基于无线传感器网络的LED路灯远程控制系统
1. 系统方案与设计
系统由三大部分构成：控制中心的监控系统，负责实现终端控制节点和控制中心通信的路由节点，固定在路灯杆上的终端控制节点。无线路灯远程控制系统结构如图1.1所示。
图1.1无线路灯远程控制系统结构
控制中心的监控系统由计算机与无线收发模块构成，主要负责建立和管理路灯控制网络，显示路灯状况信息和发送控制命令，协调整个路灯系统的运作。路灯终端节点包括LED电源驱动，为大功率LED提供电力，并能根据微控制器的控制信号控制LED的工作情况；光敏传感器、温度传感器，直接将LED工作状况传输给控制模块；功率检测模块，检测LED功率情况、供电故障并向上报警，无线模块，负责传输数据。将本系统模型与无线传感器网络模型进行对应，不难发现，安置在路灯杆上的终端控制节点即为无线传感器网络中的终端节点（RFD），控制中心监控系统就是协调器（COORD），实现COORD与RFD之间无线通信的为路由转发节点（ROUTER）。远程网络使用ZigBee与GRPS混合组成的网络。子网和中央控制中心使用GPRS网络来传输数据。下面具体介绍终端节点硬件电路设计方案。
1.1LED节点驱动控制设计
LED节点驱动方案使用UCC28810EVM，它是一款恒流非隔离式电源，适用于街道、停车场或区域范围照明等高亮度LED照明应用。该设计可将通用电源（90~265VRMS）转换成0.9A恒流源，能够驱动100W LED负载。UCC28810EVM电路如图2.1所示。
图2.1UCC28810EVM电路图
此电路使用双级设计，第一级是UCC28810的转换模式电路，将AC电源转换成36V的DC电源。第二级也采用UCC28811的转换模式，将恒压源转换为0.9A恒流源。电路中使用的UCC28810 和UCC28811芯片是通用照明电源控制器，具有PFC（功率因数校正）功能，确保设计方案满足各种标准设定的谐波电流或功率因数要求。并且UCC28810/11控制器提供如电流峰值限制、复位定时器、过压保护（OVP）和使能等特性，UCC28810/11控制器引脚如表2.1所示。
表2.1UCC28810/11控制器引脚
第一级在低负荷状态运行下，升压跟随器可跟踪AC输入的峰值电压，实现更高效率。第二级将PFC输出电压转换为0.9A的固定电流，以驱动LED负载。第二级不仅可接受PWM调光输入（从外部或从板级电路均可），而且还可相应开启或关闭，从而实现LED电流的PWM调光。此方案的优势在于，使用了高效的专用驱动IC，电源转化效率更高了，在低负荷线路（low-line）运行状态下，升压跟随器可跟踪AC输入的峰值电压，在输入电压±15％的变动时，仍能保持输出电流变动稳定在±10％内。
1.2状态检测与报警
状态报警与检测主要包括温度感测和感光检测两部分内容。
1.2.1温度感测
由于大功率白光LED照明和驱动器发热量都很大，所以需要一个温度感测传感器，实时监控路灯的温度，并向控制中心反映，如果温度超过警戒温度，控制器进入报警模式，将自动关闭路灯，并向控制器发送报警命令。温度传感器使用DS18B20。DS18B20是DALLAS生产的一款数字温度传感器。其特点有：独特的一线接口，只需要一个端口即可通信。电路无需外部元件，可用数据总线供电，也可外接VCC。工作电压范围广，为3.0V～5.5V，无需备用电源。测量温度范围为-55°C～+125℃，在-10°C～+85°C范围内精度为±0.5°C。DS18B20具有工作电路简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。DS18B20应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统。
1.2.2感光检测
系统终端节点使用光敏电阻传感器测量周围环境的光亮度，当傍晚时周围环境还有余光时，将路灯开启为单双灯模式，当晚上天全黑了以后，将路灯全部打开，当凌晨4点左右出现晨光时将路灯调节成半功率工作模式。在阴天和沙尘暴天气时，光敏传感器坚持到道路能见度低，路灯也可自动打开，保证道路正常照明。本设计使用光敏三极管作为感光元件测量周围环境的亮度，处理器实时将周围环境的亮度通过无线模块反馈给控制中心，由控制中心决定是否打开路灯。电路图如图2.2所示。
图2.2 光敏三极管电路图
1.3无线模块设计
无线通信模块使用CC2480/ZigBee模块，在单个芯片上集成了ZigBee射频前端、模拟数字转换器、定时器，支持2.4GHzIEEE802.15.4协议。CC2480/无线性能出色，功耗很低。CC2480电路图如图2.3所示。
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