无线路灯控制系统

无线路灯控制系统队号：201201132无线路灯控制系统（D题）摘要：根据赛题要求本设计由四个独立模块组成，分别为主控制模块和三个路灯模块。主控模块以单片机（STC89C52RC）为控制器，采用RX-2和TX-2芯片构成无线通信收发模块，以74HC164驱动数码管显示，可实现路灯无线控制以及故障检测报警。路灯模块采用无线通信收发模块以及路灯驱动电路组成。设计采用每个路灯既作为信号接收端又是信号中转端的控制策略，接力棒式的信号传递方式弥补了30-40MHZ低频无线通信距离较短的缺点。关键词：RX-2TX-2无线通信信号中转3一、引言随着科技的发展和人们对节能环保的重视，对路灯的节电和实用性的要求越来越高。传统灯控系统已不符合现代人的环保理念；而无线控制路灯系统能够在不同的时间合理的控制路灯，节省了电能资源。在出现故障时，调度人员能及时得到故障信息，更好的保障了路灯的正常运行。二、方案论证与比较方案一：完全采用分离元件来实现，通过分离元件完成自身单片机所需要的定时以及信号的发送和接受。采用NRF24L01芯片与单片机连接、频带高、速度快、能够进行简易编码；但NRF24L01芯片工作频段在2.4-2.5GHz之间，不能满足比赛题目要求。方案二：采用NRF24L01芯片与单片机连接,由自身的接受和发射硬件来传递和接受其他模块的信号。nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz～2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA。方案三：采用TX-2B，RX-2B五通道通信收发芯片。利用芯片的五个通道来编码。采用两种不同频率的信号可以实现控制2的8次方即256个路灯，通过住控制台来控制从机的情况，同时判断从从机接受来的信号做出相应的处理。但是，根据题目要求只需控制三个，所以就用一个频率以及四个通道。利用分离元件做出定时器以及实现其他功能，不仅难以实现而且得到的信号没有数字的信号稳定和质量好;NRF24L01工作的频率在2.4GHz～2.5GHzISM频段，但是题目要求工作在30到40Mhz;采用TX-2B，RX-2B五通道通信收发芯片,在30到40Mhz的范围内,它不仅可以操作简单而且产生的信号完全可以达到题目要求，所以方案三是最好的方案。三、系统设置与总体流程根据题目要求设计了两种模块功能---主控模块和路灯模块。主控制台主要完成无线收发信息，时间及编号显示功能、声光报警等功能。路灯控制器主要完成故障检测、无线收发信息的功能，模块功能设置见图1。4主控制台路灯控制器图1系统总体框图总体流程为：首先主控模块发射相应的控制信息给路灯模块，第一台路灯模块接收信息后，会将信息和自己编号进行比较，控制路灯的亮灭同时把信息发给下一编号的路灯模块。如路灯控制器出现故障，故障信号会反向传递给主控器，并由声光报警器报警。四、模块电路设计与计算1.发射模快TX-2芯片由震荡电路、时序产生电路、锁存器、编码电路和输出控制电路构成。与外部电源、天线、键码和高频调制构成发射模块，每帧数据编成相应的10位串行数字编码，经高频调制后发出。路灯控制模块通过判断位，判断主控制器的发送或接收操作，若判断位是1则是发送信息，主控制器转发一次；若为0时，主控制器判断继电器控制位，从而对继电器进行关或开处理。电路图2如下：图2发送模块单片机无线接收无线发射声光报警显示器单片机无线接收无线发射故障检测路灯控制52.接收模块RX-2芯片主要由震荡电路、时序产生电路、解码电路、计数器构成。RX-2接收经外围线路解调的编码信号，经内部的解调电路送出相应的控制信号。电路图3如下图3接收模块3.声光报警模块声光报警模块由三极管、+5V电压、10K电阻和蜂鸣器组成。当LED灯出现异常时，从机向主机发出报警信号；主机接收到从机的报警信号时，就会驱动报警用的蜂鸣器的LED灯。电路图4如下：图4声光报警4.故障检测电路6采用电压比较器来判断LED是否发生故障。如图5：图5故障检测5、数码管显示为了减少占用单片机管脚数，采用74HC164高速硅门CMOS器件，能与低消耗肖特基型TTL器件的引脚兼容。74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串入输入数据，并行输出。电路图6如下：图6数码管显示五、软件设计71.系统软件介绍采用keil软件编程，采用模块化编程方式，子程序主要有收发模块子程序、故障检测子程序、数码管显示子程序等。2.控制策略由于本设计采用信号传递式的控制策略，所以对所有的路灯模块进行了统一编号，路灯模块接收到控制模块信号时，除了和自己编号进行比较外，还会将信号传递给下一个路灯模块。在故障检测时，路灯模块不会对其他路灯的故障信号进行比较，而是直接向下个路灯进行信号传递，直到最后传递到主控模块。流程图如下：图7主控制台流程图8图8路灯控制系统流程图六、测试和测试结果1.测试仪器万用表、示波器、数码管、LED2.测试方法首先用万用表检测对电路各节点电流电压测量，然后将主控模块和路灯模块先进行一对一测试，最后进行多模块综合测试。3.测试过程硬件测试：因总系统有四个独立模块，所以首先主控模块和路灯模块先进行一对一测试。然后特定的距离对三个模块进行整体测试软件测试：将软件写入各个硬件模块，通过主控模块检测路灯模块，通过路灯亮灭情况，判断控制策略的正确性。4.测试情况如表8：表1路灯时间灯1灯2灯3A亮亮亮B灭亮灭C灭灭灭95.完成情况基本要求（1）完成（2）完成（3）完成发挥部分（1）完成（2）未完成（3）未完成结论团队设计的模块无线传输载波频率为30MHZ，发射功率和发射距离符合赛题的要求，路灯的亮灭控制通过软件实现控制，同时电路能够在路灯故障时进行报警，完成了赛题的基本要求。发挥部分主要完成了根据日期对奇偶编号等亮灭控制的部分。