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（南京信息工程大学电子与信息工程学院,南京２１００４４）
摘 要：将ＬＥＤ技术和ＺｉｇＢｅｅ技术相结合,设计了一种智能照明系统应用于农业照明.结果表明,系统能实时监测环境参数并报告故障,对ＬＥＤ灯进行实时控制,节约了电能.解决了农业照明不同光色、光照度及照射时间等需求,提高了管理水平.
关键词：ＺｉｇＢｅｅ；ＬＥＤ驱动；ＰＷＭ控制
中图分类号：ＴＰ２７３＋.５文献标识码：Ａ文章编号：０４３９－８１１４（２０１４）２3－5858－０３
ＤＯＩ：１０.１４０８８／ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ０４３９－８１１４.２０１４.２3.０60
ＺｉｇBｅｅ网络属于短距离的无线通信网络,能适应复杂的网络环境并快速方便地添加或重新配置网络节点,形成短距离无线通信子网.节点布网成本低、灵活性和可扩展性强,适合组建短距离的无线传感网.ＺｉｇBｅｅ技术是基于ＩＥＥＥ８０２.１５.４标准,以星、树、簇等拓扑方式实现了数千个微小的传感器之间的协调沟通［1］.
随着节能减排技术的发展,基于无线传感器网络的分布式ＬＥＤ智能照明系统的研究与设计具有重要的现实意义.不同的发光二级管Ｐ－Ｎ结构成的ＬＥＤ灯其发光颜色不同,此次介绍的农业ＬＥＤ灯则根据不同农作物的需要选取.ＬＥＤ灯的颜色由其本性决定,这里着重介绍ＬＥＤ灯驱动电源的设计及其驱动方式.
１系统硬件选型及电路搭建
系统采用点对点控制方式、树形组网［2］,以ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎｎｅｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）基站式和手机移动式两种方式控制ＷＳＮ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ）的各个节点,以ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式控制各个终端的发光亮度,通过光照度传感器采集光照度信息以达到适应不同的外部光照环境来实时控制,有手动和自动控制两种方式.系统硬件大致分为传感网模块和ＬＥＤ驱动电源模块,软件是上位机应用软件.
１.１节点设计方案
系统中各终端设备和路由设备采用相同设计,充当路由的设备完成信息转发的中继功能,由终端设备完成信息的采集和对ＬＥＤ驱动电源的控制.协调器设备完成网络的发起和建立,并为各个节点分配ＬＡＮ内的短地址,以ＲＳ２３２串口和计算机互联通信,完成对节点的控制和信息显示.
系统的硬件要求控制芯片应满足工业环境监测要求的通信延迟、通信的可靠和能量损失小的要求［3］.通过ＺｉｇBｅｅ协议标准的编制,使用成本低、开放、低功率无线互连的国际标准的片上系统芯片ＣＣ２５３０为本系统的传感节点.它能建立低功耗、大规模的传感网络［4］.ＣＣ２５３０采用Ｆ２５６版本,具有２５６ｋＢ的闪存.
根据ＣＣ２５３０芯片的内部架构设计了射频论文范文组件,作为其信号收发前端,并将其安置到论文范文电路上,组成一个能收集现场信息并能控制ＬＥＤ驱动芯片的终端节点.该节点上有温湿度传感器、光照度传感器,节点将现场感知信息通过路由设备传输到协调器设备,协调器根据设定的光照度阀值和现场光照度发送ＰＷＭ控制命令,再通过终端节点完成对ＬＥＤ驱动电源ＰＷＭ＿Ｄ脚的控制.图１是系统的射频前端电路,图２是节点模块电路,图３是协调器电路.
１.２ＬＥＤ驱动电源设计
系统提供的ＬＥＤ驱动电源能满足ＬＥＤ日光灯、球泡灯等ＬＥＤ灯的恒流驱动,能满足高可靠性、高效率、高功率因数、浪涌保护及电磁兼容的要求.智能调光方式为根据对高功率ＬＥＤ驱动芯片ＨＶ９９１０的ＰＷＭ＿Ｄ脚输入ＰＷＭ信号来对ＭＯＳ管进行开关控制来调光,最高输入为３００ｋＨｚ,以满足ＬＥＤ灯不同亮度的要求.
