基于nRF905的智能照明节能系统设计

林佳锋+蒙启恒+陈洪宇

由西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助

摘要：本文针对路灯的控制现状及用电大量浪费的现象，调查并分析了小区路灯的实际情况，设计了基于nRF905和AT89S51单片机的智能照明节能系统。利用nRF905无线模块实现路灯之间的数据传输，当行人或车辆被系统检测到时，路灯亮起并通过nRF905发送数据到下一个路灯控制器，直到车辆离开后自动熄灯，同时下一个路灯也会提前点亮路灯。

关键词：nRF905；数据无线传输；节能

0引言

目前，多数城市对于路灯的有效管理和实时性水平都比较低，很多时候路灯工作状态信息都不能及时反映以及不能及时解决问题，导致不必要的浪费。本文介绍的城市照明无线控制系统可以解决这些局限性问题，我们无需到现场，只要在主控制室就能知道现场路灯工作状态。并且本系统以“有人则亮，无人则灭”的方案设计，从而达到节能效果。

1整体设计方案

该系统主要由照明区域控制器与智能节点组成，智能化照明控制是由前者负责，而路灯的状态检测和控制由后者负责。它们之间的数据是通过nRF905无线模块进行传输。系统框图如图1所示。

在智能控制器工作时，路灯四周环境的光线强弱的判断由光敏元件实现，以此来实现当前时段是否开启路灯的功能。只要有行人通过，红外检测单元可产生脉冲信号并传到控制器，控制器会将脉冲信号以及时间间隔等数据通过软件计算出相关参数，使其路灯亮起来并持续一段时间。与此同时，下一个路灯的单片机会接收到由控制器通过nRF905无线模块传递的相关数据。接收到数据的单片机会在人将要到达前打开路灯，而当前路灯直到下一个路灯亮起才熄灯。与此同时，该灯也实时检测路况，并把相关数据通过无线模块传递给下一个路灯[1]。主控制室的计算机可通过nRF905无线模块实时监控路灯工作状态。其系统工作流程图如图2所示。

2系统主要单元硬件结构设计

2.1控制器模块

众所周知，AT89S51是一种能耗低，功能强大且易于操作的单片机。最重要的是，AT89S51所用的编程语言与我们日常经常用的到的汇编语言和C语言相似，有时候比C语言更简练和明确。因此， AT89S51单片机为本设计控制器的最佳选择。在本设计中，完成降压处理和采集电源电压转换是AT89S51单片机的主要工作，继电器的通断则由软件负责控制；除此之外还要记录当前时间段内的开关灯时间及状态，以及负责与外部设备之间通信等作用[2]。

2.2无线传输单元

目前，433MHz和2.4GHz是我国可以使用的免费ISM频率。nRF905无线通信模块的工作频率也是433MHz，而且工作电压只需2.7V。因此，我们选择nRF905作为无线传输模块。同时它的灵敏度高（-100dBm）且频率稳定性极好。最值得一提的是它的能耗低，安全性也非常好，这要归功于高密钥管理和跳频技术。其电路如图3所示。）

2.3移动物体监测单元

该系统由两个555电路来实现信号发生电路。调制信号（1kHz）由左边555电路提供，并由Q端口输出至右边555电路的R端口（复位端）， 方波信号（38kHz）由右邊555电路来提供。当R端口被置高时，R端口为调制端，555电路为常规的方波振荡器；当R端口为低电平，555电路的Q端口处于低电平。此时移动物体监测单元就处于工作状态，即可以对过往的行人或车辆进行监测，其电路原理图如图4所示。

3系统软件设计

3.1无线通信程序设计

3.1.1发送模式编程要点[4]

当单片机要发送数据时：1）将nRF905和寄存器分别进行初始化；2）接收机的地址和将要发送的数据由SPI口传给NRF905。3）只有TRX_CE和TX_CE同时为高电平时，才能进入NRF905的Shock Burst TX发送模式，然后才能发送数据。4）若TRX_CE为高电平，AUTO_RETRAN也为高电平，则nRF905将继续发送数据包，反之停止发送数据并进入节电模式。根据要点发送模式程序流程图如图5所示。

3.1.2接收模式编程要点[4]

1）只有当TRX_CE为高电平、TX_EN为低电平时，nRF905才能进入Shock Burst RX接收模式，进入该模式后650μs，nRF905将进行载波检测并准备数据接收。2）当接收完一个正确的数据包，然后将引脚DR置高，TRX_CE置低，nRF905进入节电模式。3）数据以一定的速率通过SPI口移到单片机内。4）当数据都接收完毕之后nRF905把引脚DR和引脚AM置低并进入空闲模式。至此已完成整个接收流程。根据要点接收模式程序流程图如图6所示。

3.2物体位移感应的编程

本系统中支路控制器应满足亮灯状态根据交通情况自动调节：当行人或车辆将要到达1号路灯时1号路灯亮，当行人或车辆离开1号路灯向2号路灯行去，将要到达2号路灯时，1号路灯灭，2号路灯亮，以此类推；反之亦然。为满足要求设计出流程图如图7所示。

4结语

随着人类无线技术正不断地进步与发展，无线技术带给我们许多便捷。因此，本设计运用nRF905无线模块来实现无线智能控制，这将会更方便人们对路灯的工作状态进行实时监控。而且该系统具有低功耗、低成本、抗干扰性好，安全性高，信号稳定等优点，非常适合运用于实际中的路灯。综合来看，有广阔的前景。

参考文献：

[1]刘晓胜，戚佳金，牟英峰，等.网络化实时路灯精确监控系统的总体设计[J].电气传动，2004，23（8）：3-6.

[2]孙志凯.基于ATmega16和nRF905的无线射频收发系统设计[J].电子元器件应用，2008（10）：4-7.

[3]Nordic官方网站对于nRF905的介绍

[4]张洁.nRF24E1无线单片机限位测控系统设计[J].中国测试技术，2008：52-53.