毕业设计（论文）-基于LED照明的智能路灯设计.doc

学 号07700103毕业设计说明书基于LED照明的智能路灯设计学生姓名胡启庆专业名称电子信息工程指导教师王悦电子与信息工程系2011 年6 月1 日基于LED照明的智能路灯设计The Design of Intelligent Lights Based-on LED Lighting摘 要随着我国的经济高速发展，对电的使用日益升高，因此造成了电能的浪费。目前国内路灯照明光源一般采用高压钠灯金属卤化物灯等。常出现开关灯不定时的现象，不但造成了电能的浪费、影响人们日常生活、影响社会治安以及造成一定程度的交通安全隐患。因此带来了很多不好的后果。伴随着城市发展的不断伸展，现有的路灯控制方法已远不能满足城市路灯发展与控制的需要，所以采用先进的科学技术进行有效的控制和管理，已经成为了必然。在当代路灯发展技术，智能控制路灯上显然很是重要的。本设计基于光敏电阻的控制原理，设计了一个基于LED路灯智能控制系统，实现LED路灯的智能控制。本系统主要由光敏检测模块、噪声检测模块、时钟电路、继电器开关、外置恒流源模块、LCD显示模块以及ZigBee无线模块组成，应用STC89C52单片机控制，通过对LED路灯的模拟控制，为最终的实际应用提供参考依据。并分析了研究过程中出现的问题，逐步找出LED路灯智能控制系统的最佳设计方案。关键词：LED路灯；光敏检测模块；噪声检测模块；恒流源驱动模块；89C52单片机；ABSTRACTWith Chinas rapid economic development, the increasing use of electricity increased, therefore, it resulted in waste of energy.Currently street lighting commonly used high-pressure sodium lamp metal halide lamp.Switch lights often appear from time to time phenomenon, caused not only a waste of energy, affecting peoples daily lives, affecting social order and to a certain degree of traffic safety problems.So bring a lot of bad consequences. With the continuous stretch of urban development, the existing street light control method has been far from city lights can not meet the needs of development and control, so the use of advanced science and technology for effective control and management is the inevitable.Development of technologyin modernlights,street lampson theintelligent controlis very important. The design is based on photosensitive resistor control theory, which is based on LED lighting design intelligent control system, intelligent control of LED lights.The system consists of photosensitive detection module, the noise detection module, the clock circuit, the relay switch, an external current source module, LCD display module, and ZigBee wireless module, application STC89C52 MCU control, LED lights through the analog control for the finalreference for the practical applications.And analyzed the problems in the research process, and gradually find out the LED lights intelligent control system, the best design.Keywords: LED street lamp；photosensitive detection module；Noise detection module；Constant-current