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基于物联网的厂区路灯模拟控制系统

作者:沙巴体育 发布时间:2020-05-08 01:33

  针对厂区路灯照明特点,基于物联网技术,设计了一种厂区路灯无线控制方案。对信号采集、无线通信、故障检测及亮灯驱动等电路进行设计和调试,并通过GPRS数据传输网络实现了对厂区路灯模拟控制系统的智能化管理与监控,以及对路灯故障进行实时检测和故障位置报警。实验结果表明系统运行安全可靠、节能,且控制模块体积小、安装方便。

  关键词:RFID[1241篇]物联网[337篇]无线篇]无线篇]身份识别[9篇]厂区路灯控制系统设计的目的,一是能够满足正常使用的需要,在夜间车辆、行人通过厂区道路时提供必需的照度,确保安全;二是节约电能,安装、使用可靠方便,能够延长用电设备及灯具的使用寿命,减少维护费用。传统的厂区照明路灯控制系统一般采用时间控制、光照控制等方式,存在路灯使用寿命短、管理开销大、无法远程监控以及故障维修反应效率低等现象。本文基于物联网技术,并结合微控制器技术,设计了一种无线路灯控制模块,使每一盏路灯都能遥控、遥测和遥信,实现了网络化的路灯智能控制。同时在设计系统时简化了对城市照明路灯的多样化、多色彩等复合功能要求,既能满足厂区夜间照明安全和降低运行费用的要求,又考虑了节省系统开发成本、现场易于安装。1.系统结构及工作原理系统由集中控制器和单元控制器两部分组成,其结构如图1所示。集中控制器安装于厂区路灯控制室,包括无线通信模块、MCU模块、时钟模块、声光报警模块、显示模块及键盘等部分。

  集中控制器向单元控制器发送时钟控制的开/关灯信号、自动/手动控制信号等信息,并能收到来自单元控制器的路灯开关状态、消耗功率及故障诊断等信息。单元控制器作为控制终端接收集中控制器通过无线网络发送的控制路灯开关时间段设定的指令,也可以采集厂区是否有人或车辆通过、环境光亮度以及路灯故障等信息,以此作出路灯打开/关闭、路灯点亮的程度以及路灯故障报警等指令,实现按需而控。

  2.1.通信网络无线网络组网方便、布局容易并且维护简单,已逐步应用于各种生产领域。可以采用自己组建无线专网的通信方式,也可以选择利用已有无线网络的通信方式。

  对于厂区路灯控制而言,自己组网建设费用过高。移动无线网络信号覆盖范围广、数据传输可靠,利用其现有网络基础的闲置能力就可以满足厂区路灯控制系统信息传输的要求。

  GSM和GPRS是无线通信的两种方式。GSM短信通信实时性差、信息量受限;GPRS是基于GSM系统的无线分组交换技术,具有传输速率高、实时性好及永远在线的特点,而且GPRS通信按流量计费,厂区路灯与城市路灯不同,照明灯具节点数量不多,结合经济效益考虑以及物联网的发展趋势,选用GPRS通信方式。2.2.MCU模块

  微处理器(MicroControllerUnit,MCU)实现对数据进行运算、处理、存储及通信等功能,是系统的大脑。选择芯片时主要是从微处理器的基本性能参数、增强功能、存储介质和适用环境等方面进行考虑。本次设计中选择ATMEL公司的ATmega64作为集中控制器和单元控制器中的MCU模块。ATmega64是一款高性能低功耗的8位微处理器,数据吞吐率高达1MIPS/MHz,具有64KB的Flash、2KB的E2PROM,擦写次数可达10万次,可用来存储路灯的各种设定参数和状态信息,直接驱动液晶显示模块,并带有多路输入输出口,方便与键盘、报警器等输入输出装置连接,且编程简单。

  单元控制器需要对厂区路灯环境实时检测以做出控制决策。选用光敏电阻实现厂区光线明暗变化检测,接口电路设计如图2所示。光敏电阻与普通电阻串联分压后电压信号传送至单片机进行A/D转换。随着光线明暗的变化,光敏电阻的阻值也在变化,从而改变PF0脚的电压,该电压经过单片机片内A/D转换器转换成数字信号并被分析处理,从而实现对路灯照明照度的控制。

  图2光敏电阻与单片机接口电路厂区过往行人与车辆检测选用D203S型热释电红外人体传感器来实现,其测试范围在0.5m内,若要应用于厂区路灯的真实场景,需要选择专业厂家生产的热释电红外人体探测器,测试范围在30~300m不等。当厂区有车辆或行人通过时,热释电红外人体传感器就能检测到人体的远红外辐射从而产生电信号,由于该信号变化缓慢、幅值小于1mV,因此需要经过一个专门的信号处理电路,使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号,选用BISS0001为热释电红外人体传感器的专用处理芯片,它主要由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成。

  电路设计如图3所示,BISS0001的1脚信号接高电平,使芯片处于可重复触发工作方式。将热释电传感器的输出信号送入BISS0001的14脚,经内部第一级运算放大器放大,然后由C24耦合给内部第二级运算放大器进行放大,再经由内部的电压比较器构成的双向鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动内部延迟时间定时器,最后由芯片的2脚输出信号V0直接传输至单片机的PD7脚进行处理,并执行相应的动作。4脚的输出延迟时间Tx由外部的R35和C28的大小调整,6脚的触发封锁时间Ti由外部的R34和C29的大小调整。

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  单元控制器通过光敏电阻自动控制路灯的开关状态及灯光的强弱,并与热释电传感器配合,将光照度调节到合适值,使系统运行达到节能、安全的效果。3.2.通信电路设计

  系统中集中控制器向单元控制器发送开/关灯、控制方式等信号;单元控制器向集中控制器发送故障路灯位置等信息,双方通信通过GPRS无线网络实现。GPRS模块采用Simcom公司的SIM300D无线通信模块,该模块外形小巧,内部集成了TCP/IP协议,具有射频天线、本地SIM卡连接及RS232串口等接口,可采用内部扩展的AT指令进行操作,功能强大且开发简单。

  SIM300D模块与单片机接口电路如图4所示,74LS573逻辑芯片主要用于电压变换。ATmega64输出的是标准TTL电平,而SIM300D模块兼容的高电平范围为2.05~3.23V,若要实现两种芯片之间的数据交换,需要经过电压变换。

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