基于無線數傳模塊的車載道路照明檢測系統設計

耿以增

(萊西市亮化管理處，山東 萊西 266600)

0 引言

根據GB/T 5700—2008《照明測量方法》和CJJ 89—2012《城市道路照明工程施工及驗收規程》要求，新建道路路燈在使用前需對其平均照度、照度均勻度、平均亮度等參數進行現場檢測驗收。對LED 路燈顯色指數、色溫等參數進行檢測尤其重要。對重新改造的路燈線路在使用前也必須對其平均照度、照度均勻度、平均亮度、亮度均勻度、顯色指數、色溫等參數進行現場檢測驗收。目前普遍采用的手工檢測存在檢測工作量大、不安全等各種弊端，因此，設計一款無線數傳車載式道路照明檢測系統十分必要。

1 系統硬件設計

針對傳統手工檢測平均照度、照度均勻度等參數的要求，設計一種具有測試精度高，采集速度快，數據傳輸穩定且能克服電磁干擾環境的無線數傳車載式道路照明檢測系統硬件電路。圖1 所示為系統硬件設計流程圖。

圖1 系統硬件設計流程圖

1.1 傳感器的設計

光電池把光能轉化成電能，一般選擇硅光電池作為傳感器，在硅光電池前加一個可見光函數余弦修正片，使入射光盡可能多地照射到硅光電池表面，并對可見光進行光譜修正。

1.2 無線通信電路的設計

ADF7020 是一款適用于VHF 和UHF 頻段的收發器，允許使用ASK/FSK/ OOK/GFSK/GOOK 編碼，具有低功率、高集成度等特性。ADF7020 使用一個外掛VCO 以方便設計人員選擇工作頻率，頻率主要為433 MHz、868 MHz 和915 MHz 的ISM 操作而設計，也可用于日本950 MHz 的射頻帶。采用高斯型數據濾波器，以實現超高效率的GFSK 或G-ASK 調制。該器件適合于中國短距離器件監管標準的電路應用，一個收發器僅需極少的外部元器件，ADF7020 支持各種可編程特性，包括接收的靈敏度、線性度和中頻帶寬，用戶可根據具體情況在接收機靈敏度和選擇度與功耗之間進行取舍，非常適合低成本和小面積的應用。本設計采用的是基于ADF7020 芯片的RF7020 無線數傳模塊，其采用高效檢錯編碼，當發生連續突發錯誤時其最大糾錯可達24 bits，且編碼增益可達3 dBm，編碼效率和糾錯能力均處于業內領先水平，遠遠高于一般的前向糾錯編碼，系統的靈敏度與抗干擾能力得到增強，模塊還具有自動檢錯過濾功能。所以RF7020模塊特別適用于外界干擾較大的惡劣環境或工業領域。

RF7020 模塊內設256 bytes 大容量緩沖區，RF7020 模塊提供標準的UART/TTL 兩種接口，三種接口校驗方式以及57 600/38 400/19 200/9 600/4 800/2 400/1 200 bps 七種波特率。RF7020 模塊外部接口采用無線透傳數據傳輸模式，能適應多種用戶協議，所收即所發。如圖2 所示為終端設備與無線模塊連接示意圖。

圖2 模塊連接圖

1.3 信號放大電路的設計

本設計使用的是一個帶有二級運放的運算放大電路，前級放大器采用運算放大器OPA129，次級運放選用運算放大器OP07，如圖3。

1.4 A/D 轉換電路的設計

本系統模數轉換采用AD 轉換器TLV2542。TLV2542 的設計允許其在極低的功耗下工作而且自動掉電的方式使功耗省的特點得到進一步增強，其外圍電路如圖4 所示。

1.5 信號處理電路的設計

本設計選用的單片機型號為AT89C2051。可兼容標準MCS-51 指令系統，單片機內置通用8 位中央處理器及Flash 存儲單元，它為許多嵌入式控制應用提供高靈活度和低成本的解決辦法。

圖3 光信號放大電路圖

圖4 模數轉換電路圖

1.6 供電電路的設計

電源模塊是由7.4 V 可充電鋰電池組和DC/DC電源模塊組成，為了減小電源對運放和模數轉換器的干擾，本系統先采用LM2940 穩壓三極管得到﹢5 V電壓，然后選用DC-DC 穩壓模塊MAX660ESA，MAX660 為負電壓產生芯片，輸出紋波峰峰值小于100 mV，以供電路板使用。

2 系統軟件設計

2.1 下位機程序設計

本系統采用模塊化的設計思想，根據系統總體設計方案和硬件電路功能將軟件程序大體分為六塊。采用C 語言，依據先總體設計，再進行各功能模塊的設計原則完成其下位機的程序設計工作。

2.2 上位機程序設計

本系統計算機軟件編程基于Microsoft Visual Basic 語言，設計出一款簡單、方便、易操作的檢測軟件，該軟件可以實現實時檢測、動態快速測量、實時數據存儲、測量結果曲線圖顯示、自動生成報表、歷史數據查詢等功能。圖5 所示為軟件的參數設置界面。道路照明檢測要求是測量道路路面的照度，而傳感器位于引擎蓋而非地面，所以要得到路面照度需要將引擎蓋上的照度值進行修正，經過多次實驗測試，測出小轎車引擎蓋的修正系數為0.93。參數填寫完成之后點擊確認，進入系統測試界面。

圖5 軟件的參數設置界面

如圖6 所示為無線車載道路照明檢測系統的主界面圖，該界面設計簡潔明了，針對檢測，得到一目了然的檢測結果。軟件中部顯示區域為測量結果動態曲線圖，測試者可更加直觀的查看道路照明照度、亮度變化曲線。

圖6 無線車載道路檢測系統的主界面圖

歷史數據查詢界面如圖7 所示。

圖7 歷史數據查詢界面

3 小 結

本設計是基于AT89C2051 單片機以及ADF7020無線通信芯片的無線車載道路照明檢測系統。利用該系統可精確測量照度、照度均勻度、亮度、亮度均勻度等多項路燈光源光度學方面的主要技術參數，為路燈光源光度學指標的現場測量提供了科學可靠的技術支持。比起有線檢測系統，該系統具有更便于安裝，使檢測車輛密封性能更好，攜帶方便等優勢，毫不低于有線檢測系統。

經校準及現場使用驗證，基于AT89C2051 單片機以及ADF7020 無線通信芯片的無線車載道路照明檢測系統能夠滿足室外照明的現場測量要求，該項目已申請國家專利，填補國內城市道路照明無線車載檢測設備的空白，具有良好的經濟、社會效益。

［1］錢偉，秦大為，曹剛.車載式道路照明檢測系統［J］.燈與照明，2010(3)

［2］秦大為.道路照明的照度測量方法［J］.電工技術，2009(3)

［3］周封，王晨光.基于GPRS/GSM 的路燈監控系統研究［J］.工業儀表與自動化裝置，2008(1)

［4］申曉明.無線通信系統在路燈監控系統中的應用［J］.科教文匯(上半月)，2006(7)

［5］嚴萍，李劍清.照明用LED 光學系統的計算機輔助設計［J］.半導體光電，2004(3)

［6］李善民.基于ZigBee 單片機的智能照明系統的設計與實現［D］.華南理工大學，2013

［7］PAT RICK Kinney，etc.ZigBee technology:wireless control that simply works［J］.Communications Design Conference，2003(2)