基于RF7020 無(wú)線數(shù)傳模塊的車載道路照明檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦大為

(鹽城師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

根據(jù)GB/T 5700—2008《照明測(cè)量方法》和CJJ 89—2012《城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》要求，對(duì)新建道路路燈在使用前需要對(duì)其平均照度、照度均勻度、平均亮度等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)收，對(duì)LED 路燈顯色指數(shù)、色溫等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)尤其重要。對(duì)重新改造的路燈線路在使用前也必須對(duì)其平均照度、照度均勻度、平均亮度、亮度均勻度、顯色指數(shù)、色溫等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)收。針對(duì)目前手工檢測(cè)所存在的檢測(cè)工作量大、不安全等各種弊端，我們?cè)O(shè)計(jì)一款無(wú)線數(shù)傳車載式道路照明檢測(cè)系統(tǒng)，并已于江蘇省鹽城市科維電子儀器廠生產(chǎn)。

1 硬件部分設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)的手工檢測(cè)平均照度、照度均勻度等參數(shù)的要求，設(shè)計(jì)一種具有測(cè)試精度高，采集速度快，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定且能克服電磁干擾的無(wú)線數(shù)傳車載式道路照明檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路。如圖1 所示為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)流程圖。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)流程圖

1.1 傳感器的設(shè)計(jì)

光電池把光能轉(zhuǎn)化成電能，一般選擇硅光電池作為傳感器，在硅光電池前加一個(gè)可見光函數(shù)余弦修正片，使入射光盡可能多地照射到硅光電池表面，并對(duì)可見光進(jìn)行光譜修正。

1.2 無(wú)線通信電路的設(shè)計(jì)

ADF7020 是一款適用于VHF 和UHF 頻段的收發(fā)器，允許使用ASK/FSK/ OOK/GFSK/GOOK 編碼，具有低功率、高集成度等特性。ADF7020 使用一個(gè)外掛VCO 以方便設(shè)計(jì)人員選擇工作頻率，頻率主要為433 MHz、868 MHz 和915 MHz 的ISM 操作而設(shè)計(jì)，也可用于日本950 MHz 的射頻帶。采用高斯型數(shù)據(jù)濾波器，以實(shí)現(xiàn)超高效率的GFSK 或G—ASK 調(diào)制。該器件適合于中國(guó)短距離器件監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的電路應(yīng)用，一個(gè)收發(fā)器僅需極少的外部元器件，ADF7020 支持各種可編程特性，包括接收的靈敏度、線性度和中頻帶寬，用戶可根據(jù)具體情況在接收機(jī)靈敏度和選擇度與功耗之間進(jìn)行取舍，適合低成本和小面積的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用基于ADF7020 芯片的RF7020 無(wú)線數(shù)傳模塊，其采用高效檢錯(cuò)編碼，當(dāng)發(fā)生連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤時(shí)其最大糾錯(cuò)可達(dá)24 bits，且編碼增益可達(dá)3 dBm，編碼效率和糾錯(cuò)能力均處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的前向糾錯(cuò)編碼，提高了系統(tǒng)的靈敏度與抗干擾能力，模塊還具有自動(dòng)檢錯(cuò)過(guò)濾功能。所以RF7020 模塊特別適合應(yīng)用于外界干擾較大的惡劣環(huán)境或工業(yè)領(lǐng)域。

RF7020 模塊內(nèi)設(shè)256 bytes 大容量緩沖區(qū)，RF7020 模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的UART/TTL 兩種接口，三種接口校驗(yàn)方式以及 57 600/38 400/19 200/9 600/4 800/2 400/1 200 bps 七種波特率。RF7020 模塊外部接口采用無(wú)線透?jìng)鲾?shù)據(jù)傳輸模式，能適應(yīng)多種用戶協(xié)議，所收即所發(fā)。如圖2 所示為終端設(shè)備與無(wú)線模塊連接示意圖。

圖2 模塊連接圖

1.3 信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用的是一個(gè)帶有二級(jí)運(yùn)放的運(yùn)算放大電路，前級(jí)放大器采用運(yùn)算放大器OPA129，次級(jí)運(yùn)放選用運(yùn)算放大器OP07。如圖3 所示。

圖3 運(yùn)算放大器電路圖

1.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換采用AD 轉(zhuǎn)換器TLV2542。TLV2542 的設(shè)計(jì)允許在極低的功耗下工作而且采用自動(dòng)掉電的方式使其功耗低的特點(diǎn)得到進(jìn)一步增強(qiáng)，其外圍電路如圖4 所示。

