基于ZigBee的無線路燈節(jié)能智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 硬件電路設(shè)計(jì)

ZigBee 新一代SoC 芯片[7]CC2530 是TI 公司推出的用于嵌入式應(yīng)用的片上系統(tǒng)， 是使用IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)、ZigBee 和ZigBee RF4CE 的一個(gè)片上系統(tǒng)解決方案。

CC2530 內(nèi)部已集成了一個(gè)8051 微處理器與高性能的RF 收發(fā)器。CC2530 能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)， 擁有較大的快閃記憶體， 其存儲(chǔ)容量多達(dá)256 B, 它是理想的ZigBee 專業(yè)應(yīng)用芯片; 支持新RemoTI 的ZigBee RF4CE, 這是業(yè)界首款符合ZigBeeRF4CE 兼容的協(xié)議棧。此外，CC2530 具有不同的運(yùn)行模式， 使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)， 運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短， 進(jìn)一步確保了低能源消耗。圖3 為CC2530 外圍電路設(shè)計(jì)。圖3 中的D3 倒F 天線是單端天線， 也就是非平衡天線， 所以需要用電容、電感組成一個(gè)非平衡變壓器(BALUN) , 如圖3 中的虛線框圖， 來滿足RF 輸入/輸出匹配的要求。

圖3 CC2530 外圍電路

PCB 天線設(shè)計(jì)難度較大， 通常還需要仿真工具的支持， 但TI 公司已經(jīng)把倒F 型PCB 天線設(shè)計(jì)的規(guī)格公布了。對(duì)于終端設(shè)備的設(shè)計(jì)來說，PCB 天線不失為一種較經(jīng)濟(jì)的選擇， 因?yàn)槠渫ㄐ啪嚯x可以滿足本系統(tǒng)的要求。

路燈節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用光敏電阻傳感器檢測的方式采集路燈狀態(tài)信息并通過無線傳回主控中心( 協(xié)調(diào)器)， 同時(shí)經(jīng)主控中心處理后， 將相應(yīng)的控制命令發(fā)送至指定的路燈節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)是根據(jù)電子時(shí)鐘產(chǎn)生的精確時(shí)間和光敏電阻采集外界光線的強(qiáng)弱來控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路燈。

在下半夜采用隔柱亮燈(開部分燈) 的方法降低電能消耗; 在大白天， 采用關(guān)全部路燈的方法， 如果天氣突然轉(zhuǎn)陰， 系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)打開部分路燈， 滿足人們照明要求; 傍晚時(shí)分， 用光敏傳感器采集的光線強(qiáng)弱來判斷是否需要開關(guān)燈， 做到及時(shí)開關(guān)燈。根據(jù)以上的控制實(shí)現(xiàn)智能和節(jié)能控制。表1 所示的為協(xié)調(diào)器主控制路燈的狀況( 此表要根據(jù)城市的實(shí)際情況制定)。

表1 協(xié)調(diào)器根據(jù)時(shí)間與外界狀態(tài)發(fā)出控制命令

本文提出了基于CC2530 的ZigBee 無線路燈節(jié)能智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案， 在路燈控制器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了自組織網(wǎng)絡(luò)的建立、通信、互操作性測試， 解決了以往無線控制網(wǎng)絡(luò)的通信不穩(wěn)定的問題。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 采用這種模式建立的無線路燈節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)不僅具有較好的可靠性和較高的控制效率， 而且還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)路燈損壞情況和它的具體位置， 減少了巡燈工作，同時(shí)又根據(jù)城市是否需要打開路燈的實(shí)際情況來控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的路燈開關(guān)， 從而做到合理及時(shí)開、關(guān)燈。在下半夜采用隔柱亮燈的方法不僅能滿足人們照明的需要， 而且還能減少電能消耗， 能夠很好地達(dá)到節(jié)能和智能化管理的目的， 有著廣闊的應(yīng)用前景。