中心議題:

• 基於物聯網嵌入式技術的LED路燈控製器設計

解決方案:

• 學習主控器的設計

• 采用DN0112 芯片設計了PWM 調光模塊

目前
，所使用的大功率LED ludengdabufendoushijiandandezhijiezhaoming，queshaobiyaodezhinengkongzhi，huozheyouxiesuiranjubeiyouzhinengkongzhidegongneng，danshiquebunengzidongjianceludengdezhaomingzhuangkuang，yebunengfangbiandiduiludengjinxingyuanchengjibenditiaokong。 並且現有的照明管理係統大都采用有線電纜控製照明燈具，對LED 路燈進行調控，通信協議比較複雜，建設成本和運營成本都比較高。 本文將物聯網嵌入式技術引入路燈控製器，實現LED 路燈的智能控製。

物聯網，是指將各種信息傳感設備，如射頻識別( RFID) 裝置

、紅外感應器、全球定位係統

、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，將溝通從任何時間任何地點任何人之間的溝通連接擴展到人與物( Human to Thing) 和物與物( Thing to Thing) 之間的溝通連接。 發展物聯網的關鍵在於射頻標簽、傳感器、嵌入式係統及傳輸數據計算等領域。 其中，嵌入式係統是以應用為中心，以計算機技術為基礎
，軟硬件可裁剪
，適用於應用係統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機係統。 嵌入式係統是物聯網的“大腦“和“中樞神經”
，物聯網內的所有個體都需要嵌入式係統來傳輸和處理處理信息，嵌入式係統的好壞將直接影響物聯網的運做。

本文以路燈控製器為應用背景

，設計了支持CDMA 及ISM 無線通信的智能路燈控製器，將物聯網嵌入式技術應用其中
，利用控製器提供的專用接口和CDMA 網絡平台
，實現與各類傳感器的連接，實現“人—物”
、“物—物”

、“物—人”之間的信息交流。

1 路燈控製係統

本文設計的路燈控製係統由3 個控製層、2個通信層組成。 係統的結構如圖1 所示。 操作人員通過監控軟件或手機將需求數據發送到CDMA網絡進而傳送給路燈主控器; 路燈主控器對接收數據分析
、處理
，並通過自組ISM 無線網絡將數據送給節點控製器; 節點控製器做出響應並發出返回數據

，數據按原路徑返回給操作人員。 本文設計了係統核心部分： 智能路燈控製器，包含了主控器及節點控製器的設計。

2 主控器設計

主控器包括： ATmega128 主控模塊、CDMA 通信模塊
、ISM 通信模塊、顯示輸入模塊
，結構圖2所示。

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2. 1 主控模塊

在主控模塊采用核心板設計，結構如圖3 所示。

主控芯片采用AVR ATmega128 芯片。 ATmega128是高性能、低功耗的AVR8 位微處理器，它的運行速度快，大多數指令可以在一個時鍾周期內完成; 壽命： 10， 000 次寫/擦除周期; 具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區; 通過片內的啟動程序實現係統內編程; 真正的讀- 修改- 寫操作硬件乘法器隻需兩個時鍾周期; 具有128K 字節的係統內可編程Flash; 4K 字節的內部SRAM; 可以對鎖定位進行編程以實現軟件加密; 具有JTAG 接口，方便程序在線調試、下載; 兩個可編程的串行USART; 可工作於主機/從機模式的SPI 串行接口。

2. 2 CDMA 模塊

CDMA 模塊內部封裝了完善的TCP /IP 等協議棧，可為遠程無線傳輸提供透明的TCP /IP 通道，主要完成主控器與遠程控製中心通信，完成指令數據的雙向傳輸。 CDMA 模塊與主控器通過UART1 雙向傳送數據。 本係統選用電信公司提供的CDMA 模塊，通過MAX232 電平轉換芯片和ATmega128 的UART1 口相連

，實現全雙工的數據通信。 模塊采用5V 供電，ATmega128 的PD6 口經MAX232 電平轉換芯片轉換後接到模塊的DTR.

DTR 信號用來通知CDMA 模塊準備發送數據還是發送已經結束。

2. 3 ISM 通信模塊

ISM 通信模塊主要完成主控器與節點控製器通信，模塊芯片及接口如圖4 所示。

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本文選用nRF24l01 作為ISM 通信模塊無線收發芯片。 nRF24l01 芯片是工作在2. 4 ～ 2. 5GHz 世界通用ISM 頻段的單片無線收發器芯片
，無線收發器包括： 頻率發生器、增強型SchockBurstTM 模式控製器、功率放大器、晶體振蕩器、調製器解調器、輸出功率
、頻道選擇和協議的設置可以通過SPI 接口進行設置。 它具有內置鏈路層，自動應答及自動重發功能
、地址及CRC 檢驗功能、數據傳輸率1 或2Mbps、SPI 接口數據速率0 ～ 8Mbps、125 個可選工作頻道。 芯片具有極低的電流消耗，當工作在發射模式下發射功率為- 6dBm 時電流消耗為9. 0mA，接收模式時為12. 3mA.

