基于無線模塊NRF905的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：對基于無線模塊NRF905的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的硬件電路與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)論述。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠根據(jù)環(huán)境的明暗變化、物體的動態(tài)移動來實(shí)現(xiàn)對LED節(jié)能路燈的定時(shí)開、關(guān)及故障報(bào)警等自動控制。其控制過程：總控制器和支路電路單片機(jī)之間通過NRF905(無線收發(fā)器)進(jìn)行指令的接收與發(fā)送，總控電路實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)開關(guān)的定時(shí)，也可對單元電路進(jìn)行單獨(dú)定時(shí)，還可以根據(jù)光敏電阻對白天黑夜光線的感應(yīng)來控制系統(tǒng)的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動開、關(guān)燈。在支路電路中，用LM358集成運(yùn)放采構(gòu)成恒流源控制LED燈光的變化。通過光敏電阻對LED燈亮滅的感應(yīng)檢測，當(dāng)支路電路發(fā)生故障燈滅時(shí)，發(fā)送相應(yīng)的指令到主控制器來進(jìn)行故障報(bào)警。當(dāng)深夜人少時(shí)，利用紅外傳感器光電開關(guān)來判斷行駛物體的范圍來實(shí)現(xiàn)對LED開關(guān)狀態(tài)的控制，以達(dá)到節(jié)能的目的。
關(guān)鍵詞：NRF905；單片機(jī)；控制；報(bào)警；節(jié)能

道路照明，各類廠區(qū)及高端住宅和商業(yè)亮化工程越來越多，也越來越重要，路燈作為這種工程不可缺少的重要組成部個(gè)小時(shí)(從晚上7點(diǎn)到第二天早上7點(diǎn))，那么一盞路燈就要消耗200×12／1 000=2．4度電能。假設(shè)路燈之間的間距是20米，一條長2公里的街道就有2x2000／20=200盞路燈(道路兩邊各有一盞路燈，所以要乘2)，那么這條街道一晚上消耗的電能就有200×2．4=480度，1年消耗的電能是480x365分，對節(jié)能減排有著重要的影響。為了達(dá)到節(jié)能的目的，可設(shè)計(jì)這樣一種路燈控制器系統(tǒng)，使它具有以下功能：1)路燈支路控制系統(tǒng)有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時(shí)間，并控制整條支路按時(shí)開燈和關(guān)燈。2)路燈支路控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關(guān)燈。3)路燈支路控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)有人或車經(jīng)過當(dāng)前路燈的監(jiān)控區(qū)域時(shí)，路燈打開，離開時(shí)路燈關(guān)閉。4)當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)(燈不亮)，支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警信號，并顯示有故障路燈的地址編號。還可以人為的設(shè)定一段時(shí)間讓路燈的亮度自動的降低或增加，這些功能可以很大的節(jié)約電能，達(dá)到節(jié)能的目的同時(shí)也達(dá)到了智能的要求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及電路工作原理
系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案總體描述：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以單片機(jī)作為為控制系統(tǒng)核心，以NRF905作為單片機(jī)與控制模塊之間的數(shù)據(jù)采集通道。通過支路單片機(jī)輸出控制指令給無線發(fā)射模塊NRF905，經(jīng)NRF905無線發(fā)送給單元電路。無線接收模塊NRF905實(shí)現(xiàn)對單元電路的路燈進(jìn)行定時(shí)開、關(guān)太故障報(bào)警等自動控制，該控制系統(tǒng)既智能又節(jié)能。

2 系統(tǒng)主要模塊方案的選擇
2．1 控制器模塊
本系統(tǒng)對單片機(jī)的要求不是太高，AT89S51單片機(jī)足以滿足系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，各引腳也可以充分的被利用，同時(shí)AT89S51單片機(jī)價(jià)格低廉，其功能和指令對于大家也是比較熟悉的，編寫程序也相對簡單。因此綜合考慮后，選擇了AT89S51單片機(jī)作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制芯片。
2．2 無線收發(fā)模塊
對于數(shù)據(jù)的無線傳送模塊，系統(tǒng)采用了NRF905無線收發(fā)的集成模塊。NRF905單片無線收發(fā)器工作在433／868／915 MHz的ISM頻段。由一個(gè)完成集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。電流消耗很少，在發(fā)射功率為-10 dBm時(shí)，發(fā)射電流為11 mA，接收電流為125 mA。進(jìn)入POWERDOWN模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。此外NRF905模塊性價(jià)比高，使用方便，通信距離遠(yuǎn)，編程方法簡單，購買也比較方便也是本系統(tǒng)采用其作為數(shù)據(jù)采集模塊的重要依據(jù)。
2．3 顯示模塊
顯示模塊選用74hc595移位寄存器構(gòu)成的靜態(tài)顯示。經(jīng)過分析考慮選擇的是LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管顯示主要用來顯示數(shù)據(jù)，價(jià)格低廉，減少了對I／O口的浪費(fèi)，而且能夠同時(shí)驅(qū)動多個(gè)數(shù)碼管。其驅(qū)動程序容易編寫和理解。
2．4 電源模塊
電源模塊可采用開關(guān)電源或12 V蓄電池供電。開關(guān)電源好處雖然多，但價(jià)格昂貴。采用12 V蓄電池供電。電源較容易攜帶，具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，且所輸出的電源電壓比較穩(wěn)定，能適用不同場合的供電要求。
LED恒流源驅(qū)動模塊選用LM358運(yùn)放為驅(qū)動芯片，用它構(gòu)成射極跟隨器控制LED燈光的亮與滅及功率的降低。

3 主要硬件電路的設(shè)計(jì)
3．1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)、鍵盤與顯示與電路
單片機(jī)的最小系統(tǒng)、鍵盤與顯示電路如圖2所示。本系統(tǒng)所采用的單片機(jī)型號為AT89C51。輸入鍵盤采用了4x4的鍵盤作為控制，一共用了16個(gè)按鈕開關(guān)。采用串行的74HC595構(gòu)成八位靜態(tài)顯示，只用了單片機(jī)3個(gè)端口，不用進(jìn)行外圍端口的擴(kuò)展，大大節(jié)約了資源，提高了單片機(jī)的工作效率。C語言編程可以實(shí)現(xiàn)對鍵盤和顯示器的自動掃描、識別閉合鍵的鍵號、完成顯示器的靜態(tài)顯示。

16個(gè)按鈕的作用如表1所示。