基于nRF905的智能道路照明節能系統

2．2 無(wú)線(xiàn)傳輸單元
本系統的主控制器采用了Atmel公司的ATmegal6，它是真正的RISC結構的單片機，內部資源非常豐富，并在片內集成了各種功能強大的外圍接口和通信接口。在本次設計中，單片機的任務(wù)主要是完成對經(jīng)過(guò)降壓處理而采集到的市電電壓進(jìn)行變換，通過(guò)軟件完成對節電等級的判斷，并控制相應的繼電器進(jìn)行相應的通斷動(dòng)作；還要對一段時(shí)間內的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間及狀態(tài)進(jìn)行記錄，以及完成和外部設備的通信等功能。
該系統的無(wú)線(xiàn)通信模塊是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)芯片nRF905，工作電壓為1．9～3．6 V，體積小，可工作于333／868／915 MHz三個(gè)ISM頻道，輸出增益范圍為-10～+10 dE，最大無(wú)線(xiàn)數據傳輸速率達50 Kb／s，適用于無(wú)線(xiàn)數據通信、無(wú)線(xiàn)報警及安全系統等諸多領(lǐng)域。該芯片通過(guò)單片機的簡(jiǎn)單控制即可方便實(shí)現無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的設計，它通過(guò)SPI口與單片機進(jìn)行數據交換，工作于從方式時(shí)，時(shí)鐘由單片機的SPI時(shí)鐘確定。

3 系統工作模式與軟件設計
3．1 系統工作模式
照明區域控制器與智能節點(diǎn)之間通過(guò)nRF905模塊實(shí)現數據傳輸，依然采用主／從結構，即照明區域控制器給出控制指令，在指令中包含目標智能節點(diǎn)地址信息，以廣播的方式下傳，智能節點(diǎn)接到指令后根據指令中的節點(diǎn)地址信息判斷是否執行操作。對于需要作為中繼的節點(diǎn)，接到指令后首先判斷控制字和目標節點(diǎn)地址信息，當為單點(diǎn)控制或查詢(xún)指令時(shí)，如果自身地址等于目標節點(diǎn)地址，則執行該操作，否則判斷該目標節點(diǎn)地址是否處于自己中繼的有效范圍，是則中繼該指令，反之不做任何操作。
3．1．1 智能化照明控制策略設計
在沒(méi)有人為或管理中心干預的情況下，照明區域控制器按照預設的照明控制策略完成自主的現場(chǎng)照明控制。本設計中采用了時(shí)間控制(時(shí)控)、環(huán)境參數輔助控制和手動(dòng)控制相結合的照明控制策略。環(huán)境參數輔助控制為可選功能，禁止使用時(shí)，為時(shí)控和手控相結合。三種控制方式的優(yōu)先級遵循以下原則：
(1)手動(dòng)控制優(yōu)先級最高，手動(dòng)控制時(shí)，時(shí)控和環(huán)境參數輔助控制被屏蔽。
(2)當手動(dòng)控制取消后，環(huán)境參數輔助控制、時(shí)間控制恢復正常使用，如果處于時(shí)控有效期內，系統按照時(shí)間控制策略維持／更新運行狀態(tài)；如果處于時(shí)控有效期外，則根據環(huán)境狀況進(jìn)行控制。
(3)系統退出手動(dòng)控制模式時(shí)，由照明區域控制器判斷當前所屬時(shí)段，決定各交流接觸器是否打開(kāi)或關(guān)閉。
3．1．2 環(huán)境參數與流量控制策略
智能化的道路照明控制系統還應該能夠根據天氣、交通流量等實(shí)際的環(huán)境參數調整照明控制措施，以獲得更好的照明質(zhì)量和節電效果。
(1)照度輔助控制考慮到天氣異常變化的影響，需綜合考慮自然環(huán)境照度和當前時(shí)間，執行相應的開(kāi)燈或關(guān)燈操作。需要注意的是，為了保證系統的穩定性，在進(jìn)行環(huán)境照度采集時(shí)必須采取延時(shí)或者軟件濾波等措施消除環(huán)境照度尖峰干擾(如閃電)。此外，還應該限定根據照度進(jìn)行控制的作用時(shí)間段或者采用模糊控制手段區分干擾和正常情況，避免因突變持續性干擾造成的誤動(dòng)作。
(2)交通流量輔助控制在智能化的照明控制系統中要實(shí)現人性化的照明控制，還必須考慮同一照明季節內交通流量變化規律的異常情況，尤其是在一些比較重要的節假日，人們的作息習慣會(huì )和平時(shí)出現差異，因此道路交通流量曲線(xiàn)與平時(shí)相比會(huì )出現較大波動(dòng)，這時(shí)就不能再按照正常的時(shí)間段劃分進(jìn)行控制，而必須借助于交通流量輔助控制?？紤]到這種波動(dòng)主要集中在較集中的時(shí)段內，因此在軟件設計時(shí)就只限定在特定的時(shí)段內有效。
3．1．3 區域控制策略
無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展使得低成本的單燈控制和檢測成為可能，也使路燈的控制變得更加靈活。同一路段的不同路燈，由于其所處位置的不同，對其照明控制的要求可能也不相同。比如某個(gè)路段處于十字路口的路燈，由于位置的重要特殊性，就不能和其他路燈同時(shí)進(jìn)行相同的場(chǎng)景控制。另外對于一桿多燈的情況，需要考慮在交通流量減小時(shí)部分關(guān)閉以節約電能。區域控制可以通過(guò)配置控制系統底層(照明區域控制器智能節點(diǎn))之間的通信協(xié)議實(shí)現。區域控制數據幀格式如下：

控制類(lèi)型聲明單燈智能控制器應該執行何種控制操作，起始地址、終止地址和作用范圍一起聲明了對受控路燈節點(diǎn)的地址編號要求，這樣就相當于將符合相同條件的路燈節點(diǎn)綁定在了一起，從而可以實(shí)現區域控制。作用范圍根據單燈智能控制器地址編號的數學(xué)特征可以分為奇數有效、偶數有效等多種情況，因此可以實(shí)現多樣化的控制區域組合。