source driver modules；Single-chip 89C52；目 录第1章 绪论1第2章 LED照明的智能路灯控制设计方案22.1 LED照明课题背景22.2 LED路灯智能控制工作原理22.3 LED路灯控制方案论证32.3.1 微处理器选择方案论证32.3.2 声音检测模块方案论证32.3.3 光检测模块方案论证4第3章 LED路灯控制系统的硬件设计53.1 LED智能路灯总的设计53.2 主要硬件以及电路实现63.2.1 STC89C5263.2.2 光敏检测模块83.2.3 噪声检测模块103.2.4 时钟电路113.2.5 LCD屏幕显示模块123.2.6 电源模块143.2.7 ZigBee无线模块介绍16第4章 LED路灯控制系统的软件设计194.1 程序流程图194.2 系统软件设计214.2.1 光敏检测子程序(汇编)214.2.2 噪声检测子程序224.2.3 ZigBee CC2430部分程序234.2.4LCD液晶显示部分子程序（c语言）24第5章 设计体会25致 谢26参考文献27附 录28附录1 硬件原理图28附录2 系统程序29第1章 绪论第1章 绪论随着中国城市经济的高速发展，城市道路照明也越来越受到社会的普遍关注，与此同时，世界能源短缺的时代里，发展节约型、可持续性发展社会已经成为了一种国际的约定，所以产生了我们对路灯改革的需求。路灯是一个城市照明工程的重要组成部分。目前一般的传统路灯一般采用钠灯、水银灯等老式的灯具，这类灯具有发光效率高、安装简便、光色良好等优点被广泛使用，但缺点也是存在的，比如功率因子低、耗电量大、使用寿命不长等。我国的大部分城市道路都采用“全夜灯”的方式进行照明，这些道路在夜间车流量人流量和都比较小的时候，甚至没有车或者人经过，这些路灯也是长时间亮着，这么一来电能就这样被时间给白白浪费掉了。大多的路段真正有效的照明时间只占到整个照明时间的20%30%。因此有些地方采用“半夜灯”前半夜全亮后半夜全灭的方式，这种方法虽然节约了电量的使用能耗，但是带来诸多的社会治安和交通安全隐患问题，这样的话带来的影响使我们不能不去深思啊。LED照明技术作为一种较新的技术，已经开始广泛用于各种照明中。它具有能效高、亮度可调、使用寿命长等优点。一个LED路灯，如果要达到和普通的高压钠灯和高压水银灯接近的亮度，大约需要消耗的40W以上功耗，大概只有传统路灯的20%40%左右，不能不说LED照明技术的发展对于整个城市的发展用电节约下来的不仅是一个数字而已，由此带来的是对于整个国家以及世界来说都有着一个重大的意义。LED光源作为一种新型绿色光源，具有比原来老式光源的各种节能环保的优点，是未来几年的发展趋势，更是一种社会科技发展的见证。09年初，中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市方案，该计划涵盖了北京、上海、深圳、武汉等21个国内发达城市，由此说明国家正在关注和引导我国的半导体照明技术的快速发展，LED照明技术在未来的几年更是一种不可或缺的半导体光源。LED道路照明控制系统采用的是智能传感器和无线控制技术，对于整个道路动态照明有着良好的控制能力，既能充分展示了LED路灯的可控性，又可以有效的节约电能。基于单片机微控系统，实时根据道路照明需求调整LED路灯的亮度，大大节约了能耗，达到了环保节能的目的。LED路灯智能控制系统研发的思想也是主要因为如此才不断的有很多人对它进行开发研究，它的研究成果不仅仅只作为路灯控制使用，还可以改良作为家庭、办公室、娱乐场所等各种地方的智能控制，所以LED路灯控制系统具有很大的社会价值，它的发展也象征着LED照明技术的进步，是一个时代的科技发展的代表之一。1第2章 LED照明的智能路灯控制设计方案第2章 LED照明的智能路灯控制设计方案2.1 LED照明课题背景LED光源作为一种新型的绿色光源，具有节能、环保、寿命长等特点，是未来照明的发展趋势。2009年初，中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市方案，该计划涵盖北京、上海、深圳、武汉等21个国内发达城市。这计划的实施将有效引导我国半导体照明应用的快速发展。发光二极管LED照明器具，是近几年出现的新一代的照明技术，与传统照明相比具有效率高、节能、寿命长、可控性高等优点，属环保的绿色照明方式。LED道路照明智能控制系统，采用的是智能传感器和无线控制技术，对照明进行动态调整和联网控制，充分利用了LED的可控性，进一步提高节能效果。上位机管理系统通过电力载波对城市照明系统，进行控制和监测，结合微电脑的数据采集和控制节能算法，实现最佳照度控制，以达到节能目的。LED照明器具有低功耗睡眠机制，通过智能传感系统唤醒，比没有智能控制的LED路灯进一步节电10%20%左右。本课题正是基于LED光源道路照明而设计的智能路灯节能控制系统，从而有效解决现有的道路照明管理系统普遍存在着难以反馈路灯状态信息、没有适时开关灯、基本没有节电效果等问题。2.2 LED路灯智能控制工作原理LED路灯的智能控制原理：主控制器主要由光敏传感器、噪声传感器、微处理器和其他的辅助电路组成的。