基于無線傳輸?shù)墓饬⒎焦?jié)能控制器設(shè)計(jì)

摘 要：文章針對(duì)傳統(tǒng)夜景光立方存在的控制線路安裝不易、易受腐蝕、維護(hù)成本高，費(fèi)電等不足。提出了一種基于NRF24CL01無線傳輸?shù)囊咕肮饬⒎娇刂品桨福饕蔁o線發(fā)送端、無線接收端以及燈光控制電路三大部分組成。系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)以無線的方式遠(yuǎn)距離對(duì)夜景燈顯示圖案進(jìn)行按鍵切換，并可依據(jù)環(huán)境光線的亮暗程度自動(dòng)控制夜景燈啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

關(guān)鍵詞：夜景燈；無線控制；節(jié)能

引言

隨著城市的發(fā)展，絢麗的建筑夜景正成為一個(gè)鮮明的城市名片。夜景燈對(duì)市容是提升，旅游業(yè)的繁榮，有著顯著效益。目前夜景燈的控制以有線形式為主，但由于控制線路長期暴露在露天環(huán)境下，在復(fù)雜多變的天氣條件下，無疑會(huì)使線路受到腐蝕及傷害，減少線路壽命。隨著近年來無線技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越往小型化、智能化、便捷化發(fā)展，因此很多控制領(lǐng)域現(xiàn)在都廣泛采用無線方式。此外，在當(dāng)今的信息化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，計(jì)算機(jī)已成為人們工作生活中不可缺少的基本工具，其中人們接觸最多的就是微型計(jì)算機(jī)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)可以通過無線方式控制燈光，并且可以智能控制運(yùn)行狀態(tài)，不僅可以免去很多麻煩，還具有良好的市場應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

目前夜景燈的安裝位置高，不適合大規(guī)模布線。因此，文章采用NRF24短距離無線通信技術(shù)。該技術(shù)可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，也可以進(jìn)行多點(diǎn)通信，具有成本低廉，使用方便等特點(diǎn)。NRF24L01主要采用GFSK調(diào)制方式，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。此外，其外圍電路設(shè)計(jì)簡單，芯片功耗低，在戶外傳輸距離可達(dá)到40～50米，滿足目前夜景燈的各種控制要求。

夜景燈控制器以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，光敏電阻電路根據(jù)環(huán)境亮度的變化向單片機(jī)發(fā)送信息。單片機(jī)將接收到的信息通過NRF24L01無線射頻模塊向接收端傳送，進(jìn)而控制光立方電路的工作。控制人員也可通過按鍵電路傳遞觸發(fā)信息，然后經(jīng)由單片機(jī)處理，無線模塊傳輸，最終切換光立方的顯示圖案。這既包含了本地自適應(yīng)節(jié)能控制，也包含了遠(yuǎn)程遙控功能。

2 系統(tǒng)收發(fā)端硬件設(shè)計(jì)

夜景燈光控制系統(tǒng)主要由命令發(fā)送端、命令接收端及光立方燈光控制電路三部分組成。發(fā)送端硬件電路有：STC12C5A60S2控制電路、光敏電阻檢測電路、按鍵檢測電路、電源電路、無線射頻模塊；接收端的硬件電路有：STC12C5A60S2控制電路、無線射頻模塊、電源電路等。

如圖2所示是單片機(jī)的外圍設(shè)計(jì)原理圖，其中單片機(jī)晶振電路的起振電容C1、C2一般采用是在15～33pF這個(gè)范圍內(nèi)，因此本電路采用的20p電容；P0口為開漏輸出，當(dāng)作為輸出口時(shí)需加上拉電阻，一般采用10K的排阻。其他IO口內(nèi)部集成有上拉電阻，可直接作為輸出口。

圖3為光敏檢測電路，當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻阻值下降，則V2>V3即反向端電壓大于同向端電壓，則比較器LM324輸出端輸出低電平0給單片機(jī)；當(dāng)無光照時(shí)，光敏電阻阻值變大，則V2

光立方夜景燈采用512個(gè)led以8×8×8的形式排列，2個(gè)垂直的面各有64個(gè)底座進(jìn)行固定，側(cè)面的的負(fù)極連接64跟線分別接到4片74HC15，底面的底座每行共接，然后接出8跟正極接到一片74HC245芯片。如圖4所示，最后整個(gè)光立方電路共有16根數(shù)據(jù)線分別與單片機(jī)進(jìn)行相連。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)整體工作流程

