基于无线模块NRF905的节能路灯控制系统设计

摘要：对基于无线模块NRF905的节能路灯控制系统的硬件电路与软件设计进行了详细论述。本系统设计能够根据环境的明暗变化、物体的动态移动来实现对LED节能路灯的定时开、关及故障报警等自动控制。其控制过程：总控制器和支路电路单片机之间通过NRF905(无线收发器)进行指令的接收与发送，总控电路实现对系统开关的定时，也可对单元电路进行单独定时，还可以根据光敏电阻对白天黑夜光线的感应来控制系统的开关，实现自动开、关灯。在支路电路中，用LM358集成运放采构成恒流源控制LED灯光的变化。通过光敏电阻对LED灯亮灭的感应检测，当支路电路发生故障灯灭时，发送相应的指令到主控制器来进行故障报警。当深夜人少时，利用红外传感器光电开关来判断行驶物体的范围来实现对LED开关状态的控制，以达到节能的目的。
关键词：NRF905；单片机；控制；报警；节能

道路照明，各类厂区及高端住宅和商业亮化工程越来越多，也越来越重要，路灯作为这种工程不可缺少的重要组成部个小时(从晚上7点到第二天早上7点)，那么一盏路灯就要消耗200×12／1 000=2．4度电能。假设路灯之间的间距是20米，一条长2公里的街道就有2x2000／20=200盏路灯(道路两边各有一盏路灯，所以要乘2)，那么这条街道一晚上消耗的电能就有200×2．4=480度，1年消耗的电能是480x365分，对节能减排有着重要的影响。为了达到节能的目的，可设计这样一种路灯控制器系统，使它具有以下功能：1)路灯支路控制系统有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。2)路灯支路控制系统应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。3)路灯支路控制系统应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当有人或车经过当前路灯的监控区域时，路灯打开，离开时路灯关闭。4)当路灯出现故障时(灯不亮)，支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。还可以人为的设定一段时间让路灯的亮度自动的降低或增加，这些功能可以很大的节约电能，达到节能的目的同时也达到了智能的要求。

1 系统总体设计及电路工作原理
系统设计方案总体描述：本系统设计是以单片机作为为控制系统核心，以NRF905作为单片机与控制模块之间的数据采集通道。通过支路单片机输出控制指令给无线发射模块NRF905，经NRF905无线发送给单元电路。无线接收模块NRF905实现对单元电路的路灯进行定时开、关太故障报警等自动控制，该控制系统既智能又节能。

2 系统主要模块方案的选择
2．1 控制器模块
本系统对单片机的要求不是太高，AT89S51单片机足以满足系统的各项要求，各引脚也可以充分的被利用，同时AT89S51单片机价格低廉，其功能和指令对于大家也是比较熟悉的，编写程序也相对简单。因此综合考虑后，选择了AT89S51单片机作系统设计的控制芯片。
2．2 无线收发模块
对于数据的无线传送模块，系统采用了NRF905无线收发的集成模块。NRF905单片无线收发器工作在433／868／915 MHz的ISM频段。由一个完成集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。电流消耗很少，在发射功率为-10 dBm时，发射电流为11 mA，接收电流为125 mA。进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电。此外NRF905模块性价比高，使用方便，通信距离远，编程方法简单，购买也比较方便也是本系统采用其作为数据采集模块的重要依据。
2．3 显示模块
显示模块选用74hc595移位寄存器构成的静态显示。经过分析考虑选择的是LED数码管显示。LED数码管显示主要用来显示数据，价格低廉，减少了对I／O口的浪费，而且能够同时驱动多个数码管。其驱动程序容易编写和理解。
2．4 电源模块
电源模块可采用开关电源或12 V蓄电池供电。开关电源好处虽然多，但价格昂贵。采用12 V蓄电池供电。电源较容易携带，具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，且所输出的电源电压比较稳定，能适用不同场合的供电要求。
LED恒流源驱动模块选用LM358运放为驱动芯片，用它构成射极跟随器控制LED灯光的亮与灭及功率的降低。

3 主要硬件电路的设计
3．1 单片机的最小系统、键盘与显示与电路
单片机的最小系统、键盘与显示电路如图2所示。本系统所采用的单片机型号为AT89C51。输入键盘采用了4x4的键盘作为控制，一共用了16个按钮开关。采用串行的74HC595构成八位静态显示，只用了单片机3个端口，不用进行外围端口的扩展，大大节约了资源，提高了单片机的工作效率。C语言编程可以实现对键盘和显示器的自动扫描、识别闭合键的键号、完成显示器的静态显示。

16个按钮的作用如表1所示。