LED路灯远程控制系统使用说明教学内容.docx

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LED路灯远程控制系统使用说明教学内容

本方案技术重点主要分为LED照明技术和ZigBee协议组网技术和GPRS远程传输技术。

设计了一种无线LED路灯远程控制系统，构建为底层为路灯控制节点，中间为中心传输节点，顶层计算机控制终端。

本设计硬件由atmage16、atmega128单片机，ZigBeesz05模块和sz11GPRS模块，和LED路灯灯头以及路灯电源相关器件组成，软件基于Delphi的上位机设计和基于c的下位机程序设计。

本设计旨在提供一种以ZigBee无线技术为主的城市路灯照明系统解决方案，目的是使设计低成本、高效能、全自动化的城市照明系统。

第一部分上位机使用说明

中央控制中心为PC机，主要负责建立和管理路灯控制网络。

PC机装有人机界面，适合监控人员操作。

该PC机通过3G能上网，打开人机界面，即可进行网络连接和管理路灯。

主要功能包括：

◆向中心控制节点发送控制命令，具体包括路灯开关，若是选择手动控制则可以直接发送亮度等级，可以根据需求采集数据光强、温度、电压电流。

若是选择自动控制那么中心控制节点自行对本路灯组进行24小时自动定时开关和调光控制，并且定时接受光强、温度、电压电流数据，这样可以将节省的功率随时上传以供观测。

一安装准备工作

1、本无线路灯控制上位机不用安装，直接将应用程序拷贝到电脑适当位置，双击即可打开使用。

2、在使用本系统之前，要确保电脑是开放相应端口且运行在公共网络上的一台电脑主机（或服务器），IP地址是指数据服务中心接入Internet获得公网的IP地址，此IP地址必须为合法的公网IP地址，如果使用内网的计算机来架设数据服务中心，必须在相应的代理网关上做NAT或者DMZ设置来开放数据服务中心所需要的通讯端口号。

这里有两种方式解决该问题。

（1）申请固定IP地址，在GPRS里面就设置成这个固定IP，每次上网连接的时候就都可以连接该台电脑的上位机程序。

（2）没有固定IP地址，但是该电脑能够运行在公共网络，每次连接上网IP地址都会改变。

此时在该电脑上安装动态域名分析软件花生壳。

那么每次上网得到相应的IP地址后，打开花生壳软件（提前申请一个域名），只要把该域名设置在GPRS里面，不管IP如何改变，GPRS都会顺利的连接的该电脑的上位机程序。

二参数配置

当双击WirelessLights.exe，出现如下界面

用鼠标点击菜单栏中的系统，会出现四个下拉菜单，包括设置、启动服务器、停止服务器、退出、时点击设置，出现如下界面

首先配置端口号，端口是指数据中心服务器（电脑）的通讯端口号，具体的端口号分配参照您的系统设计，端口号的取值范围为1~65535，默认端口号为：

5070。

并且该端口号和GPRS的设置匹配，端口设置完成后要点击后面的设置键才可以保存。

其次配置街道数目，街道数目就是一共有多少个GPRS需要连接到数据中心，街道数目设置完成后要点击后面的设置键才可以保存。

最后配置街道名称、以及每条街道的路灯数。

点击街道名称下拉菜单，会出现刚刚设置的街道数目，依次选择街道，然后设置下面的街道名称以及该街道下面的路灯数目，每条街道设置完成后要点击后面的设置键才可以保存，如此设置完成所有的街道。

