基于nRF905的智能道路照明節(jié)能系統(tǒng)

2．2 無線傳輸單元
本系統(tǒng)的主控制器采用了Atmel公司的ATmegal6，它是真正的RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，內(nèi)部資源非常豐富，并在片內(nèi)集成了各種功能強(qiáng)大的外圍接口和通信接口。在本次設(shè)計中，單片機(jī)的任務(wù)主要是完成對經(jīng)過降壓處理而采集到的市電電壓進(jìn)行變換，通過軟件完成對節(jié)電等級的判斷，并控制相應(yīng)的繼電器進(jìn)行相應(yīng)的通斷動作；還要對一段時間內(nèi)的開關(guān)燈時間及狀態(tài)進(jìn)行記錄，以及完成和外部設(shè)備的通信等功能。
該系統(tǒng)的無線通信模塊是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)芯片nRF905，工作電壓為1．9～3．6 V，體積小，可工作于333／868／915 MHz三個ISM頻道，輸出增益范圍為-10～+10 dE，最大無線數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)50 Kb／s，適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報警及安全系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。該芯片通過單片機(jī)的簡單控制即可方便實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)模塊的設(shè)計，它通過SPI口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，工作于從方式時，時鐘由單片機(jī)的SPI時鐘確定。

3 系統(tǒng)工作模式與軟件設(shè)計
3．1 系統(tǒng)工作模式
照明區(qū)域控制器與智能節(jié)點(diǎn)之間通過nRF905模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，依然采用主／從結(jié)構(gòu)，即照明區(qū)域控制器給出控制指令，在指令中包含目標(biāo)智能節(jié)點(diǎn)地址信息，以廣播的方式下傳，智能節(jié)點(diǎn)接到指令后根據(jù)指令中的節(jié)點(diǎn)地址信息判斷是否執(zhí)行操作。對于需要作為中繼的節(jié)點(diǎn)，接到指令后首先判斷控制字和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址信息，當(dāng)為單點(diǎn)控制或查詢指令時，如果自身地址等于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址，則執(zhí)行該操作，否則判斷該目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址是否處于自己中繼的有效范圍，是則中繼該指令，反之不做任何操作。
3．1．1 智能化照明控制策略設(shè)計
在沒有人為或管理中心干預(yù)的情況下，照明區(qū)域控制器按照預(yù)設(shè)的照明控制策略完成自主的現(xiàn)場照明控制。本設(shè)計中采用了時間控制(時控)、環(huán)境參數(shù)輔助控制和手動控制相結(jié)合的照明控制策略。環(huán)境參數(shù)輔助控制為可選功能，禁止使用時，為時控和手控相結(jié)合。三種控制方式的優(yōu)先級遵循以下原則：
(1)手動控制優(yōu)先級最高，手動控制時，時控和環(huán)境參數(shù)輔助控制被屏蔽。
(2)當(dāng)手動控制取消后，環(huán)境參數(shù)輔助控制、時間控制恢復(fù)正常使用，如果處于時控有效期內(nèi)，系統(tǒng)按照時間控制策略維持／更新運(yùn)行狀態(tài)；如果處于時控有效期外，則根據(jù)環(huán)境狀況進(jìn)行控制。
(3)系統(tǒng)退出手動控制模式時，由照明區(qū)域控制器判斷當(dāng)前所屬時段，決定各交流接觸器是否打開或關(guān)閉。
3．1．2 環(huán)境參數(shù)與流量控制策略
智能化的道路照明控制系統(tǒng)還應(yīng)該能夠根據(jù)天氣、交通流量等實(shí)際的環(huán)境參數(shù)調(diào)整照明控制措施，以獲得更好的照明質(zhì)量和節(jié)電效果。
(1)照度輔助控制考慮到天氣異常變化的影響，需綜合考慮自然環(huán)境照度和當(dāng)前時間，執(zhí)行相應(yīng)的開燈或關(guān)燈操作。需要注意的是，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在進(jìn)行環(huán)境照度采集時必須采取延時或者軟件濾波等措施消除環(huán)境照度尖峰干擾(如閃電)。此外，還應(yīng)該限定根據(jù)照度進(jìn)行控制的作用時間段或者采用模糊控制手段區(qū)分干擾和正常情況，避免因突變持續(xù)性干擾造成的誤動作。
(2)交通流量輔助控制在智能化的照明控制系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)人性化的照明控制，還必須考慮同一照明季節(jié)內(nèi)交通流量變化規(guī)律的異常情況，尤其是在一些比較重要的節(jié)假日，人們的作息習(xí)慣會和平時出現(xiàn)差異，因此道路交通流量曲線與平時相比會出現(xiàn)較大波動，這時就不能再按照正常的時間段劃分進(jìn)行控制，而必須借助于交通流量輔助控制。考慮到這種波動主要集中在較集中的時段內(nèi)，因此在軟件設(shè)計時就只限定在特定的時段內(nèi)有效。
3．1．3 區(qū)域控制策略
無線通信技術(shù)的發(fā)展使得低成本的單燈控制和檢測成為可能，也使路燈的控制變得更加靈活。同一路段的不同路燈，由于其所處位置的不同，對其照明控制的要求可能也不相同。比如某個路段處于十字路口的路燈，由于位置的重要特殊性，就不能和其他路燈同時進(jìn)行相同的場景控制。另外對于一桿多燈的情況，需要考慮在交通流量減小時部分關(guān)閉以節(jié)約電能。區(qū)域控制可以通過配置控制系統(tǒng)底層(照明區(qū)域控制器智能節(jié)點(diǎn))之間的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)。區(qū)域控制數(shù)據(jù)幀格式如下：

控制類型聲明單燈智能控制器應(yīng)該執(zhí)行何種控制操作，起始地址、終止地址和作用范圍一起聲明了對受控路燈節(jié)點(diǎn)的地址編號要求，這樣就相當(dāng)于將符合相同條件的路燈節(jié)點(diǎn)綁定在了一起，從而可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制。作用范圍根據(jù)單燈智能控制器地址編號的數(shù)學(xué)特征可以分為奇數(shù)有效、偶數(shù)有效等多種情況，因此可以實(shí)現(xiàn)多樣化的控制區(qū)域組合。