ZigBee路燈遠程控制電路設計詳解—電路圖天天讀（308）

　　LED光源是一種高效能、環(huán)保、安全、耐用的新型照明光源，ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器可以對路燈照明系統進(jìn)行科學(xué)、高效的控制和資源整合，合理調整照明時(shí)間，不僅可以節省照明系統的用電量，而且可以延長(cháng)照明燈具的使用壽命，減少日常維護的開(kāi)支。

　　系統由三大部分構成：控制中心，ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器節點(diǎn)和控制中心通信的轉發(fā)節點(diǎn)，固定在路燈桿上的終端節點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)路燈遠程控制系統結構如圖1所示。

　　圖1 無(wú)線(xiàn)路燈遠程控制系統結構

　　控制中心的監控系統由計算機與無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊構成，主要負責建立和管理ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器網(wǎng)絡(luò )，顯示路燈狀況信息和發(fā)送控制命令，協(xié)調整個(gè)路燈系統的運作。ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器包括LED電源驅動(dòng)，為大功率LED提供電力，并能根據微控制器的控制信號控制LED的工作情況。光敏傳感器、溫度傳感器，直接將LED工作狀況傳輸給控制模塊；功率檢測模塊檢測LED功率情況、供電故障并向上報警；無(wú)線(xiàn)模塊負責傳輸數據。將本系統模型與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )模型進(jìn)行對比，不難發(fā)現，安置在路燈桿上的ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器節點(diǎn)即為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的終端節點(diǎn)（RFD），控制中心監控系統就是協(xié)調器（COORD），實(shí)現COORD與RFD之間無(wú)線(xiàn)通信的為路由轉發(fā)節點(diǎn)（ROUTER）。遠程網(wǎng)絡(luò )使用ZigBee與GRPS混合組成的網(wǎng)絡(luò )。子網(wǎng)和中央控制中心使用GPRS網(wǎng)絡(luò )來(lái)傳輸數據。下面具體介紹終端節點(diǎn)硬件電路設計方案。

　　LED節點(diǎn)驅動(dòng)控制設計

　　LED節點(diǎn)驅動(dòng)方案使用TI公司的UCC28810，它是一款恒流非隔離式電源，適用于街道、停車(chē)場(chǎng)或區域范圍照明等高亮度LED照明應用。該設計可將通用電源 （90--265 VRMS）轉換成0．9 A恒流源，能夠驅動(dòng)100 W LED負載。UCC28810電路如圖2所示。

　　圖2 UCC28810電路圖

　　此電路使用雙級設計，第一級是UCC28810的轉換模的PWM調光。此方案的優(yōu)勢在于，使用了高效的專(zhuān)用驅式電路，將AC電源轉換成36 V的DC電源。第二級也采用UCC28811的轉換模式，將恒壓源轉換為0．9 A恒流源。電路中使用的TI公司的UCC28810和UCC28811芯片是通用照明電源控制器，具有PFC（功率因數校正）功能，確保設計方案滿(mǎn)足各種標準設定的諧波電流或功率因數要求。

　　溫度感測

　　由于大功率白光LED照明和驅動(dòng)器發(fā)熱量都很大，所以需要一個(gè)溫度感測傳感器，實(shí)時(shí)監控路燈的溫度，并向控制中心反映。如果溫度超過(guò)警戒溫度，則ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器進(jìn)入報警模式，將自動(dòng)關(guān)閉路燈，并向控制器發(fā)送報警命令。

　　ZigBee感光檢測系統

　　ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器使用光敏電阻傳感器對周?chē)h(huán)境的光亮度進(jìn)行ZigBee無(wú)線(xiàn)數據采集，當傍晚周?chē)h(huán)境還有余光時(shí)，ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器將路燈開(kāi)啟為單雙燈模式；當晚上天全黑了以后，將路燈全部打開(kāi)；當凌晨4點(diǎn)左右出現晨光時(shí)，將路燈調節成半功率工作模式。在陰天和沙塵暴天氣，道路能見(jiàn)度低，路燈也可自動(dòng)打開(kāi)，保證道路正常照明。

　　本設計使用光敏三極管作為感光元件測量周?chē)h(huán)境的亮度，處理器實(shí)時(shí)將周?chē)h(huán)境的亮度通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊反饋給控制中心，由控制中心決定是否打開(kāi)GND路燈。電路圖如圖3所示。

　　圖3 光敏三極管電路圖

　　ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊設計

　　目前TI公司已經(jīng)先后推出了支持ZigBee協(xié)議的2．4 GHz的射頻收發(fā)器CC2420和ZigBee的片上系統解決方案CC2430，以及第二代射頻收發(fā)器CC2520芯片。CC2480無(wú)線(xiàn)性能出色，功耗很低。CC2480電路圖如圖4所示。

　　圖4 CC2480／ZiqBee模塊電路圖

　　CC2480采用CMOS工藝，工作電流僅為27 mA。當系統處于空閑時(shí)，CC2480能自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并能實(shí)現休眠與主動(dòng)模式的超短時(shí)間轉換。晶振XTALl選用32 MHz，晶振XTAL2選用32．768 kHz。32．768 kHz的晶振用于睡眠模式，在此期間提供時(shí)序，可降低電流、減少功耗，特別適合對功耗和電池壽命要求嚴格的應用場(chǎng)合。

　　ZigBee協(xié)議可以應用于所有的節點(diǎn)，因為ZigBee協(xié)議具有很多的實(shí)用函數，例如設備離開(kāi)或者加入網(wǎng)絡(luò )，創(chuàng )建一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )，父節點(diǎn)和子節點(diǎn)的搜索，網(wǎng)絡(luò )信標幀的發(fā)送，數據包的發(fā)送和接收等。系統工作的過(guò)程中，協(xié)調器主要進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的創(chuàng )建，負責接收Z(yǔ)igBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器發(fā)送回來(lái)的ZigBee無(wú)線(xiàn)數據采集路燈信息，依據路燈的狀況將控制信號發(fā)送給路燈節點(diǎn)。

　　編輯點(diǎn)評：本文主要分析了ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊的電路設計，設計了一種ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器系統，實(shí)現路燈信息的ZigBee無(wú)線(xiàn)數據采集和控制。ZigBee無(wú)線(xiàn)路燈控制器節點(diǎn)和控制中心通信的轉發(fā)節點(diǎn)，固定在路燈桿上的終端節點(diǎn)。

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