其工作原理是：LED路灯的开和关完全智能化控制，根据交通状况有三个时期：高峰期、中间期、末段期，从而合理的对路灯进行控制，利用时钟芯片可以将实时时钟传到主控制器，划分三个时期定时，实现实时分时期控制LED路灯的照明状况。在白天，通过感敏传感器，路灯灭。进入晚上，路灯亮。在末段期，也就是我们夜间的深夜，由噪声传感器根据实时交通路况信息进行判断，通过微处理器改变路灯的明暗度以及亮灭。白天当光照度没达到预先设置的要求，也可以对路灯进行控制开启及时照明。通过改变电路电压也可以对路灯的明暗度进行实时调节，以达到节能的效果。22.3 LED路灯控制方案论证2.3.1 微处理器选择方案论证方案一: 由89C51芯片作为微处理器，采用flash ROM，内部具有4KB ROM存储空间,可以在3V的超低压下工作,并与MCS 51系列单片机完全兼容,但是使用在电路设计时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对硬件进行调试时，由于程序的错误或加入新增功能时需要烧入程序时，对芯片的频繁插拔会对芯片造成一定的伤害。方案二:由STC89C52,片内ROM全都采用flash ROM；可以在5V的超底压下工作；同时也与MCS-51系列单片机兼容，内部具有8KB ROM存储空间，具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或加入新增功能需要烧入程序时，不用对芯片频繁拔插，绝对的保证了芯片的使用寿命。方案一与方案二对比，故选择采用STC89C52作为微处理器芯片。2.3.2 声音检测模块方案论证方案一：超声波传感器超声波传感器是利用超声波特性具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好，能成为射线而定向传播等特点，应用领域十分广泛。但是由于其灵敏度极其高，很难对检测事物进行定量，同时它的工作频率较高因此不适合本电路的工作频率，价格十分昂贵，因此本设计不采用超声波传感器。方案二：噪声传感器噪声传感器是一款宽声频范围、高声强动态范围、操作简便的声音传感器。该传感器体积小，重量轻，安装灵活，其声频测量范围覆盖了人耳所能听到的全部频率，测量的声强能量范围满足国家噪声管理标准中的全部要求。此外，该传感器输出为标准电压信号，便于与各类数据采集和测量控制系统组成精细的噪声测量系统，是环境监测、噪声定量分析、声源定位理想选择。价格也很便宜，适合本次电路的设计，故采用噪声传感器。2.3.3 光检测模块方案论证本设计使用的是光敏电阻作为光敏传感器的主要部件，利用光敏电阻将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光敏传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电检测技术中占有非常重要的位置。考虑到系统的监测电路以及它的外围监测电路实现要更加的简单，本次设计上选用的光敏电阻作为光检测模块的核心部件，光敏电阻RG1在电路上可以实现随时进行光的检测，当环境的光照亮度没有达到预先的设置值时，光敏电阻的阻值上升，电路上的电压比较器反向输入端电压升高，输出高电平，灯亮。反之，输出为低电平，灯灭。从上述的原理可以简单的设计光敏检测电路，进行光检测，根据光敏电阻的光照特性可以做更多的扩展和精度更准的亮度检测，方便快捷，在本次的设计当中采用光敏电阻作为光传感器比较适合，价格也比较适中，也更好地有利于于实际的实验操作。5第3章 LED路灯控制系统的硬件设计第3章 LED路灯控制系统的硬件设计3.1 LED智能路灯总的设计LED智能路灯设计控制器主要由光传感器、噪声传感器、实时时钟、微处理器和ZigBee无线网络系统组成。其工作原理：根据实际的路况，将从开灯到关灯分为高峰、中间、末段三个时期来对路灯进行控制，利用时钟芯片可将实时时钟传入主控制器，从而把各时期划分定时，再由主控制器通过电力载波通信将信号传递给从控制器，而LED亮度决定于经高压交流传输整流后，再进行DC/DC输出电压的大小，此时从控制器通过PWM（脉冲宽度调制）后控制其输出电压（各档位时段对应各自电压）。末段时期，从控制器利用设置在路面的噪声传感器检测路面交通的实时交通状况，通过噪声状况决定是否改变目前的路灯电压，实现动态节能。通过光电传感器在非常时期还可实现实时检测路面的光照度。当光照度达不到预先设置的要求，可以启动路灯及时照明。为了体现系统的智能化控制，系统采用ZigBee无线网络系统，利用具有自动路由功能的通信控制器，对各个从智能控制器进行无线连接，达到灯的开断和照度调节。LED路灯的智能控制器设计系统硬件结构:LED路灯控制系统的重点在支路控制器。STC89C52单片机作为控制核心，时钟电路将实时信息显示和存储；光敏检测模块主要用来检测光线的强度，决定是否应该开关路灯；噪声检测模块主要是用来检测周围环境的车流量和人流量，决定是否开关路灯以及调整光的明暗度。