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基于物联网的LED路灯控制器设计

导读: 针对目前LED 路灯缺少智能控制的问题,提出了一种基于物联网嵌入式技术的LED 路灯控制器设计方案。路灯主控器采用嵌入式AVR 芯片结合CDMA 与ISM 无线通信,实现了对路灯节点的有效远程及本地控制。

  摘要: 针对目前LED 路灯缺少智能控制的问题,提出了一种基于物联网嵌入式技术的LED 路灯控制器设计方案。路灯主控器采用嵌入式AVR 芯片结合CDMA 与ISM 无线通信,实现了对路灯节点的有效远程及本地控制。采用光敏电阻作为光强传感器,通过节点MCU 模块的控制,实现了调光功能。 实验证明,本文设计的LED 路灯控制器能有效实现智能控制。

  目前,所使用的大功率LED 路灯大部分都是简单的直接照明,缺少必要的智能控制,或者有些虽然具备有智能控制的功能,但是却不能自动检测路灯的照明状况,也不能方便地对路灯进行远程及本地调控。 并且现有的照明管理系统大都采用有线电缆控制照明灯具,对LED 路灯进行调控,通信协议比较复杂,建设成本和运营成本都比较高。 本文将物联网嵌入式技术引入路灯控制器,实现LED 路灯的智能控制。

  物联网,是指将各种信息传感设备,如射频识别( RFID) 装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,将沟通从任何时间任何地点任何人之间的沟通连接扩展到人与物( Human to Thing) 和物与物( Thing to Thing) 之间的沟通连接。 发展物联网的关键在于射频标签、传感器、嵌入式系统及传输数据计算等领域。 其中,嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统是物联网的“大脑“和“中枢神经”,物联网内的所有个体都需要嵌入式系统来传输和处理处理信息,嵌入式系统的好坏将直接影响物联网的运做。

  本文以路灯控制器为应用背景,设计了支持CDMA 及ISM 无线通信的智能路灯控制器,将物联网嵌入式技术应用其中,利用控制器提供的专用接口和CDMA 网络平台,实现与各类传感器的连接,实现“人—物”、“物—物”、“物—人”之间的信息交流。

 

  1 路灯控制系统

 

  本文设计的路灯控制系统由3 个控制层、2个通信层组成。 系统的结构如图1 所示。 操作人员通过监控软件或手机将需求数据发送到CDMA网络进而传送给路灯主控器; 路灯主控器对接收数据分析、处理,并通过自组ISM 无线网络将数据送给节点控制器; 节点控制器做出响应并发出返回数据,数据按原路径返回给操作人员。 本文设计了系统核心部分: 智能路灯控制器,包含了主控器及节点控制器的设计。

 

  图1 路灯控制系统结构图

  图1 路灯控制系统结构图

 

  2 主控器设计

 

  主控器包括: ATmega128 主控模块、CDMA 通信模块、ISM 通信模块、显示输入模块,结构图2所示。

 

  图2 主控器结构图

  图2 主控器结构图

 

  2. 1 主控模块

  在主控模块采用核心板设计,结构如图3 所示。

 

  图3 主控模块结构图

  图3 主控模块结构图

 

  主控芯片采用AVR ATmega128 芯片。 ATmega128是高性能、低功耗的AVR8 位微处理器,它的运行速度快,大多数指令可以在一个时钟周期内完成; 寿命: 10, 000 次写/擦除周期; 具有独立锁定位、可选择的启动代码区; 通过片内的启动程序实现系统内编程; 真正的读- 修改- 写操作硬件乘法器只需两个时钟周期; 具有128K 字节的系统内可编程Flash; 4K 字节的内部SRAM; 可以对锁定位进行编程以实现软件加密; 具有JTAG 接口,方便程序在线调试、下载; 两个可编程的串行USART; 可工作于主机/从机模式的SPI 串行接口。

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