基于无线传感器网络技术的智能灯光控制系统

2012年6月（下）

随着我国经济的快速发展，第三产业的崛起，人们对于各项体育、娱乐、休闲设施的需求增大，因此各类场馆的场地照明设备要求越来越高。传统的照明设备是基于声或者光的控制，大多数灯控设备都是架设有线连接，设备的耗材很高，而且需要聘用许多工作人员来参与灯控管理，这些设施技术陈旧、落后，电能消耗大，手动开关误操作多，工作效率无法达到最佳。

为了实现灯控系统的优质、人性化的便捷服务，设计了无线智能灯控系统。这个系统适用于各类大型场馆的照明要求，尤其对于有远距离控制管理要求的场馆，这种产品是以单片机为控制核心，在设计的时候以主从两组单片机为例，通过对从机单片机编程控制，使其和主机单片机通过无线模块进行通信。该系统具有环保、节能、管理灵活方便的优点。

1智能灯控系统硬件电路设计1.1系统结构

本系统的主机部分总体设计分为四个模块：由STC12LE5A60S2单片机为控制核心，外接无线传输模块、按键控制实现手动操作控制、串口通信模块、液晶显示模块等构成，从机部分单片机控制和无线传输模块与主机部分相同，此外添加了人体感应电路和可见光控制电路作为传感器节点的信息采集模块，除微处理器控制中心外，其他模块集成灯头部分作为产品，还有具体灯光设备构成。通过单片机对无线模块的发送指令信息，达到对各个从机节点的控制，并通过无线传感器网络反馈给主机，通过主机的上位机进行管理并显示在液晶屏上，实现了主机控制的功能。

本设计采用低功耗芯片STC12LE5A60S2作为主控芯片，它是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，通过按键作为输入控制，用NRF2401来实现单片机与单片机之间的无线通信控制，达到主控部分向网络节点逐级的信息传递，将上位机的控制信息发送至终端节点设备控制照明设备；同时还能实现由无线网络节点的信息采集，将各个照明设备的使用信息反馈给主机，显示在液晶屏上，从而实现了无线传感网络智能灯控的目的。图1-1为主机电路模块，图1-2为从机电路模块。

图１－１主机电路模块

图１－２从机电路模块

1.2控制系统设计

控制系统是智能灯控系统的主要组成部分。它负责上位机与路灯控制器的信息传递，是系统信息交换的枢纽部分。智能路灯控制器既负责上位机和单片机的信息交互，也可以单独对某一路路灯进行控制。它与上位机采用串口通信来完成数据的传输。这样既可以实现远程通信，也可以节约线路成本。

本设计采用一个主机控制电路控制很多从机传感器节点的灯控电路，此灯控电路分为两部分，一部分为主控电路，另一部分为传感器节

点电路，当系统有控制请求时，按动主控电路的按键，主机的单片机发出相应的指令使得主机无线模块发送该数据，通过无线传输网络的传输，从机的无线模块接收到该收据后，分析该数据是否是传给自己，如果是，送到从机微处理器芯片，这时从机就会根据该指令控制相应灯的亮暗程度；如果不是，则通过从机的无线传输模块逐级传递，直到到达真正需要执行该指令的传感器节点。

1.3无线传输模块

在实际运用中，考虑有线的成本较高，，所以此设计电路采用无线模块作为传输工具，通过主机对从机结点的发送与接收，实现无线网络传输。在本设计中采用NRF24L01无线通信模块，它具备体积小、功耗低、较少外设的优点。它NRF24L01是一款工作在2.4~2.5GHz 频段的单片无线收发芯片，它的频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置，用以完成数据的收发工作，同时还具备极低的电流消耗，在掉电模式和待机模式下电流消耗更低。

1.4传感器信号采集模块

从机节点部分采用人体感应电路，利用红外辐射实现全自动感应人体，感应模块采用双元探头。当有人进入红外感应区域时，红外光谱到达双元的时间、距离出现了差值，感应模块就输出高电平给微处理器模块，通过微处理器发出相应指令控制灯光开启，当人离开红外感应区域时，感应模块输出低电平给微处理器使其控制灯光关闭，同时将灯光开闭信息通过无线传输模块向主机传递。从开启到闭合的信息经由从机控制微处理器传递给从机无线传输模块并传输出去，通过主机无线传输模块的接收，由主机微处理器和上位机通信，由上位机进行统一信息管理。通过无线传输网络，主机上位机可以实时监控各个分布节点的照明开闭的状态。

从机部分也采用了LX1970为核心的可见光亮度传感器，作为分布节点的照明自动开启装置，使从机传感器节点照明系统在光照不足时自动开启，光照充足时自动关闭。

2系统软件设计

本系统软件设计采用模块化程序结构，由数据采集模块、无线通信控制模块、主机监控中心模块构成的。其中，数据采集模块在从机上，即无线传感器节点单片机上，它负责灯光的开启和关闭同时将此信息进行无线传输到主机控制部分；无线通信控制模块负责主机节点和从机节点的信息传输，除了在数据采集时由从机向主机发送信息外，还可以把主机的控制信息及时以无线形式发送给从机节点；主机控制中心控制节点的工作状态，对下位机发送的灯光开闭信息数据进行处理、显示

等。

3总结

本设计开发一种经济实用型的无线智能灯控产品，对无线网络智能灯控系统实际方案做了深入设计，开发出以STC12LE5A60S2单片机为核心，采用NRF2401无线模块进行通信，本设计电路简单且易于管理，集成度高、体积小、功耗低、节约电能并且价格低廉，开发周期短，调试方便，具有现实意义。

作者简介：吉李满，1973年生，女，讲师，研究方向为通信。

基于无线传感器网络技术的智能灯光控制系统

吉李满

（吉林工程技术师范学院信息工程学院，吉林长春

130052）

[摘要]本文详细介绍了一种基于单片机的无线智能灯控系统，可以用于活动场地较为宽广的建筑内照明使用。该系统是以单片机控制无线

模块为核心技术，通过主机和从机无线模块之间的相互通信来实现灯光的智能控制。本系统安装和使用方便，性能稳定，性价比高，具有非常广阔的应用前景。

[关键词]单片机；智能控制；无线传输

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