基于无线数传模块的车载道路照明检测系统设计

耿以增

(莱西市亮化管理处，山东 莱西 266600)

0 引言

根据GB/T 5700—2008《照明测量方法》和CJJ 89—2012《城市道路照明工程施工及验收规程》要求，新建道路路灯在使用前需对其平均照度、照度均匀度、平均亮度等参数进行现场检测验收。对LED 路灯显色指数、色温等参数进行检测尤其重要。对重新改造的路灯线路在使用前也必须对其平均照度、照度均匀度、平均亮度、亮度均匀度、显色指数、色温等参数进行现场检测验收。目前普遍采用的手工检测存在检测工作量大、不安全等各种弊端，因此，设计一款无线数传车载式道路照明检测系统十分必要。

1 系统硬件设计

针对传统手工检测平均照度、照度均匀度等参数的要求，设计一种具有测试精度高，采集速度快，数据传输稳定且能克服电磁干扰环境的无线数传车载式道路照明检测系统硬件电路。图1 所示为系统硬件设计流程图。

图1 系统硬件设计流程图

1.1 传感器的设计

光电池把光能转化成电能，一般选择硅光电池作为传感器，在硅光电池前加一个可见光函数余弦修正片，使入射光尽可能多地照射到硅光电池表面，并对可见光进行光谱修正。

1.2 无线通信电路的设计

ADF7020 是一款适用于VHF 和UHF 频段的收发器，允许使用ASK/FSK/ OOK/GFSK/GOOK 编码，具有低功率、高集成度等特性。ADF7020 使用一个外挂VCO 以方便设计人员选择工作频率，频率主要为433 MHz、868 MHz 和915 MHz 的ISM 操作而设计，也可用于日本950 MHz 的射频带。采用高斯型数据滤波器，以实现超高效率的GFSK 或G-ASK 调制。该器件适合于中国短距离器件监管标准的电路应用，一个收发器仅需极少的外部元器件，ADF7020 支持各种可编程特性，包括接收的灵敏度、线性度和中频带宽，用户可根据具体情况在接收机灵敏度和选择度与功耗之间进行取舍，非常适合低成本和小面积的应用。本设计采用的是基于ADF7020 芯片的RF7020 无线数传模块，其采用高效检错编码，当发生连续突发错误时其最大纠错可达24 bits，且编码增益可达3 dBm，编码效率和纠错能力均处于业内领先水平，远远高于一般的前向纠错编码，系统的灵敏度与抗干扰能力得到增强，模块还具有自动检错过滤功能。所以RF7020模块特别适用于外界干扰较大的恶劣环境或工业领域。

RF7020 模块内设256 bytes 大容量缓冲区，RF7020 模块提供标准的UART/TTL 两种接口，三种接口校验方式以及57 600/38 400/19 200/9 600/4 800/2 400/1 200 bps 七种波特率。RF7020 模块外部接口采用无线透传数据传输模式，能适应多种用户协议，所收即所发。如图2 所示为终端设备与无线模块连接示意图。

图2 模块连接图

1.3 信号放大电路的设计

本设计使用的是一个带有二级运放的运算放大电路，前级放大器采用运算放大器OPA129，次级运放选用运算放大器OP07，如图3。

1.4 A/D 转换电路的设计

本系统模数转换采用AD 转换器TLV2542。TLV2542 的设计允许其在极低的功耗下工作而且自动掉电的方式使功耗省的特点得到进一步增强，其外围电路如图4 所示。

1.5 信号处理电路的设计

本设计选用的单片机型号为AT89C2051。可兼容标准MCS-51 指令系统，单片机内置通用8 位中央处理器及Flash 存储单元，它为许多嵌入式控制应用提供高灵活度和低成本的解决办法。

图3 光信号放大电路图

图4 模数转换电路图

1.6 供电电路的设计

电源模块是由7.4 V 可充电锂电池组和DC/DC电源模块组成，为了减小电源对运放和模数转换器的干扰，本系统先采用LM2940 稳压三极管得到﹢5 V电压，然后选用DC-DC 稳压模块MAX660ESA，MAX660 为负电压产生芯片，输出纹波峰峰值小于100 mV，以供电路板使用。

2 系统软件设计

2.1 下位机程序设计

本系统采用模块化的设计思想，根据系统总体设计方案和硬件电路功能将软件程序大体分为六块。采用C 语言，依据先总体设计，再进行各功能模块的设计原则完成其下位机的程序设计工作。

2.2 上位机程序设计

本系统计算机软件编程基于Microsoft Visual Basic 语言，设计出一款简单、方便、易操作的检测软件，该软件可以实现实时检测、动态快速测量、实时数据存储、测量结果曲线图显示、自动生成报表、历史数据查询等功能。图5 所示为软件的参数设置界面。道路照明检测要求是测量道路路面的照度，而传感器位于引擎盖而非地面，所以要得到路面照度需要将引擎盖上的照度值进行修正，经过多次实验测试，测出小轿车引擎盖的修正系数为0.93。参数填写完成之后点击确认，进入系统测试界面。

图5 软件的参数设置界面

如图6 所示为无线车载道路照明检测系统的主界面图，该界面设计简洁明了，针对检测，得到一目了然的检测结果。软件中部显示区域为测量结果动态曲线图，测试者可更加直观的查看道路照明照度、亮度变化曲线。

图6 无线车载道路检测系统的主界面图

历史数据查询界面如图7 所示。

图7 历史数据查询界面

3 小 结

本设计是基于AT89C2051 单片机以及ADF7020无线通信芯片的无线车载道路照明检测系统。利用该系统可精确测量照度、照度均匀度、亮度、亮度均匀度等多项路灯光源光度学方面的主要技术参数，为路灯光源光度学指标的现场测量提供了科学可靠的技术支持。比起有线检测系统，该系统具有更便于安装，使检测车辆密封性能更好，携带方便等优势，毫不低于有线检测系统。

经校准及现场使用验证，基于AT89C2051 单片机以及ADF7020 无线通信芯片的无线车载道路照明检测系统能够满足室外照明的现场测量要求，该项目已申请国家专利，填补国内城市道路照明无线车载检测设备的空白，具有良好的经济、社会效益。

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