无线路灯控制系统

无线路灯控制系统 队号 20120113 2 无线路灯控制系统 无线路灯控制系统 D D 题 题 摘要摘要 根据赛题要求本设计由四个独立模块组成 分别为主控制模块和三个路 灯模块 主控模块以单片机 STC89C52RC 为控制器 采用 RX 2 和 TX 2 芯片构成无线通信收发模块 以 74HC164 驱动数码管显示 可实现路灯无 线控制以及故障检测报警 路灯模块采用无线通信收发模块以及路灯驱动 电路组成 设计采用每个路灯既作为信号接收端又是信号中转端的控制策 略 接力棒式的信号传递方式弥补了 30 40MHZ 低频无线通信距离较短的缺 点 关键词 关键词 RX 2 TX 2 无线通信 信号中转 3 一 引言引言 随着科技的发展和人们对节能环保的重视 对路灯的节电和实用性的要 求越来越高 传统灯控系统已不符合现代人的环保理念 而无线控制路灯 系统能够在不同的时间合理的控制路灯 节省了电能资源 在出现故障时 调度人员能及时得到故障信息 更好的保障了路灯的正常运行 二 二 方案论证与比较方案论证与比较 方案一 完全采用分离元件来实现 通过分离元件完成自身单片机所 需要的定时以及信号的发送和接受 采用 NRF24L01 芯片与单片机连接 频 带高 速度快 能够进行简易编码 但 NRF24L01 芯片工作频段在 2 4 2 5GHz 之间 不能满足比赛题目要求 方案二 采用 NRF24L01 芯片与单片机连接 由自身的接受和发射硬件 来传递和接受其他模块的信号 nRF24 L01 是一款新型单片射频收发器件 工作于 2 4 GHz 2 5 GHz ISM 频段 内置频率合成器 功率放大器 晶体 振荡器 调制器等功能模块 并融合了增强型 ShockBurst 技术 其中输出功 率和通信频道可通过程序进行配置 nRF24L01 功耗低 在以 6 dBm 的功率 发射时 工作电流也只有 9 mA 接收时 工作电流只有 12 3 mA 方案三 采用 TX 2B RX 2B 五通道通信收发芯片 利用芯片的五个通 道来编码 采用两种不同频率的信号可以实现控制 2 的 8 次方即 256 个路 灯 通过住控制台来控制从机的情况 同时判断从从机接受来的信号做出 相应的处理 但是 根据题目要求只需控制三个 所以就用一个频率以及 四个通道 利用分离元件做出定时器以及实现其他功能 不仅难以实现而且得到 的信号没有数字的信号稳定和质量好 NRF24L01 工作的频率在 2 4 GHz 2 5 GHz ISM 频段 但是题目要求工作在 30 到 40Mhz 采用 TX 2B RX 2B 五通 道通信收发芯片 在 30 到 40Mhz 的范围内 它不仅可以操作简单而且产生的 信号完全可以达到题目要求 所以方案三是最好的方案 三 三 系统设置与总体流程系统设置与总体流程 根据题目要求设计了两种模块功能 主控模块和路灯模块 主控制台 主要完成无线收发信息 时间及编号显示功能 声光报警等功能 路灯控 制器主要完成故障检测 无线收发信息的功能 模块功能设置见图 1 4 单片机 无线 接 收 无线 发 射 声光报警 显示器 单片机 无线 接 收 无线 发 射 故障检测 路灯控制 主控制台 路灯控制器 图 1 系统总体框图 总体流程为 首先主控模块发射相应的控制信息给路灯模块 第一台路灯 模块接收信息后 会将信息和自己编号进行比较 控制路灯的亮灭同时把信 息发给下一编号的路灯模块 如路灯控制器出现故障 故障信号会反向传递给 主控器 并由声光报警器报警 四 四 模块电路设计与计算模块电路设计与计算 1 发射模快 TX 2 芯片由震荡电路 时序产生电路 锁存器 编码电路和输出控制 电路构成 与外部电源 天线 键码和高频调制构成发射模块 每帧数据 编成相应的 10 位串行数字编码 经高频调制后发出 路灯控制模块通过判 断位 判断主控制器的发送或接收操作 若判断位是 1 则是发送信息 主 控制器转发一次 若为 0 时 主控制器判断继电器控制位 从而对继电器 进行关或开处理 电路图 2 如下 图 2 发送模块 5 2 接收模块 RX 2 芯片主要由震荡电路 时序产生电路 解码电路 计数器构成 RX 2 接收经外围线路解调的编码信号 经内部的解调电路送出相应的控制 信号 电路图 3 如下 图 3 接收模块 3 声光报警模块 声光报警模块由三极管 5V 电压 10K 电阻和蜂鸣器组成 当 LED 灯 出现异常时 从机向主机发出报警信号 主机接收到从机的报警信号时 就会驱动报警用的蜂鸣器的 LED 灯 电路图 4 如下 图 4 声光报警 6 4 故障检测电路 采用电压比较器来判断 LED 是否发生故障 如图 5 图 5 故障检测 5 数码管显示 为了减少占用单片机管脚数 采用 74HC164 高速硅门 CMOS 器件 能与 低消耗肖特基型 TTL 器件的引脚兼容 74HC164 是 8 位边沿触发式移位寄存 器 串入输入数据 并行输出 电路图 6 如下 图 6 数码管显示 7 五 五 软件设计软件设计 1 系统软件介绍 采用 keil 软件编程 采用模块化编程方式 子程序主要有收发模块子 程序 故障检测子程序 数码管显示子程序等 2 控制策略 由于本设计采用信号传递式的控制策略 所以对所有的路灯模块 进行了统一编号 路灯模块接收到控制模块信号时 除了和自己编号 进行比较外 还会将信号传递给下一个路灯模块 在故障检测时 路 灯模块不会对其他路灯的故障信号进行比较 而是直接向下个路灯进 行信号传递 直到最后传递到主控模块 流程图如下 图 7 主控制台流程图 8 图 8 路灯控制系统流程图 六 六 测试和测试结果测试和测试结果 1 测试仪器 万用表 示波器 数码管 LED 2 测试方法 首先用万用表检测对电路各节点电流电压测量 然后将主控模块和路灯 模块先进行一对一测试 最后进行多模块综合测试 3 测试过程 硬件测试 因总系统有四个独立模块 所以首先主控模块和路灯模块先 进行一对一测试 然后特定的距离对三个模块进行整体测试 软件测试 将软件写入各个硬件模块 通过主控模块检测路灯模块 通 过路灯亮灭情况 判断控制策略的正确性 4 测试情况如表 8 表 1 路 灯 时间 灯 1 灯 2 灯 3 A 亮亮 亮 B 灭 亮 灭 C 灭灭灭 9 5 完成情况 1 完成 2 完成基本要求 3 完成