圖4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖

1.5 信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)型號(hào)為AT89C2051。可兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)，單片機(jī)內(nèi)置通用8 位中央處理器及Flash 存儲(chǔ)單元，它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供高靈活度和低成本的解決辦法。

1.6 供電電路的設(shè)計(jì)

電源模塊是由7.4 V 可充電鋰電池組和DC/DC電源模塊組成，為了減小電源對(duì)運(yùn)算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的干擾，本系統(tǒng)先采用LM2940 穩(wěn)壓三極管得到+5 V 電壓，然后選用DC-DC 穩(wěn)壓模塊MAX660ESA，MAX660 為負(fù)電壓產(chǎn)生芯片，輸出紋波峰峰值小于100 mV，以供電路板使用。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和硬件電路功能將軟件程序大體分為六大塊。采用C 語(yǔ)言，依據(jù)先總體設(shè)計(jì)，再進(jìn)行各功能模塊的設(shè)計(jì)原則完成其下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)工作。

2.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件編程基于Microsoft Visual Basic 語(yǔ)言，設(shè)計(jì)出一款簡(jiǎn)單、方便、易操作的檢測(cè)軟件，該軟件可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)快速測(cè)量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、測(cè)量結(jié)果曲線圖顯示、自動(dòng)生成報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。如圖5 所示為軟件的參數(shù)設(shè)置界面。由于道路照明檢測(cè)要求是測(cè)量道路路面的照度，而傳感器位于引擎蓋而非地面，所以要得到路面照度需要將引擎蓋上的照度值進(jìn)行修正，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)出小轎車引擎蓋的修正系數(shù)為0.93。參數(shù)填寫完成之后點(diǎn)擊確認(rèn)，進(jìn)入系統(tǒng)測(cè)試界面。

圖5 軟件的參數(shù)設(shè)置界面圖

如圖6 所示為無(wú)線車載道路照明檢測(cè)系統(tǒng)的主界面圖，該界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明了，針對(duì)檢測(cè)，得到一目了然的檢測(cè)結(jié)果。軟件中部顯示區(qū)域?yàn)闇y(cè)量結(jié)果動(dòng)態(tài)曲線圖，測(cè)試者可更加直觀地查看道路照明照度、亮度變化曲線。

圖6 檢測(cè)系統(tǒng)的主界面圖

歷史數(shù)據(jù)查詢界面如圖7 所示。

圖7 歷史數(shù)據(jù)查詢界面圖

3 小 結(jié)

本設(shè)計(jì)是基于AT89C2051 單片機(jī)以及ADF7020無(wú)線通信芯片的無(wú)線車載道路照明檢測(cè)系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可精確測(cè)量照度、照度均勻度、亮度、亮度均勻度等多項(xiàng)路燈光源光度學(xué)方面的主要技術(shù)參數(shù)，為路燈光源光度學(xué)指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量提供了科學(xué)可靠的技術(shù)支持。比起有線檢測(cè)系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)具有安裝簡(jiǎn)易，攜帶方便等優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)精準(zhǔn)度毫不低于有線檢測(cè)系統(tǒng)。

經(jīng)校準(zhǔn)及現(xiàn)場(chǎng)使用驗(yàn)證，基于AT89C2051 單片機(jī)以及ADF7020 無(wú)線通信芯片的無(wú)線車載道路照明檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)論從檢測(cè)精度還是檢測(cè)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性以及檢測(cè)速度、抗干擾性等方面都能滿足城市道路照明效果的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量要求，該項(xiàng)目已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家專利，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)城市道路照明無(wú)線車載檢測(cè)設(shè)備的空白，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

［1］錢偉，秦大為，曹剛.車載式道路照明檢測(cè)系統(tǒng)［J］.燈與照明，2010(3)

［2］秦大為.道路照明的照度測(cè)量方法［J］.電工技術(shù)，2009(3)

［3］周封，王晨光.基于GPRS/GSM 的路燈監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2008(1)

［4］申曉明.無(wú)線通信系統(tǒng)在路燈監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.科教文匯(上半月)，2006(7)

［5］嚴(yán)萍，李劍清.照明用LED 光學(xué)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)［J］.半導(dǎo)體光電，2004(3)

［6］李善民.基于ZigBee 單片機(jī)的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.華南理工大學(xué)，2013

［7］PAT RICK Kinney，etc.ZigBee technology:wireless control that simply works［J］.Communications Design Conference，2003(2)