2. 4 顯示輸入模塊

本文選擇TFT034 觸摸液晶模塊用作顯示及控製指令輸入。 TFT034 采用四線電阻觸摸屏作為輸入，320x240 像素的8 位數據的256 彩色LCD屏作為顯示輸出。

320x240 像素的8 位數據的256 彩色LCD 屏
，顯示一屏所需的顯示緩存為320 × 240 × 8bit
，即76800 字節
，在顯示中每個字節，對應著屏上的一個像素點，因此，8 位256 彩色顯示的顯示緩存與LCD 屏上的像素點是字節對應的。 每個字節中又有RGB 格式的區分
，既有332 位的RGB
，又有233 的格式。 在彩色圖象顯示時，首先要給顯示緩存區一個首地址，這個地址要在4 字節對齊的邊界上，而且，需要在SDRAM 的4MB 字節控製之內。 它是通過配置相應的寄存器來實現的。 之後，接下來的76800 字節，就為顯示緩存區，這裏的數據會直接顯示到LCD 屏上去。 屏上圖像的變換是由於該顯示緩存區數據的變換而產生的。 觸摸液晶屏通過26腳排線與主控器相連，主控器IO 口數據可直接驅動觸摸液晶屏模塊。 四線觸摸屏坐標獲取通過AD7843 采集實現，程序代碼如下：

3 節點控製器設計

節點控製器包括： MCU 控製模塊、調光模塊
、無線通信模塊
，結構如圖5 所示：

3. 1 MCU 控製模塊

MCU 控製模塊采用STC89C52 芯片。

STC89C52 是一種低功耗

、高性能CMOS8 位微控製器，具有8K 在係統可編程Flash 存儲器。 使用高密度非易失性存儲器技術製造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。 片上Flash 允許程序存儲器在係統可編程，亦適於常規編程器。 在單芯片上
，擁有靈巧的8 位CPU 和在線係統可編程Flash，因此滿足節點控製芯片的要求。 模塊結構如圖6 所示。

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3. 2 調光模塊

調光模塊實現感光與調光功能。 yinweiguangmindianzuzaiheianhuanjinglidianzuzhihengao，dangshoudaoguangzhaoshi，guangmindianzuzuzhixiajiang，guangzhaoyuqiang，zuzhiyudi

，rusheguangxiaoshihou，guangmindianzudezuzhiyejiuzhujianhuifuyuanzhi。 因此采用光敏電阻作為感光傳感器，由ADC0832 芯片將光敏電阻接收的光強模擬信號轉換為數字信號輸入到MCU 控製器中; MCU 控製器內部經過編程對輸入的燈具工作參數進行分析判斷
，然後發出控製信號，控製恒流驅動電路輸出電流的大小，從而控製LED 燈的亮度
，進而達到智能調控LED 燈具的目的。

考慮到設計選用的為直流LED 路燈，參數為： 功率28 瓦; 電壓AC100 - 280V; 功率因數> 0. 95 ; LED 顏色正白，暖白; 光通量2800 -12600LM; 色溫3000—7000K ; 燈具效率90% ; 驅動電源恒流驅動45V 1. 5A 直流; 命50000 小時以上; 防護等級IP65 ; 工作溫度- 35oC - 80oC ;工作濕度10% - 90%
，因此需設計符合參數要求的直流調光電路。

直流調光方法常用的有： 調節正向電流的方法; 脈寬調製( PWM) 來調光。 調節正向電流的方法具有以下缺點： 調正向電流會使色譜偏移; 有時會出現使恒流源無法工作的問題; 長時間工作於低亮度有可能會使降壓型恒流源效率降低溫升增高而無法工作; 無法得到精確調光。 因而本文采用PWM 調光方法。

本文采用DN0112 芯片設計了PWM 調光模塊。

DN0112 芯片是用於直流LED 燈的連續觸摸IC 芯片，它通過輸出PWM 可使燈光亮度在3% ～100%間無級調節，可使LED 路燈實現平滑的亮暗調節。 本文設計單片機P0. 3 輸出調光控製信號，實現對DN0112 調光芯片的控製
，使調光芯片可根據單片機輸出的控製信號實現LED 燈開關、調光。

4


、結論

本文設計了路燈主控製器及節點控製器，通過CDMA 通tong信xin實shi現xian了le遠yuan程cheng指zhi令ling數shu據ju有you效xiao傳chuan輸shu，通tong過guo自zi組zu無wu線xian傳chuan感gan網wang實shi現xian了le主zhu控kong製zhi器qi與yu節jie點dian控kong製zhi器qi指zhi令ling數shu據ju的de傳chuan輸shu，給gei出chu了le觸chu摸mo液ye晶jing屏ping坐zuo標biao點dian采cai集ji程cheng序xu，通tong過guo對dui光guang強qiang信xin號hao的de采cai集ji設she計ji了le調tiao光guang電dian路lu，完wan成cheng了le物wu聯lian網wang的de傳chuan感gan數shu據ju采cai集ji、嵌入式數據傳輸及處理，將物聯網嵌入式技術引入到LED路燈控製器中。 實驗證明
，本文設計的路燈控製器能有效實現智能控製，取得了較好的節能
、降耗效果。