图3-1 系统硬件结构总图第3章 LED路灯控制系统硬件设计图3-2 系统实物图3.2 主要硬件以及电路实现3.2.1 STC89C52图3-3 STC89C52单片机引脚图STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，RXD和 TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图3-4所示，在 RXD和TXD引脚上外接 定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成 的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图3-5所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。图3-4 内部方式时钟电路 图3-5 外部方式时钟电路RST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用频率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。STC89C52具体介绍如下：1.主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线 2.外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 3.控制引脚（4根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 4.可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程 I/O口，分别位 P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。 PO口（Pin39Pin32）：8位双向 I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向 I/O口线，名称为P1.0P1.7P2口（Pin21Pin28）：8位准双向 I/O口线，名称为P2.0P2.7P3口（Pin10Pin17）：8位准双向 I/O口线，名称为P3.0P3.7表3-1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256*8bit内部RAM3个16位可编程定时、计数器中断时钟频率0-24MHZ2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.2.2 光敏检测模块光敏检测模块是由光敏电阻和电压比较器LM393组成，光敏电阻器（Photoresistor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随着光线的强弱而变化的电阻；光线强，电阻减小，光线弱，电阻增大。光敏电阻主要用于光线检测、控制和光电转换。电压比较器LM393用来比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当“”输入端电压高于“”输入端时，电压比较器输出为高电平；当“”输入端电压低于“”输入端时，电压比较器输出为低电平。电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。电压比较器不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出为低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关量。用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合。图3-6 LM393引脚功能图光敏电阻分得的电压经电压比较器与用户设置的参数进行比较，做出相应的动作，返回到主控制系统中，再由主控制器进行运算、处理，从而实现智能光感应控制。其工作原理：当光线较弱时，光敏电阻阻值上升，电压比较器反向输入端电压升高，到设定的值时，LM393的输出由低电平转变为高电平。这个高电平经P1.7口送到单片机内部与程序设定的初值比较，判断是否打开监测电路，控制LED路灯的开关。图3-7 光敏传感器模块电路图3.2.3 噪声检测模块1管脚线定义：声音传感器的一管脚与外壳相连，此脚为负端；另外一脚为正端。2产品参数：1)外形尺寸：10mm8mm2)输出阻抗：1K 5K3)指向性：全向形 4)频率响应：50Hz 15KHz5)灵敏度：-52dBV/pa(2.0mv/pa)噪声检测模块电路图如图3-8所示：图3-8 噪声检测模块电路图声音检测模块实物如图3-9所示：3-9 噪声检测模块实物图3.2.4 时钟电路基于DS1302的时钟电路设计采用24h计时方式，时、分、秒并用LCD显示。采用STC89C52单片机和DS1302实时时钟芯片，使用5V电源供电，采用按键控制，可以进行时间校正，并且可对LED灯的开关时间进行控制和调节。