基于nRF905的智能道路照明節能系統

2．2 無線傳輸單元
本系統的主控制器采用了Atmel公司的ATmegal6，它是真正的RISC結構的單片機，內部資源非常豐富，并在片內集成了各種功能強大的外圍接口和通信接口。在本次設計中，單片機的任務主要是完成對經過降壓處理而采集到的市電電壓進行變換，通過軟件完成對節電等級的判斷，并控制相應的繼電器進行相應的通斷動作；還要對一段時間內的開關燈時間及狀態進行記錄，以及完成和外部設備的通信等功能。
該系統的無線通信模塊是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發芯片nRF905，工作電壓為1．9～3．6 V，體積小，可工作于333／868／915 MHz三個ISM頻道，輸出增益范圍為-10～+10 dE，最大無線數據傳輸速率達50 Kb／s，適用于無線數據通信、無線報警及安全系統等諸多領域。該芯片通過單片機的簡單控制即可方便實現無線收發模塊的設計，它通過SPI口與單片機進行數據交換，工作于從方式時，時鐘由單片機的SPI時鐘確定。

3 系統工作模式與軟件設計
3．1 系統工作模式
照明區域控制器與智能節點之間通過nRF905模塊實現數據傳輸，依然采用主／從結構，即照明區域控制器給出控制指令，在指令中包含目標智能節點地址信息，以廣播的方式下傳，智能節點接到指令后根據指令中的節點地址信息判斷是否執行操作。對于需要作為中繼的節點，接到指令后首先判斷控制字和目標節點地址信息，當為單點控制或查詢指令時，如果自身地址等于目標節點地址，則執行該操作，否則判斷該目標節點地址是否處于自己中繼的有效范圍，是則中繼該指令，反之不做任何操作。
3．1．1 智能化照明控制策略設計
在沒有人為或管理中心干預的情況下，照明區域控制器按照預設的照明控制策略完成自主的現場照明控制。本設計中采用了時間控制(時控)、環境參數輔助控制和手動控制相結合的照明控制策略。環境參數輔助控制為可選功能，禁止使用時，為時控和手控相結合。三種控制方式的優先級遵循以下原則：
(1)手動控制優先級最高，手動控制時，時控和環境參數輔助控制被屏蔽。
(2)當手動控制取消后，環境參數輔助控制、時間控制恢復正常使用，如果處于時控有效期內，系統按照時間控制策略維持／更新運行狀態；如果處于時控有效期外，則根據環境狀況進行控制。
(3)系統退出手動控制模式時，由照明區域控制器判斷當前所屬時段，決定各交流接觸器是否打開或關閉。
3．1．2 環境參數與流量控制策略
智能化的道路照明控制系統還應該能夠根據天氣、交通流量等實際的環境參數調整照明控制措施，以獲得更好的照明質量和節電效果。
(1)照度輔助控制考慮到天氣異常變化的影響，需綜合考慮自然環境照度和當前時間，執行相應的開燈或關燈操作。需要注意的是，為了保證系統的穩定性，在進行環境照度采集時必須采取延時或者軟件濾波等措施消除環境照度尖峰干擾(如閃電)。此外，還應該限定根據照度進行控制的作用時間段或者采用模糊控制手段區分干擾和正常情況，避免因突變持續性干擾造成的誤動作。
(2)交通流量輔助控制在智能化的照明控制系統中要實現人性化的照明控制，還必須考慮同一照明季節內交通流量變化規律的異常情況，尤其是在一些比較重要的節假日，人們的作息習慣會和平時出現差異，因此道路交通流量曲線與平時相比會出現較大波動，這時就不能再按照正常的時間段劃分進行控制，而必須借助于交通流量輔助控制?？紤]到這種波動主要集中在較集中的時段內，因此在軟件設計時就只限定在特定的時段內有效。
3．1．3 區域控制策略
無線通信技術的發展使得低成本的單燈控制和檢測成為可能，也使路燈的控制變得更加靈活。同一路段的不同路燈，由于其所處位置的不同，對其照明控制的要求可能也不相同。比如某個路段處于十字路口的路燈，由于位置的重要特殊性，就不能和其他路燈同時進行相同的場景控制。另外對于一桿多燈的情況，需要考慮在交通流量減小時部分關閉以節約電能。區域控制可以通過配置控制系統底層(照明區域控制器智能節點)之間的通信協議實現。區域控制數據幀格式如下：

控制類型聲明單燈智能控制器應該執行何種控制操作，起始地址、終止地址和作用范圍一起聲明了對受控路燈節點的地址編號要求，這樣就相當于將符合相同條件的路燈節點綁定在了一起，從而可以實現區域控制。作用范圍根據單燈智能控制器地址編號的數學特征可以分為奇數有效、偶數有效等多種情況，因此可以實現多樣化的控制區域組合。