空無輝戀 2022-07-01

利用ZigBee無線感測器網路技術對LED節能燈實現遠端控制的方案，給出了詳細的軟硬體設計。

1。 自組網控制系統及工作原理

為實現故障檢測、溫度檢測、電壓檢測、亮度檢測和控制以及故障報警等功能，自組網控制系統採用了圖1所示的設計。

整個無線網路是由終端節點（ZigBee Endpoint，ZE）、路由（ZigBee Router，ZR）、和協調器（ZigBee Coordinator，ZC）3種裝置構成。其中終端是簡化功能裝置（Reduced Function Device，RFD），只能與路由或者協調器直接通訊。路由是全功能裝置（FuU Function Device，FFD），既可以和路由和終端直接通訊，也可以和協調器直接通訊。協調器是PAN協調器（PANC），負責一個PAN區域的網路建立及管理。協調器收集所有節點和路由的資訊，透過RS232發給監控計算機來確定燈的亮度、環境溫度、電池電量等。

工作原理：系統中每個終端、路由分別控制一盞燈，每個燈對應一個ID（終端或路由加入網路時由協調器自動分配），各個節點和路由將感測器收集的資料透過無線傳送到協調器，協調器將收到的資料透過串列埠傳送到監控計算機。如果LED燈出現故障，檢測電路會產生報警訊號，報警訊號最終會發送到監控計算機，計算機會提示工作人員故障燈的ID，讓維護更便利。另外終端的光敏感測器會收集光照的程度，然後由終端自動的調整光照的亮度。

終端也會將自身的供電電壓傳送到監控計算機，以防節點缺電而影響使用。

2。 系統硬體設計

系統是由電源模組、無線傳輸模組（CC2530、溫度檢測、電壓檢測）、LED驅動模組、LED檢測模組等組成，具體硬體電路邏輯結構如圖2所示。其中電源模組是採用市面常用的ASM1117-5。0和ASM1117-3。3，原理簡單易懂。下面主要介紹無線通訊模組和LED驅動模組。

無線通訊模組採用TI公司的CC2530模組，CC2530是用於IEEE 802。15。4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網路節點。CC2530結合了領先的RF收發器的優良效能、業界標準的增強型8051 CPU、系統內可程式設計快閃記憶體、8 KB RAM和許多其他強大的功能。CC2530有4種不同的快閃記憶體版本：CC2530F32/64/128/256（分別具有32/64/128/256 KB快閃記憶體）。CC 2530具有不同的執行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。執行模式之間的轉換時間短，進一步確保了低能源消耗。CC2530優良的效能和具有程式碼預取功能的低功耗、8051微控制器核心、32/64/128 KB的系統內可程式設計快閃記憶體、8 KBRAM，具備在各種供電方式下的資料保持能力並且支援硬體除錯，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能。它的可程式設計輸出功率高達4。5 dBm，並且只需極少的外接元件。硬體電路結構框圖如圖3所示，其中光控單元採用TPS851晶片，溫控模組採用TC77。

LED驅動模組採用的晶片是PT4115。PT4115是一款連續電感電流導通模式的降壓恆流源，用於驅動一顆或多顆串聯LED。PT4115輸人電壓範圍從6～30 V，輸出電流可調，最大可達1。2 A。根據不同的輸入電壓和外部器件，PT4115可以驅動高達數十W的LED。PT4115內建功率開關，採用高階電流取樣設定LED平均電流，並透過DIM引腳可以接受模擬調光和很寬範圍的PWM調光。當DIM的電壓低於0。3 V時，功率開關關斷，PT4115進入極低工作電流的待機狀態。驅動原理圖如圖4所示。PT4115和電感L、電流取樣電阻RS形成一個自振盪的連續電感電流模式的降壓、恆流LED控制器。VIN上電時，L和RS的初始電流為零，LED輸出電流也為零。這時候，CS比較器的輸出為高，內部功率開關導通，SW的電位為低。電流透過L、RS、LED和內部功率開關從VIN流到地，電流上升的斜率由VIN、L和LED壓降決定，在RS上產生一個壓差VCSN，當VIN-VCSN>115mV時，CS比較器的輸出變低，內部功率開關關斷，電流以另一個斜率流過L、RS、LED和肖特基二極體（D），當VIN-VCSN<85 mV時，功率開關重新開啟，這樣使得在LED上的平均電流為I。I=（0。085+0。115）/（2×RS）=0。1/RS。

上位機能夠為工作人員清楚地提供電壓、溫度、節點數目、節點地址等資料，實現遠端無線控制，創作和諧的人機互動介面，如圖7所示。工作人員能夠在上位機上使用ID對燈亮暗程度進行遠端控制。