DS1302的VCC2加入3 V锂电池实现时钟掉电保护。DS1302是一个集成了我选用的51打片机开发板上的芯片，按键扩展的话，具有可调节时间的功能。图3-10 DS1302时钟电路113.2.5 LCD屏幕显示模块液晶显示电路如图3-11所示。K1为菜单功能键，相对应的菜单有设定LED灯整条支路开关，独立控制每只路灯开关时间和功率调节的调光功能；K2为移位键；K3为加减键；K4为确认键。LCD数据线与单片机P1口相连；RS寄存器选择信号端与P24相连；RW读写端与P25相连；E使能端与P26相连。图3-11 1602LCD液晶显示电路1602LCD液晶显示实物如图3-12所示：图3-12 1602LCD显示实物图1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符；芯片工作电压:4.55.5V；工作电流:2.0mA(5.0V)；模块最佳工作电压:5.0V；字符尺寸:2.954.35(WH)mm表3-2 1602LCD引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极引脚功能说明：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。133.2.6 电源模块1）电路电源设计：STC89C52的工作电压4.0V-5.5V，电源电路采用线性稳压电源。交流电源由变压器T1将220V的交流电压转换成10V左右的低压交流电，VD1、VD2、VD3、VD4整流后转换成12V的脉动直流电压。由于此脉动的直流电压含有较大的交流分量，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压所以在电路中加了C4、滤出交流分量。通过三端稳压管L7805稳压，输出+5V的直流电压。L7805是一种三端稳压集成模块，它有三个端即输入端、公共端、输出端。它内部有调整管、基准电压源、取样电路、比较放大器、过流保护、芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路组成。三端集成稳压电源具有安全可靠、性能稳定的优点。L7805是一种输出电流为1.5A的低电流稳压模块，能有效的为整个电路提供稳定的工作电压，因此在本设计过程中充分的考虑到节能的设计理念运用以7800系列的稳压模块为电路提供能量。 另外说明的是，本次模拟的实物设计采用的是51系列单片机开发板，用的是USB口接5V供电，上面的设计电路电源也适合运用到实际开发当中的，本人采用的自选的开发板，同时集成了USB 5V供电方式，此种供电的方式适合于开发板的实验操作，方便、简单。如果不使用USB供电的就要根据上面的设计电路设计电源，输出的电压根据电路实际使用情况而定。电源模块电路图如图3-13所示：图3-13 电路电源图2）LED驱动恒流源：由于LED模拟路灯采用的是12V 2A电源供电。电器规格为：输入电压：85132VAC/180264VAC开关选择电源频率：4763Hz输出电压：DC12V0.5%输出电流：2A输出功率：24W转换效率：85%图3-14 恒流源驱动LED路灯的电路原理图LED灯驱动电源如图3-15所示：图3-15 LED驱动恒流源本次使用的是交流220V转12V的LED驱动恒流源给本设计使用的LED灯供电，通过继电器可以控制LED灯的亮和灭，这种设计的开关方式缺点就是没办法控制LED路灯的明亮程度，所以根据前面我所提到的，关于LED的亮度决定于经高压交流传输整流后，再进行DC/DC输出电压的大小，此时控制器通过PWM（脉冲宽度调制）后控制其输出电压来对LED灯进行明暗度的调节。这里对LED路灯的明暗度调节功能在本次的设计当中没有实现，但是可以通过增加外围的电路设计连接单片机可以加以改善方案，明显在本次的设计方案当中本人有提到通过PWM（脉冲宽度调节）来控制输出的电压，来达到调节LED路灯的明暗度。在这里再次说明下，方案的不足，有改善的空间。3.2.7 ZigBee无线模块介绍Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。主要用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。总之，ZigBee就是一种价格低，功耗较少的近距离无线组网通讯技术。ZigBee的底层技术基于 IEEE 802.15.4。物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、数据速率低（250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。ZigBee是一种新兴无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它依据802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它们的通信效率非常高。