ZigBee+GPRS的LED路灯监控系统

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1、ZigBee+GPRS的LED路灯监控系统[导读]摘要：将ZigBee技术和GPRS移动通信技术相结合，设计了一种基于ZigBee+GPRS的LED路灯照明远程监控系统。系统采用两级双网组网模型和簇-链型网络拓扑结构，通过网络化、智能化控制，实现了灯具的遥测、遥控。此外，提出摘要：将ZigBee技术和GPRS移动通信技术相结合，设计了一种基于ZigBee+GPRS的LED路灯照明远程监控系统。系统采用两级双网组网模型和簇-链型网络拓扑结构，通过网络化、智能化控制，实现了灯具的遥测、遥控。此外，提出了一种应用于路灯照明的亮度自适应节能控制算法，该算法可根据时段、环境亮度和人员活

2、动情况改变PWM信号的占空比，自动调节LED的亮度，充分利用LED的可控性，实现最佳照度控制，达到节能目的。关键词：ZigBeeGPRS；LED照明系统；PWM引言   LED作为新光源，具有光效高、寿命长、易于调光、体积小、绿色环保等优点，被人们称为是第四代光源，因此，LED照明是21世纪城市照明系统的重要组成部分。城市道路管理作为现代城市管理的重要组成，实现道路照明系统的智能化与网络化控制是现代城市照明系统的发展趋势。本系统基于LED照明的智能监控和分时调光技术，实现了智能化的监控算法；通过GPRS和ZigBee技术，实现了无线的区域化、网络化的控制；最后，结合LED可调

3、光的高效驱动，实现了对路灯的遥控、遥信和遥测。1系统网络模型及工作原理    远程智能照明网络系统结构如图1所示。采用ZigBee和GPRS两级双网组网模型，出监控中心、网关节点及GPRS移动通信网络3部分组成。上层为GPRS主干网，实现数据远程传输；下层为ZigBee二级子网，由各个路灯子节点构成，采用簇-链型网络拓扑结构完成数据路由和转发。网关节点连接ZigBee无线传感器网络与GPRS网络，实现ZigBee协议和TCP／IP协议两种协议栈之间通信协议转换。网关节点发布监控中心的控制命令，并把收集到的灯状态信息转发到外部网络上，通过GPRS网络将数据传输至监控中心，实现灯

4、具的遥测、遥控。通过ZigBee和GPRS构成的智能监控网，城市照明监控中心一方面能及时、准确地检测出LED路灯电压、电流及工作状态等信息，实现防盗和远程故障监测；另一方面，又能根据需要对LED路灯进行开／关及亮度控制。2系统实现2．1系统总体框架    系统由GPRS模块、ZigBee节点和网关模块、单片机、LED恒流驱动和照明模块、传感器模块组成，系统总体框图如图2所示。2．1．1LED恒流驱动设计    LED恒流驱动设计采用FMD公司FT870的LED恒流驱动方案，驱动电路如图3所示。当开关管Q1导通时，主电流回路导通，此时AC给LED供电，并使电感L1储存能量；当Q

5、1关断时，主电流回路改变，此时电感L1释放能量，保持LED的输出。由于开关管导通时，流过LED的电流同时也流过R1，所以通过检测R1上的电压来检测流过LED的电流，从而达到恒流的目的。FT870在一个固定频率下可以控制MOS管，因为是恒流驱动LED灯组，所以会输出恒定的光照，并且具有较好的稳定性。输入LED组的电流可以被外部电阻或一个PWM信号控制。2．1．2主控节点单片机电路设计    主控节点采用MSP430超低功耗单片机。MSP430是TI公司的一款超低功耗16位RISC混合信号处理器，具有超低功耗、高度集成、丰富的片上外围模块等特点。MCU的P3．4、P3．5引脚设置

6、为异步串行收发接口，与节点的ZigBee模块进行异步串行通信。单片机将采集到的数据发送给ZigBee模块，而ZigBee模块接收到的无线数据也可透明地传送给MCU。MSP430最小系统图如图4所示。2．1．3ZigBee通信模块设计   ZigBee模块选用Chipcon公司推出的符合2．4GHzIEEE802．15．4标准的射频收发器CC2420，ZigBee模块电路如图5所示。   CC2420的31、32、33、34引脚与单片机对应的SPI通信接口相连，即CC2420的CSn、SCLK、SI、SO、引脚与MSP430的SET0、SMCLK、SIMO0、SOMI0引脚相连

7、。这样，CC2420发射芯片就能与MCU进行全双工的通信。27引脚(SFD帖开始定界符)与MCU的TimeCapture引脚相连。28引脚(CCA空闲信道估计)与MCU其中的一个引脚相连。MCU可以通过对该引脚状态的读取，判断是否有空闲信道。2．1．4GPRS模块设计   GPRS模块选用明基的M23方案。M23采用半双工方式的串口通信，即采用的是TXD、RXD、GND这3条线通信。模块电路图如图6所示。模块的TXD、RXD引脚经74LVC14AD和榴应MSP430的RXD、TXD交叉连接。LEDA引脚