基于無(wú)線(xiàn)模塊NRF905的節能路燈控制系統設計

摘要：對基于無(wú)線(xiàn)模塊NRF905的節能路燈控制系統的硬件電路與軟件設計進(jìn)行了詳細論述。本系統設計能夠根據環(huán)境的明暗變化、物體的動(dòng)態(tài)移動(dòng)來(lái)實(shí)現對LED節能路燈的定時(shí)開(kāi)、關(guān)及故障報警等自動(dòng)控制。其控制過(guò)程：總控制器和支路電路單片機之間通過(guò)NRF905(無(wú)線(xiàn)收發(fā)器)進(jìn)行指令的接收與發(fā)送，總控電路實(shí)現對系統開(kāi)關(guān)的定時(shí)，也可對單元電路進(jìn)行單獨定時(shí)，還可以根據光敏電阻對白天黑夜光線(xiàn)的感應來(lái)控制系統的開(kāi)關(guān)，實(shí)現自動(dòng)開(kāi)、關(guān)燈。在支路電路中，用LM358集成運放采構成恒流源控制LED燈光的變化。通過(guò)光敏電阻對LED燈亮滅的感應檢測，當支路電路發(fā)生故障燈滅時(shí)，發(fā)送相應的指令到主控制器來(lái)進(jìn)行故障報警。當深夜人少時(shí)，利用紅外傳感器光電開(kāi)關(guān)來(lái)判斷行駛物體的范圍來(lái)實(shí)現對LED開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制，以達到節能的目的。
關(guān)鍵詞：NRF905；單片機；控制；報警；節能

道路照明，各類(lèi)廠(chǎng)區及高端住宅和商業(yè)亮化工程越來(lái)越多，也越來(lái)越重要，路燈作為這種工程不可缺少的重要組成部個(gè)小時(shí)(從晚上7點(diǎn)到第二天早上7點(diǎn))，那么一盞路燈就要消耗200×12／1 000=2．4度電能。假設路燈之間的間距是20米，一條長(cháng)2公里的街道就有2x2000／20=200盞路燈(道路兩邊各有一盞路燈，所以要乘2)，那么這條街道一晚上消耗的電能就有200×2．4=480度，1年消耗的電能是480x365分，對節能減排有著(zhù)重要的影響。為了達到節能的目的，可設計這樣一種路燈控制器系統，使它具有以下功能：1)路燈支路控制系統有時(shí)鐘功能，能設定、顯示開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，并控制整條支路按時(shí)開(kāi)燈和關(guān)燈。2)路燈支路控制系統應能根據環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開(kāi)燈和關(guān)燈。3)路燈支路控制系統應能根據交通情況自動(dòng)調節亮燈狀態(tài)：當有人或車(chē)經(jīng)過(guò)當前路燈的監控區域時(shí)，路燈打開(kāi)，離開(kāi)時(shí)路燈關(guān)閉。4)當路燈出現故障時(shí)(燈不亮)，支路控制器應發(fā)出聲光報警信號，并顯示有故障路燈的地址編號。還可以人為的設定一段時(shí)間讓路燈的亮度自動(dòng)的降低或增加，這些功能可以很大的節約電能，達到節能的目的同時(shí)也達到了智能的要求。

1 系統總體設計及電路工作原理
系統設計方案總體描述：本系統設計是以單片機作為為控制系統核心，以NRF905作為單片機與控制模塊之間的數據采集通道。通過(guò)支路單片機輸出控制指令給無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊NRF905，經(jīng)NRF905無(wú)線(xiàn)發(fā)送給單元電路。無(wú)線(xiàn)接收模塊NRF905實(shí)現對單元電路的路燈進(jìn)行定時(shí)開(kāi)、關(guān)太故障報警等自動(dòng)控制，該控制系統既智能又節能。

2 系統主要模塊方案的選擇
2．1 控制器模塊
本系統對單片機的要求不是太高，AT89S51單片機足以滿(mǎn)足系統的各項要求，各引腳也可以充分的被利用，同時(shí)AT89S51單片機價(jià)格低廉，其功能和指令對于大家也是比較熟悉的，編寫(xiě)程序也相對簡(jiǎn)單。因此綜合考慮后，選擇了AT89S51單片機作系統設計的控制芯片。
2．2 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊
對于數據的無(wú)線(xiàn)傳送模塊，系統采用了NRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)的集成模塊。NRF905單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)器工作在433／868／915 MHz的ISM頻段。由一個(gè)完成集成的頻率調制器，一個(gè)帶解調器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調節器組成。電流消耗很少，在發(fā)射功率為-10 dBm時(shí)，發(fā)射電流為11 mA，接收電流為125 mA。進(jìn)入POWERDOWN模式可以很容易實(shí)現節電。此外NRF905模塊性?xún)r(jià)比高，使用方便，通信距離遠，編程方法簡(jiǎn)單，購買(mǎi)也比較方便也是本系統采用其作為數據采集模塊的重要依據。
2．3 顯示模塊
顯示模塊選用74hc595移位寄存器構成的靜態(tài)顯示。經(jīng)過(guò)分析考慮選擇的是LED數碼管顯示。LED數碼管顯示主要用來(lái)顯示數據，價(jià)格低廉，減少了對I／O口的浪費，而且能夠同時(shí)驅動(dòng)多個(gè)數碼管。其驅動(dòng)程序容易編寫(xiě)和理解。
2．4 電源模塊
電源模塊可采用開(kāi)關(guān)電源或12 V蓄電池供電。開(kāi)關(guān)電源好處雖然多，但價(jià)格昂貴。采用12 V蓄電池供電。電源較容易攜帶，具有較強的電流驅動(dòng)能力以及穩定的電壓輸出性能，且所輸出的電源電壓比較穩定，能適用不同場(chǎng)合的供電要求。
LED恒流源驅動(dòng)模塊選用LM358運放為驅動(dòng)芯片，用它構成射極跟隨器控制LED燈光的亮與滅及功率的降低。

3 主要硬件電路的設計
3．1 單片機的最小系統、鍵盤(pán)與顯示與電路
單片機的最小系統、鍵盤(pán)與顯示電路如圖2所示。本系統所采用的單片機型號為AT89C51。輸入鍵盤(pán)采用了4x4的鍵盤(pán)作為控制，一共用了16個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)。采用串行的74HC595構成八位靜態(tài)顯示，只用了單片機3個(gè)端口，不用進(jìn)行外圍端口的擴展，大大節約了資源，提高了單片機的工作效率。C語(yǔ)言編程可以實(shí)現對鍵盤(pán)和顯示器的自動(dòng)掃描、識別閉合鍵的鍵號、完成顯示器的靜態(tài)顯示。

16個(gè)按鈕的作用如表1所示。