基于zigBee網(wǎng)絡的路燈節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)
2 控制器節(jié)點設計
控制器節(jié)點是組成網(wǎng)絡的基本,是網(wǎng)絡通訊的載體,是系統(tǒng)中的關鍵。其主要功能是實現(xiàn)信息的采集、無線通訊以及系統(tǒng)的控制。主要包括軟件設計和硬件設計。
2.1 控制器節(jié)點硬件設計
該節(jié)點以CC2430為主要的硬件平臺實現(xiàn)系統(tǒng)的設計。CC2430是Chipcon公司推出的用來實現(xiàn)嵌入式ZigBee應用的片上系統(tǒng)。在整個芯片上集成了模擬數(shù)字轉換器、定時器和AES協(xié)同處理器等其他外設。支持2.4 GHz,IEEE 802.15.4/ZigBee協(xié)議。
路燈控制器主要由電壓電流采集模塊、功率調節(jié)模塊、無線通訊模塊和CC2430組成。其中電流電壓采集模塊是通過相應的采集電路將信號調理到0~5 V之間的信號,利用CC2430中的ADC模塊來進行采樣,從而獲得路燈當前的電流和電壓的信息;功率調節(jié)模塊是由IR2159電子整流器組成的,利用CC2430中的定時器來輸出占空比不同的脈沖,調節(jié)DIM引腳上的電壓,從而調節(jié)路燈的照明亮度。最終實現(xiàn)對路燈的監(jiān)控。圖2為CC2430的原理圖。
AIN0為電壓采集通道,AIN1為電流采集通道。SD,F(xiàn)MIN,DMIN分別對應IR2159電子整流器的三個控制引腳。其中SD為控制電子整流器的開關,F(xiàn)MIN為當前電子整流器的開關狀態(tài),DMIN為IR2159的模擬調光接口,來控制光線輸出的亮度。
2.2 軟件設計
在控制節(jié)點之間,利用ZigBee通訊組成自組織的Mesh網(wǎng)絡。該設計采用TI公司發(fā)布ZigBee的協(xié)議棧,來簡化系統(tǒng)的軟件部分設計,其中程序的主要組成包括協(xié)議棧的配置以及驅動函數(shù)的編寫。
軟件部分是在IAR環(huán)境中OSAL操作系統(tǒng)上編程。首先在用戶應用層中初始化相關節(jié)點信息的配置以及相關事件處理的函數(shù);然后在系統(tǒng)中添加任務。
在節(jié)點的配置過程中,首先確定應用中的設備類型,并為每個設備分配一個設備ID。然后確定設備間通訊的命令以及和每個設備的對應關系。創(chuàng)建簡單設備描述符結構,最后編寫相關的應用程序,確定綁定方案,使設備能夠正確的交換數(shù)據(jù)包。
在系統(tǒng)中終端為監(jiān)控設備,應該配置為路由節(jié)點。從而實現(xiàn)Mesh網(wǎng)絡的組建。
終端設備包含兩個命令,它們分別是:輸入當前路燈狀態(tài),主要是用來反饋當前路燈的電壓值和電流值,從而得到路燈的實時狀況;另外一個是,關于上位機對下位機的輸出控制指令來控制路燈的亮度以及開關。最終可以直接利用命令來控制各個功能的實現(xiàn),從而保證了數(shù)據(jù)的安全性和通訊的可靠性,同時提高系統(tǒng)的通訊效率。
ZigBee中使用設備描述符數(shù)據(jù)結構來描述它們自己,包括在這些描述中的實際數(shù)據(jù)被定義在個人的設備描述符。
根據(jù)不同的命令實現(xiàn)相應的程序,在系統(tǒng)中主要包括對應NOW_STATE_CMD_ID命令的A/D采樣程序,得到路燈當前的電流以及電壓情況;以及LIGHT_CMD_ID命令的執(zhí)行函數(shù)通過命令信息的數(shù)值調節(jié)IR2159的模擬信號輸入值,最終調節(jié)路燈的亮度。
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