无线路灯控制系统

无线路灯控制系统

队号：20120113

无线路灯控制系统（D题）

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：RX-2 TX-2无线通信信号中转

一、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、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、 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。

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、 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

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

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

五、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

图8 路灯控制系统流程图

六、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：

结论

团队设计的模块无线传输载波频率为30MHZ，发射功率和发射距离符合赛题的要求，路灯的亮灭控制通过软件实现控制，同时电路能够在路灯故障时进行报警，完成了赛题的基本要求。发挥部分主要完成了根据日期对奇偶编号等亮灭控制的部分。