設(shè)備一上電，單片機(jī)初始化，無線模塊初始化，發(fā)送端初始化為發(fā)送模式，接收端為接收模式。發(fā)送端當(dāng)有按鍵被觸發(fā)或者光敏檢測電路返回環(huán)境亮度數(shù)據(jù)時(shí)，才會(huì)執(zhí)行發(fā)送函數(shù)，發(fā)送完命令后，等待下一次的被觸發(fā)。接收端等待來自發(fā)送端的數(shù)據(jù)，處于接收模式。當(dāng)接收端接收到命令后，控制切換光立方電路。

3.2 發(fā)送端程序設(shè)計(jì)

發(fā)送端程序初始化后，進(jìn)入主程序循環(huán)：程序不斷掃描檢測P2.7口（對(duì)應(yīng)光敏檢測電路的輸出端），如果P2.7為1時(shí)（黑暗條件），則進(jìn)入按鍵檢測程序。若按鍵按下的話，則把TxBuf數(shù)組賦值為相關(guān)序號(hào)，執(zhí)行發(fā)送函數(shù)；如果P2.7為低電平0時(shí)（明亮條件），則把TxBuf數(shù)組賦值為相關(guān)序號(hào)，然后執(zhí)行發(fā)送函數(shù)。

3.3 接收端程序設(shè)計(jì)

接收端程序初始化后，進(jìn)入主程序循環(huán)：通過if語句檢測nRF2

4L01_RxPacket（RxBuf）函數(shù)，如果收到數(shù)據(jù)nRF24L01_RxPacket函數(shù)的返回值revale會(huì)置1。依據(jù)收到的命令RxBuf 數(shù)組執(zhí)行display函數(shù)，光立方顯示對(duì)應(yīng)的圖案或者關(guān)閉。

3.4 無線通訊程序設(shè)計(jì)

發(fā)送模式的過程：將寄存器中的PWR_UP設(shè)置為低電平；當(dāng)單片機(jī)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，將接收節(jié)點(diǎn)地址和有效數(shù)據(jù)通過SPI接口寫入NRF24L01的寄存器。當(dāng)CSN為低電平時(shí)，寫入寄存器內(nèi)等待發(fā)送；設(shè)置CE為高電平時(shí)，啟動(dòng)芯片進(jìn)行發(fā)射。CE為高電平的時(shí)間至少要10us；啟動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘，MCU設(shè)置發(fā)送速度為1Mbps或2Mbps，無線發(fā)射數(shù)據(jù)。

接收模式的過程：將寄存器中的PWR_UP設(shè)置為高電平；設(shè)置所使用的數(shù)據(jù)通道、自動(dòng)應(yīng)答功能和有效數(shù)據(jù)寬度等；設(shè)置CE為高電平進(jìn)入接收模式；130us后NRF24L01對(duì)空中信息進(jìn)行檢測；若收到有效的數(shù)據(jù)段后，數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)在RxBuf數(shù)組中，同時(shí)將RX_DR位置成高電平；若啟動(dòng)自動(dòng)應(yīng)答功能，芯片會(huì)發(fā)送接收成功的應(yīng)答信號(hào)；單片機(jī)設(shè)置CE腳為低，進(jìn)入待機(jī)模式。

4 結(jié)束語

文章就目前夜景燈控制器存在的一些缺陷提出了一種智能化、便捷的無線夜景燈控制系統(tǒng)。分別從硬件和軟件兩方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹，硬件部分主要包括：單片機(jī)控制電路、光敏電阻檢測電路、按鍵檢測電路、無線射頻電路、光立方電路等；軟件部分主要包括：NRF24L01程序、光立方程序、燈光控制程序、按鍵檢測程序等。

系統(tǒng)采取了模塊化設(shè)計(jì)的思路，將硬件和軟件都進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，降低了硬件和軟件的復(fù)雜性，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)不但實(shí)現(xiàn)了無線遠(yuǎn)距離對(duì)夜景燈顯示圖案進(jìn)行切換，還能智能地根據(jù)白天與黑夜對(duì)燈光進(jìn)行控制。因此，本系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李海峽，李濟(jì)順，李振峰.基于嵌入式系統(tǒng)的燈光控制器設(shè)計(jì)[J].電測與儀表，2006，43（10）：58-60.

[2]彭楚武，張志文.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2009.

[3]方旭明，何蓉.短距離無線與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[4]劉婧，陳在平，李其林.基于nRF24L01的無線數(shù)字傳輸系統(tǒng)[J].天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，6：38-40.

[5]劉志平，趙國良.基于nRF24L01的近距離無線數(shù)據(jù)傳輸[J].應(yīng)用科技，2008，35（3）：57-58.