基于物聯(lián)網(wǎng)的廠區(qū)路燈模擬控制系統(tǒng)

　　3.1. 信號采集電路

　　單元控制器需要對廠區(qū)路燈環(huán)境實(shí)時(shí)檢測以做出控制決策。選用光敏電阻實(shí)現(xiàn)廠區(qū)光線明暗變化檢測，接口電路設(shè)計(jì)如圖2 所示。光敏電阻與普通電阻串聯(lián)分壓后電壓信號傳送至單片機(jī)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。隨著光線明暗的變化，光敏電阻的阻值也在變化，從而改變PF0 腳的電壓，該電壓經(jīng)過單片機(jī)片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并被分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對路燈照明照度的控制。

　　電路設(shè)計(jì)如圖3 所示，BISS0001 的1 腳信號接高電平，使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。將熱釋電傳感器的輸出信號送入BISS0001 的14 腳，經(jīng)內(nèi)部第一級運(yùn)算放大器放大，然后由C24耦合給內(nèi)部第二級運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)由內(nèi)部的電壓比較器構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動內(nèi)部延遲時(shí)間定時(shí)器，最后由芯片的2 腳輸出信號V0直接傳輸至單片機(jī)的PD7 腳進(jìn)行處理，并執(zhí)行相應(yīng)的動作。4 腳的輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R35和C28的大小調(diào)整，6 腳的觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R34和C29的大小調(diào)整。

　　單元控制器通過光敏電阻自動控制路燈的開關(guān)狀態(tài)及燈光的強(qiáng)弱，并與熱釋電傳感器配合，將光照度調(diào)節(jié)到合適值，使系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到節(jié)能、安全的效果。

　　2.2. 通信電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)中集中控制器向單元控制器發(fā)送開/關(guān)燈、控制方式等信號； 單元控制器向集中控制器發(fā)送故障路燈位置等信息，雙方通信通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。GPRS 模塊采用Simcom 公司的SIM300D 無線通信模塊，該模塊外形小巧，內(nèi)部集成了TCP /IP 協(xié)議，具有射頻天線、本地SIM卡連接及RS232 串口等接口，可采用內(nèi)部擴(kuò)展的AT 指令進(jìn)行操作，功能強(qiáng)大且開發(fā)簡單。

　　SIM300D 模塊與單片機(jī)接口電路如圖4 所示，74LS573 邏輯芯片主要用于電壓變換。ATmega64輸出的是標(biāo)準(zhǔn)TTL 電平，而SIM300D 模塊兼容的高電平范圍為2. 05 ~ 3. 23 V，若要實(shí)現(xiàn)兩種芯片之間的數(shù)據(jù)交換，需要經(jīng)過電壓變換。

　　SIM300D 模塊需要借助SIM 卡才能連接到網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，SIM300D 模塊通過SPI 通信方式對SIM 卡進(jìn)行讀寫操作，通過GSM 或GPRS 通信方式實(shí)現(xiàn)與移動網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。SIM 卡也稱為智能卡、用戶身份識別卡，通過此卡鑒別每一路燈的地址、代號和實(shí)際地理位置等信息。SIM卡與SIM300D 無線通信模塊接口電路設(shè)計(jì)如圖5所示。

　　圖5 SIM 卡與SIM300D 無線通信模塊連接圖

　　3.3. 故障檢測電路設(shè)計(jì)

　　單元控制器設(shè)有電流檢測功能，通過電流檢測可以判斷路燈是否故障。如果路燈故障，通過路燈的電流會極小甚至為零，不足以驅(qū)動LED 發(fā)光，則故障檢測點(diǎn)的電壓會低于給定的基準(zhǔn)電壓，通過電壓比較電路給單片機(jī)送入一個(gè)報(bào)警信號。

　　故障檢測模塊與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)如圖6所示，基準(zhǔn)電壓可通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R2的阻值來改變。當(dāng)路燈正常工作時(shí)，故障檢測點(diǎn)電壓大于基準(zhǔn)電壓，則運(yùn)放LM358 輸出+ 12 V 的正向飽和電壓，該電壓經(jīng)限流電阻和穩(wěn)壓管構(gòu)成回路，這時(shí)穩(wěn)壓管給單片機(jī)送入一高電平電壓。當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)，檢測點(diǎn)電壓低于基準(zhǔn)電壓，運(yùn)放電路輸出為零，為單片機(jī)送入一低電平電壓，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警功能。

　　圖6 故障檢測模塊與單片機(jī)接口電路

　　3.4. 高亮LED 驅(qū)動模塊

　　單元控制器的高亮LED 驅(qū)動模塊采用自制恒流驅(qū)動電源，利用運(yùn)算放大器組成電壓跟隨器、電流負(fù)反饋電路，結(jié)合單片機(jī)組合成恒流源，方法簡潔，容易實(shí)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)如圖7 所示。

　　圖7 恒流驅(qū)動電源電路圖

　　圖7 中電源的輸出電流與UPB5 成正比，當(dāng)UPB5 保持恒定時(shí)，可保證該電源的輸出電流恒定。同時(shí)，UPB5 可以通過單片機(jī)的PWM 輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出電流的可控，調(diào)節(jié)LED亮度。