無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )之LED景觀(guān)照明控制系統的方案

太陽(yáng)能LED照明系統作為綠色能源近年來(lái)得到廣泛應用，介紹了一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò )、簡(jiǎn)單可靠、部署方便的太陽(yáng)能景觀(guān)照明控制系統，基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )架構實(shí)現系統內照明單元的光強及色彩控制，使用輪詢(xún)機制解決各照明單元狀態(tài)實(shí)時(shí)采集以及廣播幀同步協(xié)同照明單元完成場(chǎng)景轉換，所有系統信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )由上位機控制軟件集中處理。

LED燈與傳統照明光源相比具有功耗低、壽命長(cháng)、響應速度快、無(wú)輻射、可高頻開(kāi)關(guān)閃斷，調光方便等優(yōu)點(diǎn)，是景觀(guān)照明的重要選擇之一。目前，太陽(yáng)能LED景觀(guān)照明系統在城市廣場(chǎng)、主體公園等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。本文介紹的基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )廣場(chǎng)景觀(guān)照明系統實(shí)現了遠程控制LED燈的開(kāi)關(guān)、光強、色彩，可靈活構建多個(gè)景觀(guān)場(chǎng)景，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測LED燈具工作狀態(tài)與電源供給情況，確保系統維護及時(shí)有效。

1 系統結構

景觀(guān)照明系統主要由照明單元、場(chǎng)景控制器與監控主機三部分構成，如圖1所示。景觀(guān)照明系統工作人員通過(guò)監控主機實(shí)現對整個(gè)景觀(guān)系統各照明單元工作狀態(tài)的檢測、管理與控制，系統中設置一臺監控主機，主機是一臺連入Intenet、安裝了景觀(guān)照明系統監控軟件的計算機。場(chǎng)景控制器及其所控制的照明單元是系統的基本組成單元。監控主機通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與系統保持信息交互，系統中根據景觀(guān)照明規模與應用環(huán)境決定場(chǎng)景控制器臺數，每個(gè)場(chǎng)景控制器控制協(xié)同1~127個(gè)照明單元運行。由于景觀(guān)照明對實(shí)時(shí)性要求低于工業(yè)控制系統且所需傳遞信息量少，景觀(guān)系統局部通信采用ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)，照明單元完成WSN傳感器網(wǎng)絡(luò )設備(device)功能，而場(chǎng)景控制器則實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)關(guān)功能并充當各自傳感器網(wǎng)絡(luò )的協(xié)作器(Co-ordinator)，負責各傳感器設備的組網(wǎng)及數據傳遞管理。系統中照明單元除完成傳感器設備功能以外，需完成的工作包括采集本照明單元檢測數據、根據系統要求發(fā)送數據、蓄電池充電管理、照明控制等。

圖1 景觀(guān)照明系統組成

2 功能設計

2.1 照明單元

照明單元主要組成包括太陽(yáng)能電池板(組)、電源管理模塊、蓄電池(組)、LED燈控制模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。

太陽(yáng)能板(組)將光能轉換為電流，經(jīng)電源管理模塊為蓄電池(組)充電。景觀(guān)照明系統開(kāi)啟后，電源管理模塊將蓄電池(組)存儲的電能轉換為L(cháng)ED燈照明所需的12V直流電，電源模塊實(shí)時(shí)檢測蓄電池的電壓，當蓄電池電壓低于閥值，模塊自動(dòng)將LED供電轉入市電，并完成220V交流電到12V直流電轉換。

LED燈控制模塊根據場(chǎng)景設置需要完成LED燈的開(kāi)關(guān)、調色、調光。LED燈目前通常采用1W 或3W的燈珠封裝而成，透過(guò)不同的熒光粉LED燈珠可發(fā)出不同顏色的光。LED燈珠的封裝方式有串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種，可根據景觀(guān)照明的色彩需求與亮度要求選擇LED燈珠封裝方式。景觀(guān)照明系統中為達到更好的色彩還原性，系統中采用紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏色燈珠統一封裝混聯(lián)模式。LED燈控模塊控制RGB三種顏色燈珠的亮度，通過(guò)透鏡后形成多種色彩?？刂芁ED燈珠亮度可以通過(guò)改變LED燈珠電流與調整LED燈珠點(diǎn)亮時(shí)間兩種方式實(shí)現，相對改變電流調整方法，利用LED高閃斷特點(diǎn)改變LED點(diǎn)亮時(shí)間更加簡(jiǎn)單且容易實(shí)現，是當前主要采用的調整燈珠亮度的方式。圖2為L(cháng)ED燈中一路燈珠(紅色)的控制原理示意圖，集成電路U1是恒流源芯片(XLT604)，同時(shí)為紅、綠、藍三色燈珠提供電源，PWM 引腳控制產(chǎn)生恒流源電流大小。MCU 的P1.5發(fā)出PWM 信號，占空比不同導致紅燈珠點(diǎn)亮時(shí)間不同，從而使得紅燈珠發(fā)光亮度不同，MCU P1.2引腳的高低電平則用于判斷紅燈珠是否損壞。

圖2 LED燈珠控制電路。