这里我们假设有两条街道，分别为街道1呼呼，下面有两个路灯，街道2哈哈，下面有10个路灯。

三系统运行

参数全部设置结束后，即可运行

1、点击系统-启动服务器，等待街道上的已经设置好的GPRS连接到上位机，此时已连接到街道左侧的显示符号灯是黑色的。

2、大概10s左右时间，就可以在已连接街道下拉菜单中看到刚才设置的街道名称（如下图），并且显示符号灯变成如下符号。

此时每条街道都处于自动控制状态，不受上位机控制

实时调光，即根据光强的变化而改变路灯亮度，

每条街道都定时向上位机传输数据，包括温度、光强、电压、电流

3、选择任意一条街道后，点解控制-手动控制，显示符号灯变成黑色后，那么该选中的街道就变成了手动控制

4、点击路灯-开（或者关、一级亮、二级亮、三级亮、四级亮），此时可以通过上位机控制该街道开关，亮度。

4、点击数据-采集数据，即可采集该条路灯数据。

此时可以选择几号路灯，再点击现场曲线，那么温度、光强、电压、电流四个参数的数据曲线会在下面的数据表中绘制出曲线。

停止采集点击数据-停止采集（点击停止采集后会延迟5s，保证采集数据的完整性）。

此时手动控制的只是该条选中的街道，其他没选中的街道还处在刚才的自动控制状态，只有在手动控制的情况下才能点击路灯和数据。

在除了该条街道的采集数据的任意状态，都可以切换到其他街道，对其他街道进行控制，系统会自动记住对每条街道的控制状态。

5、点击数据-历史数据查询（或警报历史数据）会出现如下界面，通过确认查询日期（点击起始日期和结束日期前面的小方块），再点击查询即可查询想要查询的历史数据。

6、如果因为某些不可控制因素网络中断后GPRS与上位机再次连接成功后，那么该条街道会重新恢自动控制状态，并下发自动控制指令，使下面的路灯与上位机保持一致，但是此时重新连接的情况比较特殊还需技术人员再次确认其工作状态。

第二部分硬件说明

1、路灯连接部分说明

厂家提供的道路灯来源于浙江百士迪科技有限公司，型号为BSD-3005，额定电压AC100-240V,频率50HZ,功率104W。

使用时，每盏路灯的电源输入都为标准220V，通过内部电源（HLG-15-36系列）将交流电转换为直流电，理论上输出电压调整范围33-40V,电流调整范围2.5-4.2A。

在DIM+和DIM-之间连接一个电阻或者一个1~10Vdc之间的直流电源或者1~10PWM信号即可调节输出恒电流的数值。

如图2-1、2-2所示。

图2-1

图2-2

每盏该道路灯下都连接控制器节点，即atmega16单片机控制盒。

单片机供给路灯流出5个接口，包括电压检测，电流检测，PWM调光，两个继电器接口。

这5个接口接法如图2-3和2-4所示，用红字标出并分别写好标号。

图2-3

从图2-2就根据是图2-3所画，同样电源分为220V输入端，直流输出端即路灯中心串并联所示的电压和地，还有一个调节端即PWM波和地。

图2-4是把路灯中心拿出来分析，将串并联的LED灯串联一个大功率电阻，取电压再进入放大器部分（稍后详解），然后计算出整个电路电流。

将串并联的LED灯并联两个普通电阻，取电压接入控制板，通过分压计算电路的整体电压。

这里的电阻都是在控制板子上，为了说明方便才画出来。

在电源方面，为了使电路简洁明了，只需使用一个电源输入端（插座220v），其中控制盒电源直接与此相连，路灯电源要通过继电器与此相连。

图2-4

2、路由、终端节点控制

图2-5LED路灯终端节点结构

一个路灯组中最多可设置65535个终端路由节点。

每个终端节点由单片机atmega16、无线通信ZigBeesz05、温度传感器DS18B20、继电器SRD-05VDC-SL-C、电压测量电路及入口、电流测量电路及入口、PWM调光接口等组成。

主要功能包括：

◆通过zigbee接收中心控制节点发来的控制信号，并控制LED工作状态。

◆接收各种传感器的信号，包括温度传感器、电压电流检测。

并将信号上传至中心控制节点。

这样在中央控制中心就可以实时的观测到各个节点功率，各个节点的温度变化。

◆通过继电器对现场LED路灯进行开关控制

◆通过PWM调光，对现场路灯亮度调节

电路分析：

A、控制盒内单片机为ATmega16单片机，选择外部晶振11.0592MHZ，晶振部分和复位部分如图2-6所示，下载方式为SPI接口编程（InSystemProgram）。

B、图2-7为温度传感器测量电路，传感器型号选择DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，在使用中不需要任何外围元件，测温范围：

-55 ~+125 ℃。

固有测温分辨率为0.5 ℃。

C、图2-8是路灯开关继电器原理图，三极管8550的基极B接到单片机的I/O口，三极管的发射极E接到继电器线圈的一端，线圈的另一端接到＋5V电源VCC上；继电器线圈两端并接一个二极管IN4148，用于吸收释放继电器线圈断电时产生的反向电动势，防止反向电势击穿三极管8550及干扰其他电路。

I/O口的高低电平控制路灯开关

D、图2-9是顺舟科技SZ05系列Z-BEE嵌入式无线串口通信模块SZ05-STD-232-Z，采用了加强型的ZIGBEE无线技术，符合工业标准应用的无线数据通信设备，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性；可实现多设备间的数据透明传输，在这里应用它的配置方案如图2-10（中心节点）2-11（路由或者终端节点）。

