基于nRF905的智能照明節能系統設計

林佳鋒+蒙啟恒+陳洪宇

由西北民族大學電氣工程學院“雙E”項目資助

摘要：本文針對路燈的控制現狀及用電大量浪費的現象，調查并分析了小區路燈的實際情況，設計了基于nRF905和AT89S51單片機的智能照明節能系統。利用nRF905無線模塊實現路燈之間的數據傳輸，當行人或車輛被系統檢測到時，路燈亮起并通過nRF905發送數據到下一個路燈控制器，直到車輛離開后自動熄燈，同時下一個路燈也會提前點亮路燈。

關鍵詞：nRF905；數據無線傳輸；節能

0引言

目前，多數城市對于路燈的有效管理和實時性水平都比較低，很多時候路燈工作狀態信息都不能及時反映以及不能及時解決問題，導致不必要的浪費。本文介紹的城市照明無線控制系統可以解決這些局限性問題，我們無需到現場，只要在主控制室就能知道現場路燈工作狀態。并且本系統以“有人則亮，無人則滅”的方案設計，從而達到節能效果。

1整體設計方案

該系統主要由照明區域控制器與智能節點組成，智能化照明控制是由前者負責，而路燈的狀態檢測和控制由后者負責。它們之間的數據是通過nRF905無線模塊進行傳輸。系統框圖如圖1所示。

在智能控制器工作時，路燈四周環境的光線強弱的判斷由光敏元件實現，以此來實現當前時段是否開啟路燈的功能。只要有行人通過，紅外檢測單元可產生脈沖信號并傳到控制器，控制器會將脈沖信號以及時間間隔等數據通過軟件計算出相關參數，使其路燈亮起來并持續一段時間。與此同時，下一個路燈的單片機會接收到由控制器通過nRF905無線模塊傳遞的相關數據。接收到數據的單片機會在人將要到達前打開路燈，而當前路燈直到下一個路燈亮起才熄燈。與此同時，該燈也實時檢測路況，并把相關數據通過無線模塊傳遞給下一個路燈[1]。主控制室的計算機可通過nRF905無線模塊實時監控路燈工作狀態。其系統工作流程圖如圖2所示。

2系統主要單元硬件結構設計

2.1控制器模塊

眾所周知，AT89S51是一種能耗低，功能強大且易于操作的單片機。最重要的是，AT89S51所用的編程語言與我們日常經常用的到的匯編語言和C語言相似，有時候比C語言更簡練和明確。因此， AT89S51單片機為本設計控制器的最佳選擇。在本設計中，完成降壓處理和采集電源電壓轉換是AT89S51單片機的主要工作，繼電器的通斷則由軟件負責控制；除此之外還要記錄當前時間段內的開關燈時間及狀態，以及負責與外部設備之間通信等作用[2]。

2.2無線傳輸單元

目前，433MHz和2.4GHz是我國可以使用的免費ISM頻率。nRF905無線通信模塊的工作頻率也是433MHz，而且工作電壓只需2.7V。因此，我們選擇nRF905作為無線傳輸模塊。同時它的靈敏度高（-100dBm）且頻率穩定性極好。最值得一提的是它的能耗低，安全性也非常好，這要歸功于高密鑰管理和跳頻技術。其電路如圖3所示。）

2.3移動物體監測單元

該系統由兩個555電路來實現信號發生電路。調制信號（1kHz）由左邊555電路提供，并由Q端口輸出至右邊555電路的R端口（復位端）， 方波信號（38kHz）由右邊555電路來提供。當R端口被置高時，R端口為調制端，555電路為常規的方波振蕩器；當R端口為低電平，555電路的Q端口處于低電平。此時移動物體監測單元就處于工作狀態，即可以對過往的行人或車輛進行監測，其電路原理圖如圖4所示。

3系統軟件設計

3.1無線通信程序設計

3.1.1發送模式編程要點[4]

當單片機要發送數據時：1）將nRF905和寄存器分別進行初始化；2）接收機的地址和將要發送的數據由SPI口傳給NRF905。3）只有TRX_CE和TX_CE同時為高電平時，才能進入NRF905的Shock Burst TX發送模式，然后才能發送數據。4）若TRX_CE為高電平，AUTO_RETRAN也為高電平，則nRF905將繼續發送數據包，反之停止發送數據并進入節電模式。根據要點發送模式程序流程圖如圖5所示。

3.1.2接收模式編程要點[4]

1）只有當TRX_CE為高電平、TX_EN為低電平時，nRF905才能進入Shock Burst RX接收模式，進入該模式后650μs，nRF905將進行載波檢測并準備數據接收。2）當接收完一個正確的數據包，然后將引腳DR置高，TRX_CE置低，nRF905進入節電模式。3）數據以一定的速率通過SPI口移到單片機內。4）當數據都接收完畢之后nRF905把引腳DR和引腳AM置低并進入空閑模式。至此已完成整個接收流程。根據要點接收模式程序流程圖如圖6所示。

3.2物體位移感應的編程

本系統中支路控制器應滿足亮燈狀態根據交通情況自動調節：當行人或車輛將要到達1號路燈時1號路燈亮，當行人或車輛離開1號路燈向2號路燈行去，將要到達2號路燈時，1號路燈滅，2號路燈亮，以此類推；反之亦然。為滿足要求設計出流程圖如圖7所示。

4結語

隨著人類無線技術正不斷地進步與發展，無線技術帶給我們許多便捷。因此，本設計運用nRF905無線模塊來實現無線智能控制，這將會更方便人們對路燈的工作狀態進行實時監控。而且該系統具有低功耗、低成本、抗干擾性好，安全性高，信號穩定等優點，非常適合運用于實際中的路燈。綜合來看，有廣闊的前景。

參考文獻：

[1]劉曉勝，戚佳金，牟英峰，等.網絡化實時路燈精確監控系統的總體設計[J].電氣傳動，2004，23（8）：3-6.

[2]孫志凱.基于ATmega16和nRF905的無線射頻收發系統設計[J].電子元器件應用，2008（10）：4-7.

[3]Nordic官方網站對于nRF905的介紹

[4]張潔.nRF24E1無線單片機限位測控系統設計[J].中國測試技術，2008：52-53.