每个ZigBee网络节点不仅可以作为监控对象，其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。还有每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。ZigBee采用的是自组织网通信方式，每一个ZigBee网络模块终端，都可以彼此自动寻找对方的网络，并且很快地形成一个互联互通的ZigBee网络，各个的网络模块终端还可以移动变化，因此它的通信方式为自组织的。由此就像一张网状的多通道通信系统，在工业现场当中，往往有很多的障碍，得不到畅通的无线通道，对于这种网状的多个通道，我们想要传达的数据信息就可以通过不同的通道到达目的地。当前的路灯节能系统组织网主要是基于电力线载波通讯的组网方式，GSM短消息控制，ZigBee技术则是一种短距离、低速率无线网络技术，这种无线网络通信系统克服了电力线载波通讯中不能换相的问题，而且保障了无线通讯的可靠性。路灯节能监控系统是由三层网络来实现的。如下图所示：图3-16 系统网络结构框图其中监控层主要有PC机完成系统的上位机监控画面，以及控制指令的交互设计。中间层由每个子网的协调器组成，通过GPRS通讯技术将子网内的数据信息传送到系统上位机。最后子网内采用ZigBee网状网络来实现路灯之间的通讯。将每个街道划分为一个子区域，将街头的路灯设置为协调器，其他的路灯节点设置为路由节点，最后通过ZigBee协议栈中的网络层来实现Mesh网络的构建。从而保证将每个节点上的信息及时地发送到相应的协调器。控制器节点是组成网络的基本，是网络通讯的载体。其主要功能是实现信息的采集、无线通讯以及系统的控制。该节点以CC2430为主要的硬件平台实现系统的设计。CC2430是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统。在整个芯片上集成了模拟数字转换器、定时器和AES协同处理器等其他外设。支持24 GHz，IEEE 802154ZigBee协议。路灯控制器主要由电压电流采集模块、功率调节模块、无线通讯模块和CC2430组成。其中电流电压采集模块是通过相应的采集电路将信号调理到05 V之间的信号，利用CC2430中的ADC模块来进行采样，从而获得路灯当前的电流和电压的信息；功率调节模块是由IR2159电子整流器组成的，利用CC2430中的定时器来输出占空比不同的脉冲，调节DIM引脚上的电压，从而调节路灯的照明亮度。最终实现对路灯的监控。图3-17为CC2430原理图：图3-17 CC2430控制节点部分原理图AIN0为电压采集通道，AIN1为电流采集通道。SD，FMIN，DMIN分别对应IR2159电子整流器的三个控制引脚。其中SD为控制电子整流器的开关，FMIN为当前电子整流器的开关状态，DMIN为IR2159的模拟调光接口，来控制光线输出的亮度。利用ZigBee无线网络技术对路灯进行监控，解决了电力载波跨相的问题以及提高了系统的稳定性，更满足了节能路灯的通信要求，在路灯通信系统中更加具智能化、信息化，避免了对电能的浪费上作了很大的贡献。28第4章 LED路灯控制系统的软件设计第4章 LED路灯控制系统的软件设计4.1 程序流程图图4-1 主程序流程图图4-2 CC2430 程序流程图ZigBee CC2430的发送和接收方式是通过无线组网技术，单片机与ZigBee无线通信，传感器通过单片机将信号送到CC2430，再由它进行接收处理，将LCD屏幕上的“0”（表示关灯）、“1”（表示开灯）这两个数字信号发送到PC上位机上，上图是CC2430接收数据流程图，通过ZigBee无线技术传输可以对数据进行发送和接收，及时的收发数据可以让用户知道LED路灯的开关状态。如果再对方案进行完善，可以在计算机上接收更多的数据，譬如路灯的好坏状态、路灯的明暗度、以及实时的时间等，这可以根据设计的使用要求进行合理的方案修改，以达到更加人性化的设计要求。4.2 系统软件设计根据智能路灯系统实现功能的需要，软件系统模块划分为几个部分：主程序、时钟子程序、键盘扫描子程序、噪声检测子程序、光敏检测子程序等；主程序通过时间、光线、噪声检测循环判断，决定是否执行相应的处理程序。开发工系统启动后在没有任何按键按下的情况下显示当前日期和时间，选择路灯的工作模式。系统默认的工作模式为检测亮暗开关模式，根据环境光线判断是否打开路灯。当通过按键进行设定的时候，进入设定的模式，包括：LED路灯输出功率的设定，设定范围在20100；当前日期和时间的修改和设定；路灯工作模式的设定。4.2.1 光敏检测子程序(汇编)传感器使用一个LM393运放和光敏电阻组成。运算放大器接一个电位器，可调节感应的灵敏度。一个LM393的输出端接到单片机除P1.0口。在程序中检测LM393的输出状态。光强的时候，这个运算放大都是输出为高电平，路灯关闭。光弱的时候或者无光的时候，LM393就会输出低电平，单片机检测到后就会打开路灯。硬件连接：P1.0口接一个运放的输出端。P2.0口接第一个控制继电器的三极管。输出为低电平有效。实现功能：白天的时候，继电器释放。光弱的时候，继电器吸合。 