图2-6图2-7

图2-8图2-9

图2-10图2-11

E、图2-12是电路采集和光强控制部分，之前说到在电源的DIM+和DIM-之间连接一个电阻或者一个1~10Vdc之间的直流电源或者1~10PWM信号即可调节输出恒电流的数值。

16单片机可提供的PWM波范围是1-5V，为了提高电压，再加上电阻调节，即可满足要求。

电压取值点也可以在上述路灯整体分解图中看出，即串并联LED灯的最大电压处，再通过控制板上的分压电阻测出电压，然后接入单片机AD口。

电流采集取值点是在串并联LED灯的的电压最低端，然后串联上大功率电阻，测出电电压再接入放大电路，放大后的电压直接接入单片机AD口。

这里的放大电路选择芯片为OP07，该芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。

由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。

图2-12

3、中心节点控制

图2-13LED路灯中心控制节点结构

一个路灯组中有一个中心节点，放在路灯地区的中心。

最多可以组网65535个路灯终端节点，采用星形网组网。

由单片机atmega128、光强传感器、无线通信ZigBeesz05模块和sz11GPRS模块组成。

主要功能包括：

◆中央控制中心通过GPRS发送控制命令给这个中心节点控制器，此中心节点控制器再向附近终端控制器通过zigbee发送已经接收的并经过处理的控制命令信号。

此中心节点控制器也可以通过zigbee接受附近终端控制器的信号，再通过GPRS传送给中央控制中心。

◆该中心控制节点可实现在GPRS模块掉网等不可控制情况下，GPRS自行主动连接服务器，以保证联网正常。

◆接收本节点的光强传感器的信号，感知这一片路灯的光照强度。

在需要上传数据的时候和各个节点的温度，电压，电流信号一并传到中央控制中心。

还有在自动控制的时候可以通过光强自行对该路灯组调光。

电路分析：

A、控制盒内单片机为ATmega128单片机，选择外部晶振11.0592MHZ，下载方式为SPI接口编程（InSystemProgram）。

B、ATmega128单片机有两个串行口USART0和USART1，其中USART0与ZIGBEE模块连接，USART1与GPRS模块连接。

这里选择的GPRS模为顺舟科技推出一款新型远程无线数传设备，整机采用嵌入式设计，内嵌TCP/UDP协议，同时采用了功能强大的微电脑处理器芯片，配合内置硬件看门狗功能，性能稳定，外观小巧，性价比高。

它的配置文件如图2-14所示

图2-14

第三部分软件说明

1、路由终端节点ATmega16流程图

图3-2串口流程图

图3-1主函数流程图

2、中心节点ATmega128流程图（红字为定时器用处）

图3-3主函数流程图

图3-4串口0流程图

图3-5串口1流程图

ATmega128与上位机数传表格

按钮

下发数据（十六进制）

等待返回数据（asc）

状态

FFC0

01C0

*001004$0013$0023$0033$0043#

*01号GPRS、返回号004$一号灯、状态值（3正常，2不正常）$二号灯$三号灯$四号灯#

1正常指示灯为黑色

2不正常指示灯为黄色并且在右侧显示区显示不正常路灯号

FFCF

01CF

*001013$0011$0021$0031$0041#

*01号GPRS、返回号013$一号灯、状态值（1正常，0不正常）$二号灯$三号灯$四号灯#

自动控制接收数据后延迟2s再次发送超过20s接受不到数据再次发送采集命令

手动控制超过20s接受不到数据再次发送采集命令

1正常指示灯为红色

2不正常指示灯为绿色并且在右侧显示区显示不正常路灯号

FFC1

01C1

*001005#

指示灯里面显示1

FFC2

01C2

*001006#

指示灯里面显示2

FFC3

01C3

*001007#

指示灯里面显示3

FFC4

01C4

*001008#

指示灯里面显示4

FFB1

01B1

*001+022*********

$0030000000000000$004+021360912454#

*01号GPRS、返回号014$光强$一号路灯号（3位）温度（4位）电压（5位）电流（四位）$二号灯$三号灯$四号灯#

如果路灯没上电或者坏掉上传数据为路灯号温度零电压零电流零

如左侧数据第三号路灯数据

FFD1

01D1

*001010#

指示灯变黑

FFD0

01D0

*001009#

指示灯为地球灯图形

防断网措施

FFFF

定时给128中心发送，返回*001ok#

连接处理

FFEE

收到register后自动发送FFEE然后再次收到*001co#时使得软件成初始状态，即自动控制情况（在gprs重新连接的时候）