电流输出方式是根据控制ＭＯＳ管的断开时间来控制输出电压,终端节点输出的ＰＷＭ信号最大为３００ｋＨｚ.试验中所使用的ＬＥＤ灯设定的正常工作电流ＩＬＥＤ为３５０ｍＡ,纹波电流正常取ＩＬＥＤ的３０％.振荡器的工频可以用外部电阻接在ＨＶ９９１０芯片的ＲＯＳＣ端将其控制在２５ｋ～３００ｋＨｚ,频率值计算方式为ＦＯＳＣ＝２５０００/（ＲＯＳＣ［k赘］）［kＨＺ］.根据ＨＭ９９１０数据手册,电感的计算方式为：正常整流后的电压为VIN,因此开关占空比Ｄ＝ＶＬＥＤ/VIN,则功率管的导通时间ＴＯＮ＝Ｄ／ＦＯＳＣ,由这些必要的值求出电感大小为Ｌ＝（ＶＩＮ－ＶＬＥＤ）ＴＯＮ／（０.３ＩＬＥＤ）.
２软件设计流程
软件设计部分分为协调器模块（路由模块）和终端模块,协调器模块负责网络的发起和建立,并选择优先信道,建立好网络后便充当一个路由设备与ＰＣ互联,将终端感知的温度、湿度和光照度等信息通过ＵＡＲＴ方式传输至ＰＣ控制软件,在控制软件上可以对各终端选择控制,图４是协调器的工作流程.
终端模块先申请加入网络,稳定工作后实时将采集的现场信息传输给协调器,再根据协调器的命令对ＬＥＤ驱动电源发送ＰＷＭ信号,以能够实时控制ＬＥＤ灯的亮度.图５是终端的工作流程.
在控制方式上有两种,一种是在上位机上直接操作,有手动和自动两种方式可选.另一种方式是通过手机发送短消息给终端节点,以完成点对点控制,不过这种方式要求知道终端节点的节点号,不便于操作.表１是终端控制参数设置方式.
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３实测效果
系统中各节点采用树形组网方式,将各个终端节点分布在照明现场,各终端ＬＥＤ灯色根据不同应用进行选取.终端及时地将现场信息采集至管理处,在ＰＣ终端可查看现场的温度、湿度、光照度信息,系统有手动和自动两种控制方式,控制人员根据现场采集的信息发送控制命令给每个终端,进行点对点控制,节省了人力和电力.图６是部分ＬＥＤ灯ＰＣ端的控制信息.
４小结
将ＺｉｇBｅｅ技术和ＬＥＤ应用相结合,设计出了一种应用于农业大棚照明的智能系统,降低了能源消耗,提高了照明的可靠性,在照明方式和实时控制上能取得显著的效果.ＺｉｇBｅｅ传感网的建立在其节点的能耗上有一定的时限,并且在定位应用的精准度上有一定的困难,具体还有待进一步研究.
参考文献：
［１］裴新,虞慧群,范贵生.基于Ｚｉｇｂｅｅ技术的井下人员定位算法研究［Ｊ］.计算机工程与应用,２０１４,５０（１５）：２４９－２５４,２６６.
［２］苗世洪,谌小莉,刘沛,等.基于无线传感器网络的配电线路故障定位方案［Ｊ］.电力系统自动化,２００８,３２（２０）：６１－６６.
［3］李劲松,杨明,刘晓.ＣＣ２４３０和ＺｉｇＢｅｅ２００６协议栈的通信模块设计［Ｊ］.单片机与嵌入式系统应用,２０１０,１２（２）：２６－２９.
［4］ｃｃ２５３０.ｈｔｔｐ：//ｂａｉｋｅ.ｂａｉｄｕ.ｃｏｍ／ｖｉｅｗ／４９３５２３５.ｈｔｍ［EB/OL］.2013-10-08.
总结：本论文为您写控制节点毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
openstack控制节点引用文献:
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