ajmp start org 30hstart: mov a,p1 cjne a,#0feh,next lcall dely mov a,p1 cjne a,#0feh,next clr p2.0 ajmp startnext: cjne a,#0fch,next1 lcall dely mov a,p1 cjne a,#0fch,next1 clr p2.0 ajmp startnext1:cjne a,#0ffh,start lcall dely mov a,p1 cjne a,#0ffh,start setb p2.0 ajmp startdely:mov r7,#100dl1: mov r6,#100dl2: mov r5,#50 djnz r5,$ djnz r6,dl2 djnz r7,dl1 ret end4.2.2 噪声检测子程序说明：当单片机接受声音信号时，单片机P1循环输出低电平，当声音信号停止时，单片机停止到循环位置#include /库文件#define uchar unsigned /宏定义无符号字符型#define uint unsigned int /宏定义无符号整型/*初始定义*/uchar count; /按键计数，每按一下，count加1uchar a,b; /定义字符型变量/*延时函数*/void delay10ms(void) /延时程序uchar i,j;for(i=20;i0;i-)for(j=248;j0;j-)/*按键判断函数*/void key() /按键判断程序if(BY1=0) /判断是否按下程序 delay10ms() /延时，软件干扰 while(!BY1) /确认按键按下 count+; /按键计数加1 if(count=8) /计8次重新计数 count=0; /将count清零 while(BY1=0); /每按一次count只加1 /*主函数*/void main()temp=oxfe; /定义为11111110while(1) key(); /调用按键判断函数a=tempcount; /左移count位b=temp(8-count); /右移8-count位P1=a|b; /求值 4.2.3 ZigBee CC2430部分程序在无线传感网络中，CC2430需要将采集到的数据发送给上位机（即PC）处理，同时上位机需要向CC2430发送控制信息。这一切都离不开两者之间的信息传递。实验说明：UART0,波特率115200bps，PC机向CC2430送字符串（以字符结束），CC2430收到后返回该字符串。/*主函数*/void main(void) unsigned char i,b; xtal_init();Uart0Init(0x00,0x00); /初始化UART0，设置1个停止位，无奇偶校验 Uart0SendString(Please Input string ended with !rn);recv_count = 0; while(1) while(1) b = Uart0Receive();UART if(b=)break;/若接收到，则跳出循环，输出字符串 recv_bufrecv_count = b;/若不是，则继续向字符数组recv_buf添加字符 recv_count+;for(i=0; irecv_count; i+) /输出字符串 Uart0Send(recv_bufi);Uart0SendString(n); recv_count =0; /重置 4.2.4 LCD液晶显示部分子程序（c语言）此程序包括了时钟程序和按键程序，详细看附录2/* 名称 : Main() * 功能 : 主函数 */ void main(void) /主函数 unsigned char i;P1 = 0xff; /初始化, JDQ = 1; LcdInitiate(); /调用LCD初始化函数 delay(15); /延时保证信号稳定 while(1) WriteInstruction(0x01); /清显示：清屏幕指令 WriteInstruction(0x80); /第一行显示地址 init_dis(); Set_RTC(); /设置定时1302的初始日历第5章 设计体会第5章 设计体会整个毕业设计历程当中，自己深刻体会到了这四年的学习知识的重要性，尤其到了瓶颈阶段，整个脑袋想的全是自己的不足和知识掌握的不牢固。开始毕业设计的时候，只有一个题目，然后通过图书馆、网络、电子书等各种搜索方法，对题目有个初步的认识。题目有了一个大概的认识之后，老师给我们下发任务书，任务要求和功能设计都在研讨中有了具体的要求了。稍稍的掌握了毕业设计的所有要求和硬件的功能实现了，跟下来就是我们各自设计方案和选择硬件搭建电路的时候了，这时候，又停顿了一段时间，因为好多的电路硬件要求不是随便挑都能解决的，必须要根据自己的设计方案和硬件上的功能实现合理的设计出一套切实可行的方案。这不是我最大的难度，硬件上的搭建和理论知识基本可以顺利做出一套可行方案。别以为这就可以顺利过关直达毕业设计的尾声了，其实这时候让我最困难的时候，硬件搭建完了，必须做出来硬件调