LED路灯智能控制系统设计方案

辛智广+于春荣+王树彬

摘 要 随着建设资源节约型、环境友好型社会理念的不断深入，我国在各个方面加强降低能耗的建设。在照明系统中，LED路灯因具有反应快、能耗低等诸多优势，已经成为了光源选择的首要考虑对象。为了能够更好的发挥出LED路灯的作用，本文从硬件设计和软件设计的角度进行LED路灯智能控制系统的研究，最终经过调试使得LED路灯能够在完成检测基本要求下实现点亮路灯、无线传送信息、监控中心接收信息等功能。

关键词 LED路灯；智能控制系统；设计

中图分类号 TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0178-01

LED是近些年出现的一种新的固体光源。传统的照明灯具能耗高、发光效率低。LED灯借助无噪音、电压可调等诸多优势在实际中的应用越来越广泛，特别是在城市道路照明上，作为一种绿色光源LED灯在未来的发展前景良好。为了实现本次LED路灯智能控制系统设计要求，本文拟采用ZigBee无线通信技术作为技术支撑，完成系统设计。

1 LED路灯智能控制系统硬件设计

本次设计关键器件主控芯片使用TI公司的ZigBee芯片CC2430，车辆检测传感器在综合考虑超声波检测方式、激光检测方式、视频检测方式、微波技术、红外检测方式等多种检测方式，并进行优缺点对比，最终确定使用微波技术，采用平面微带多普勒雷达和外围电子电路作为车辆检测模块。多普勒雷达型号最终确定为Agilis公司开发的HB100多普勒微波模块。

1）电源电路。稳定的电源是保证整个系统正常运行的一个基本条件[1]。在LED路灯智能控制系统中需要电源供电的主要有3个部分，包含ZigBee模块、运算放大器、比较器。其中ZigBee模块需要3.3V稳定电压，运算放大器、比较器需要5V稳定电压，因此使用三端稳压芯片LM1117。在ZigBee节点电路中，CC2430的集成化程度高，外围电路只需要连接少量电阻、电容和电感等元件及晶振即可工作。运算放大器选用LM358芯片。

2）微波检测电路，车辆检测雷达由传感器模块、多普勒信号调理电路、决策控制部分3部分组成[2]，本次设计采用的HB100多普勒移动传感模块采用微带平面天线，微波振荡源产生的X波段连续波等幅信号经微带发射天线向空间定向辐射，同时接收天线接收到运动目标反射的回拨信号，经过低噪声放大器放大后再通过混频器与本振信号混频，经过中频放大，检波等处理方式，将能够反映出目标移动速度的多普勒频率信号传送到信号输出端。在设计的过程中，需要注意的是HB100的脉冲供电电压需要控制在4.75V～5.25V之间。

3）串口通信模块，本次设计拟采用CC2430的USARTO接口作用于UART异步通信模式。在进行串口电平转换过程中，本次设计拟采用MAXIM公司设计生产的MAX232芯片，使用三根线（接收、发送、地线）完成串口通信。

4）光敏电阻采样电路，本次设计使用光敏电子作为模拟信号的输入，利用ADC通道进行单次采样，连接AD，用来采样环境亮度信息。

5）路灯控制模块，其结构为CC2430→光耦隔离单元→继电器单元→受控路灯。

在完成了整个系统的硬件设计构思后，下一步进行软件设计。

2 LED路灯智能控制系统软件设计

本次设计是在TI公司的ZStack-1.4.2-1.1.0协议栈开发包提供的项目模板创建的工程文件。

1）微波检测模块，由于只有足够多过零点数的信号才能够被认为是有效信号，因此需要确定得到多普勒信号的过零点数和过零点的时间间隔，才能够确定多普勒频度，同时还需要判断信号是否具有足够多的过零点数。另外，路灯控制设计需要有效控制路灯的灭亮，避免对驾驶员行车产生影响[3]。

2）ZigBee设备包含协调器节点和路由节点，协调器节点的作用在于完成初始化协议栈、完成参数设置工作、建立网络、分配网络地址，维护网络拓扑、固定周期查询ZigBee监控节点的数据采集、接受监控中心通过窜口发来的命令，根据命令完成相关处理等任务。路由节点主要完成搜索网络，加入网络、收集传感器数据、与相邻节点通信控制路灯提前点亮、周期性将路灯工作状态发送至协调器、接受协调器发送来的命令，并根据命令完成相关操作。协调器节点主要的操作流程为：硬件初始化→协议栈初始化→建立网络→处理接收到的帧→是否有节点请求加入（Y节点加入处理）→是否接收到数据帧（Y将接收到的数据发送上位机）→是否有上位机的命令（Y将上位机的命令发送至相关节点）。路由节点的操作流程为：硬件初始化→协议栈初始化→加入网络→发送和接收网络帧→根据网络帧和传感器数据进行路灯控制决策→是否有协调器的命令帧（Y处理协调器命令）→是否有车辆进入检测范围（Y估算车速、向下一节点发送数据帧）→周期性的将路灯工作状态发送上位机。

3）关于上位机监控软件，本次拟采用Microsoft的Visual？Studio2008集成开发平台，使用SQLite进行数据的管理操作。该软件的主要任务是接受ZigBee网络协调器传送的数据，进行数据的解析并通过图形化方式显示其中信息[4]。

3 LED路灯智能控制系统设计结果调试

设计完成的LED路灯智能控制系统只有经过调试才能够了解系统是否能够正常运行。针对微波模块的调试，主要验证多普勒模块是否能够正常接收回拨信号并输出多普勒信号，完成多普勒雷达能够正常工作、回拨信号能够满足多普勒频率公式、信号噪声是否在限值内、放大调理后的信号是否满足单片机IO要求。调试过程为：在PCB电路板的相应位置焊接对应的元器件→调节PW电路中的电位器→对放大电路进行逐渐调试。利用示波器观察输出波形的幅值和频率。

针对雷达的调试不仅需要考虑硬软件设计问题，还需要考虑安装高度、角度等[5]，同时还需要根据实际的道路状况进行设置。

4 结论

我国越来越发达的交通网络，要求有着相应规格的路灯控制系统，这一点为实现我国智能交通系统的建设有着积极意义。本次研究在经过硬件设计和软件设计，并从用电效率和智能化角度作为设计目标，最终设计出一个LED路灯智能控制系统，该系统用电效率高、智能化程度高，符合目前合理利用电力资源的要求，具有良好的商业前景。

参考文献

[1]申利民，翁桂鹏.基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计[J].中国照明电器，2011，33（2）：26-29.

[2]甘本鑫，徐少明，苏红艳.基于单片机的LED路灯模拟控制系统的设计与实现[J].现代电子技术，2011，29（3）：205-207.

[3]喻春雨，孔凌历，何春舅，张盛东.基于RFID技术的LED路灯智能控制系统设计[J].中国照明电器，2011，27（6）：13-15.

[4]马腾，李渊，李宝营，等.LED路灯智能控制系统设计[J].大连工业大学学报，2012，26（1）：75-78.

[5]经伟，许堃，余建波.基于GPRS和ZigBee的节能型LED路灯智能控制系统[J].计算机测量与控制，2015，28（5）：1538-1541.