ZigBee路燈遠程控制電路設計詳解—電路圖天天讀(308)

2020-12-03 電子產品世界

　　LED光源是一種高效能、環保、安全、耐用的新型照明光源，ZigBee無線路燈控制器可以對路燈照明系統進行科學、高效的控制和資源整合，合理調整照明時間，不僅可以節省照明系統的用電量，而且可以延長照明燈具的使用壽命，減少日常維護的開支。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/368946.htm

　　系統由三大部分構成：控制中心，ZigBee無線路燈控制器節點和控制中心通信的轉發節點，固定在路燈杆上的終端節點。無線路燈遠程控制系統結構如圖1所示。

　　

　　圖1 無線路燈遠程控制系統結構

　　控制中心的監控系統由計算機與無線收發模塊構成，主要負責建立和管理ZigBee無線路燈控制器網絡，顯示路燈狀況信息和發送控制命令，協調整個路燈系統的運作。ZigBee無線路燈控制器包括LED電源驅動，為大功率LED提供電力，並能根據微控制器的控制信號控制LED的工作情況。光敏傳感器、溫度傳感器，直接將LED工作狀況傳輸給控制模塊；功率檢測模塊檢測LED功率情況、供電故障並向上報警；無線模塊負責傳輸數據。將本系統模型與無線傳感器網絡模型進行對比，不難發現，安置在路燈杆上的ZigBee無線路燈控制器節點即為無線傳感器網絡中的終端節點（RFD），控制中心監控系統就是協調器（COORD），實現COORD與RFD之間無線通信的為路由轉發節點（ROUTER）。遠程網絡使用ZigBee與GRPS混合組成的網絡。子網和中央控制中心使用GPRS網絡來傳輸數據。下面具體介紹終端節點硬體電路設計方案。

　　LED節點驅動控制設計

　　LED節點驅動方案使用TI公司的UCC28810，它是一款恆流非隔離式電源，適用於街道、停車場或區域範圍照明等高亮度LED照明應用。該設計可將通用電源 （90--265 VRMS）轉換成0．9 A恆流源，能夠驅動100 W LED負載。UCC28810電路如圖2所示。

　　

　　圖2 UCC28810電路圖

　　此電路使用雙級設計，第一級是UCC28810的轉換模的PWM調光。此方案的優勢在於，使用了高效的專用驅式電路，將AC電源轉換成36 V的DC電源。第二級也採用UCC28811的轉換模式，將恆壓源轉換為0．9 A恆流源。電路中使用的TI公司的UCC28810和UCC28811晶片是通用照明電源控制器，具有PFC（功率因數校正）功能，確保設計方案滿足各種標準設定的諧波電流或功率因數要求。

　　溫度感測

　　由於大功率白光LED照明和驅動器發熱量都很大，所以需要一個溫度感測傳感器，實時監控路燈的溫度，並向控制中心反映。如果溫度超過警戒溫度，則ZigBee無線路燈控制器進入報警模式，將自動關閉路燈，並向控制器發送報警命令。

　　ZigBee感光檢測系統

　　ZigBee無線路燈控制器使用光敏電阻傳感器對周圍環境的光亮度進行ZigBee無線數據採集，當傍晚周圍環境還有餘光時，ZigBee無線路燈控制器將路燈開啟為單雙燈模式；當晚上天全黑了以後，將路燈全部打開；當凌晨4點左右出現晨光時，將路燈調節成半功率工作模式。在陰天和沙塵暴天氣，道路能見度低，路燈也可自動打開，保證道路正常照明。

　　本設計使用光敏三極體作為感光元件測量周圍環境的亮度，處理器實時將周圍環境的亮度通過ZigBee無線模塊反饋給控制中心，由控制中心決定是否打開GND路燈。電路圖如圖3所示。

　　

　　圖3 光敏三極體電路圖

　　ZigBee無線模塊設計

　　目前TI公司已經先後推出了支持ZigBee協議的2．4 GHz的射頻收發器CC2420和ZigBee的片上系統解決方案CC2430，以及第二代射頻收發器CC2520晶片。CC2480無線性能出色，功耗很低。CC2480電路圖如圖4所示。

　　

　　圖4 CC2480／ZiqBee模塊電路圖

　　CC2480採用CMOS工藝，工作電流僅為27 mA。當系統處於空閒時，CC2480能自動進入休眠狀態，並能實現休眠與主動模式的超短時間轉換。晶振XTALl選用32 MHz，晶振XTAL2選用32．768 kHz。32．768 kHz的晶振用於睡眠模式，在此期間提供時序，可降低電流、減少功耗，特別適合對功耗和電池壽命要求嚴格的應用場合。

　　ZigBee協議可以應用於所有的節點，因為ZigBee協議具有很多的實用函數，例如設備離開或者加入網絡，創建一個新的網絡，父節點和子節點的搜索，網絡信標幀的發送，數據包的發送和接收等。系統工作的過程中，協調器主要進行無線傳感器網絡的創建，負責接收ZigBee無線路燈控制器發送回來的ZigBee無線數據採集路燈信息，依據路燈的狀況將控制信號發送給路燈節點。

　　編輯點評：本文主要分析了ZigBee無線模塊的電路設計，設計了一種ZigBee無線路燈控制器系統，實現路燈信息的ZigBee無線數據採集和控制。ZigBee無線路燈控制器節點和控制中心通信的轉發節點，固定在路燈杆上的終端節點。

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