基于ZigBee网络与GRRS相结合的智能照明监控系统

韦欣+郭超+张建化+陈跃

【摘要】 LED的寿命很长，由于驱动电源的限制，其使用寿命会大大减弱，增加了场所的维修成本，且给人们的照明带来不便。本文设计使用CC2530芯片，采用了ZigBee网络与GRRS相结合的技术，实现了对灯体电流、温度、亮度的监控和调节，提高了灯体的使用寿命，节约电能。

【关键词】 LED 照明 ZigBee GRRS

大功率 LED 灯作为第四代的电光源，被赋予”绿色照明光源”的称号。LED 的耗电很大，发热也就很大，不论是灯具还是驱动电源都有相当大一部分设计是为了散热，并使得成本进一步提高[1]。LED是非线性器件，只要LED两端的电压发生稍微的波动，就会引起较大的电流变化，引起LED发生光衰现象，从而损坏元器件。所以在LED驱动电路的选择上通常采用恒流式驱动。从保护LED元器件和提高效率的角度上讲，本文阐述了一套LED智能监控照明系统，它能实现在恒流驱动的方式下，完成灯控节点的自由采集LED照明灯的电流、照度、温度等信号，并在整套系统的循环下可以自主的调节这些参数，使之保持在额定状态下运行。

一、LED照明监控系统的结构设计

本文中的LED照明监控系统可分为三层：监控中心、协调器、单灯控制器，主要包括两个网络体系：ZigBee网络与RS-45总线相结合的方式，具体的系统的结构图如图1。

二、系统的工作原理

1、单灯控制器的工作原理。本文单灯控制器的部件主要有MCU，传感器模块，处理设备模块，电源以及无线信号接收模块。其中，传感器模块和处理设备模块一方面与单灯节点相连接，一方面又与MCU莫块相连接。每隔一段时间传感器将采集到的灯体的电压、电流、温度值传送MCU中，并对数据信息作出智能判断，保证灯体的安全工作。MCU还通过与之相连的无线信号发射模块监听是上层命令，并且立即执行命令，比如调光处理，最终实现灯对LED灯节点的电流和温度采集、处理，并且实时调节LED照明灯亮度值。

2、协调器的工作原理。协调器是整个系统的“中介”，接收单灯控制器上传的信息，并且对信息具有记忆功保存的功能。待监控中心发出请求命令时，将信息传送给监控中心。当监控中心发出传送命令时，协调器能及时通过RS-45总线做出判断，进而及时把收到的控制命令传送给单灯控制器。协调器还承担着路段控制器的功能即，根据系统设定好的时间，同时开关所控路段的照明用灯。

3、监控中心的工作原理。1.通过协调器、单灯控制器实时监测灯体的温度，电压，电流和工作状态，并通过监控中心查询灯体的历史数据。2.报警器：当LED照明灯具节点出现异常时，监控中心发出报警信号，通知工作人員维修。

三、系统的硬件设计

1、驱动电路的设计。本文选用的是LED恒流式驱动，本文所选用的驱动电路作为驱动电路，常用的芯片为HV9910。该电路主要包括变压电路、整流电路、滤波电路和驱动电路，通过电缆传送过来直流电压为220V，经过滤波整流后，该交流电变为直流电，通过芯片的GATE引脚控制MOS管，进而控制输入驱动电流的大小。当导通MOS管时，CS引脚将会检验R6两侧将会产生的电压，确保其输出准确的方波，进而控制的电流。反向二极管同样起到保护元器件的作用，电容起到稳压的作用，电感起到续流的作用。

2、外围电路的设计。CC2530外部电路主要包括PWM调光电路，节点供电电路，通信电路，（电流、温度、光强）传感电路、时钟电路等。电路中使用到的元器件主要有与电路匹配的电容、自耦变压器、电感等。

四、软件设计

在本文中智能灯控系统中，首先要对与灯体相连的传感器进行信息采集，包括灯体温度，电流和光照强度等，并且对其进行A＼D转换，并存入单灯体中。通过运行单灯控制器的MCU将通过已经下载好的程序，输出降温芯片和电流调节的控制命令，再将采集到的关于灯体的数据和控制命令信息经过ZigBee无线网络发送到相应的协调器，接着协调器将收到数据后对其进行解析，最终将解析结果发送到监控中心。

结束语：本文中基于基于ZigBee网络与GRRS相结合的智能照明监控系统，实现了在随时对单个LED中照明灯的控制，能完成其光的亮度的调制，保护其不会因为温度过高，电流过大而造成损害，提高了LED灯的使用寿命。

参 考 文 献

[1]李震.基于ZigBee技术的大功率LED路灯监控系统的设计与实现[D].华南理工大学，2014.