同时,控制器1将相关参数通过无线通信单元传递给下一个或几个单片机。

  下一个接收到信号的单片机会在人未到达前改变亮度等级,而持续的时间可满足车辆或行人通过此灯一定距离,此灯也实时检测车辆或行人的通过,并把相关参数传递给以后的路灯。各个路灯节点与主控制室的计算机相互通信,可实时监控路灯运行状况。其系统框图如图2所示。

  2、系统主要单元硬件结构设计

  2.1 移动物体监测单元

  信号发生电路由两个555电路来实现。前一个555用来产生的1 kHz的调制信号,并由③引脚输出至后一个的复位端④脚,后一个555用来产生38 kHz方波信号。由④脚作为调制端,即当④脚为高电平时,555是常规的方波振荡器;当④脚为低电平时,555的③引脚处于低电平。此信号发生器和38 kHz红外接管即可实现行人或车辆的检测,其电路原理图如图3所示

  2.2 无线传输单元

  本系统的主控制器采用了Atmel公司的ATmegal6,它是真正的RISC结构的单片机,内部资源非常丰富,并在片内集成了各种功能强大的外围接口和通信接口。在本次设计中,单片机的任务主要是完成对经过降压处理而采集到的市电电压进行变换,通过软件完成对节电等级的判断,并控制相应的继电器进行相应的通断动作;还要对一段时间内的开关灯时间及状态进行记录,以及完成和外部设备的通信等功能。

  该系统的无线通信模块是Nordic VLSI公司推出的单片射频收发芯片nRF905,工作电压为1.9~3.6 V,体积小,可工作于333/868/915 MHz三个ISM频道,输出增益范围为-10~+10 dE,最大无线数据传输速率达50 Kb/s,适用于无线数据通信、无线报警及安全系统等诸多领域。该芯片通过单片机的简单控制即可方便实现无线收发模块的设计,它通过SPI口与单片机进行数据交换,工作于从方式时,时钟由单片机的SPI时钟确定。

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