LED路燈智能控制系統設計方案

辛智廣+于春榮+王樹彬

摘 要 隨著建設資源節約型、環境友好型社會理念的不斷深入，我國在各個方面加強降低能耗的建設。在照明系統中，LED路燈因具有反應快、能耗低等諸多優勢，已經成為了光源選擇的首要考慮對象。為了能夠更好的發揮出LED路燈的作用，本文從硬件設計和軟件設計的角度進行LED路燈智能控制系統的研究，最終經過調試使得LED路燈能夠在完成檢測基本要求下實現點亮路燈、無線傳送信息、監控中心接收信息等功能。

關鍵詞 LED路燈；智能控制系統；設計

中圖分類號 TP39 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0178-01

LED是近些年出現的一種新的固體光源。傳統的照明燈具能耗高、發光效率低。LED燈借助無噪音、電壓可調等諸多優勢在實際中的應用越來越廣泛，特別是在城市道路照明上，作為一種綠色光源LED燈在未來的發展前景良好。為了實現本次LED路燈智能控制系統設計要求，本文擬采用ZigBee無線通信技術作為技術支撐，完成系統設計。

1 LED路燈智能控制系統硬件設計

本次設計關鍵器件主控芯片使用TI公司的ZigBee芯片CC2430，車輛檢測傳感器在綜合考慮超聲波檢測方式、激光檢測方式、視頻檢測方式、微波技術、紅外檢測方式等多種檢測方式，并進行優缺點對比，最終確定使用微波技術，采用平面微帶多普勒雷達和外圍電子電路作為車輛檢測模塊。多普勒雷達型號最終確定為Agilis公司開發的HB100多普勒微波模塊。

1）電源電路。穩定的電源是保證整個系統正常運行的一個基本條件[1]。在LED路燈智能控制系統中需要電源供電的主要有3個部分，包含ZigBee模塊、運算放大器、比較器。其中ZigBee模塊需要3.3V穩定電壓，運算放大器、比較器需要5V穩定電壓，因此使用三端穩壓芯片LM1117。在ZigBee節點電路中，CC2430的集成化程度高，外圍電路只需要連接少量電阻、電容和電感等元件及晶振即可工作。運算放大器選用LM358芯片。

2）微波檢測電路，車輛檢測雷達由傳感器模塊、多普勒信號調理電路、決策控制部分3部分組成[2]，本次設計采用的HB100多普勒移動傳感模塊采用微帶平面天線，微波振蕩源產生的X波段連續波等幅信號經微帶發射天線向空間定向輻射，同時接收天線接收到運動目標反射的回撥信號，經過低噪聲放大器放大后再通過混頻器與本振信號混頻，經過中頻放大，檢波等處理方式，將能夠反映出目標移動速度的多普勒頻率信號傳送到信號輸出端。在設計的過程中，需要注意的是HB100的脈沖供電電壓需要控制在4.75V～5.25V之間。

3）串口通信模塊，本次設計擬采用CC2430的USARTO接口作用于UART異步通信模式。在進行串口電平轉換過程中，本次設計擬采用MAXIM公司設計生產的MAX232芯片，使用三根線（接收、發送、地線）完成串口通信。

4）光敏電阻采樣電路，本次設計使用光敏電子作為模擬信號的輸入，利用ADC通道進行單次采樣，連接AD，用來采樣環境亮度信息。

5）路燈控制模塊，其結構為CC2430→光耦隔離單元→繼電器單元→受控路燈。

在完成了整個系統的硬件設計構思后，下一步進行軟件設計。

2 LED路燈智能控制系統軟件設計

本次設計是在TI公司的ZStack-1.4.2-1.1.0協議棧開發包提供的項目模板創建的工程文件。

1）微波檢測模塊，由于只有足夠多過零點數的信號才能夠被認為是有效信號，因此需要確定得到多普勒信號的過零點數和過零點的時間間隔，才能夠確定多普勒頻度，同時還需要判斷信號是否具有足夠多的過零點數。另外，路燈控制設計需要有效控制路燈的滅亮，避免對駕駛員行車產生影響[3]。

2）ZigBee設備包含協調器節點和路由節點，協調器節點的作用在于完成初始化協議棧、完成參數設置工作、建立網絡、分配網絡地址，維護網絡拓撲、固定周期查詢ZigBee監控節點的數據采集、接受監控中心通過竄口發來的命令，根據命令完成相關處理等任務。路由節點主要完成搜索網絡，加入網絡、收集傳感器數據、與相鄰節點通信控制路燈提前點亮、周期性將路燈工作狀態發送至協調器、接受協調器發送來的命令，并根據命令完成相關操作。協調器節點主要的操作流程為：硬件初始化→協議棧初始化→建立網絡→處理接收到的幀→是否有節點請求加入（Y節點加入處理）→是否接收到數據幀（Y將接收到的數據發送上位機）→是否有上位機的命令（Y將上位機的命令發送至相關節點）。路由節點的操作流程為：硬件初始化→協議棧初始化→加入網絡→發送和接收網絡幀→根據網絡幀和傳感器數據進行路燈控制決策→是否有協調器的命令幀（Y處理協調器命令）→是否有車輛進入檢測范圍（Y估算車速、向下一節點發送數據幀）→周期性的將路燈工作狀態發送上位機。

3）關于上位機監控軟件，本次擬采用Microsoft的Visual？Studio2008集成開發平臺，使用SQLite進行數據的管理操作。該軟件的主要任務是接受ZigBee網絡協調器傳送的數據，進行數據的解析并通過圖形化方式顯示其中信息[4]。

3 LED路燈智能控制系統設計結果調試

設計完成的LED路燈智能控制系統只有經過調試才能夠了解系統是否能夠正常運行。針對微波模塊的調試，主要驗證多普勒模塊是否能夠正常接收回撥信號并輸出多普勒信號，完成多普勒雷達能夠正常工作、回撥信號能夠滿足多普勒頻率公式、信號噪聲是否在限值內、放大調理后的信號是否滿足單片機IO要求。調試過程為：在PCB電路板的相應位置焊接對應的元器件→調節PW電路中的電位器→對放大電路進行逐漸調試。利用示波器觀察輸出波形的幅值和頻率。

針對雷達的調試不僅需要考慮硬軟件設計問題，還需要考慮安裝高度、角度等[5]，同時還需要根據實際的道路狀況進行設置。

4 結論

我國越來越發達的交通網絡，要求有著相應規格的路燈控制系統，這一點為實現我國智能交通系統的建設有著積極意義。本次研究在經過硬件設計和軟件設計，并從用電效率和智能化角度作為設計目標，最終設計出一個LED路燈智能控制系統，該系統用電效率高、智能化程度高，符合目前合理利用電力資源的要求，具有良好的商業前景。

參考文獻

[1]申利民，翁桂鵬.基于ZigBee的智能小區LED路燈控制系統設計[J].中國照明電器，2011，33（2）：26-29.

[2]甘本鑫，徐少明，蘇紅艷.基于單片機的LED路燈模擬控制系統的設計與實現[J].現代電子技術，2011，29（3）：205-207.

[3]喻春雨，孔凌歷，何春舅，張盛東.基于RFID技術的LED路燈智能控制系統設計[J].中國照明電器，2011，27（6）：13-15.

[4]馬騰，李淵，李寶營，等.LED路燈智能控制系統設計[J].大連工業大學學報，2012，26（1）：75-78.

[5]經偉，許堃，余建波.基于GPRS和ZigBee的節能型LED路燈智能控制系統[J].計算機測量與控制，2015，28（5）：1538-1541.