湖北無線智能照明模塊-福州智能照明無線控制模塊-智能調光模塊

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湖北無線智能照明模塊-福州智能照明無線控制模塊-智能調光模塊。

1 系統方案概述

本文的智能照明控制系統由無線傳感器網絡、OPC服務器和用戶界面三部分組成。

底層的無線網絡采用星型結構，包括一個基站和多個。其中，從站與被控LED燈連接并將燈的狀態信息傳送給基站。基站通過RS232與PC機相連，將接受的控制命令下達給從站。系統使用ATmega16L單片機和nRF905無線射頻模塊構成工作于433MHz的無線網絡節點，兩者通過SPI串行口相連。

節點結構

上位機中具有專門開發的OPC DA服務器。OPC 服務器與組態軟件中開發的用戶界面之間采用OPC技術通信，與無線網絡中的基站之間采用RS232串行通信。OPC服務器負責將用戶下達的控制命令傳送給無線網絡中的基站，并將基站傳輸的設備狀態上傳至用戶界面顯示。

在組態軟件中開發的用戶界面能實時準確的顯示設備狀態，并可實現對LED燈的組合控制、溫度控制、PWM控制、定時控制及操作記錄等功能。

2 系統軟件設計

2.1 無線傳感器網絡設計

無線傳感器網絡是由一些低功耗、低成本、體積小的傳感器節點，以無線通訊方式組成的網絡，融合傳感器技術、信息處理技術、嵌入式技術和網絡通信技術，實現信息的采集、處理、傳輸及應用，具有施工成本低、系統擴展性好、運行維護易等優點。本系統的無線網絡結構設計如下：

1）網絡拓撲

系統無線網絡采用星型結構，有基站和從站兩類節點。基站與各從站間進行雙向通信，從站互不通信。網絡中的每個節點都配有ID地址，有接收、發送兩種狀態，默認處于接收狀態。

2）MAC層協議

為避免多個從站同時向基站發送信息導致信道沖突，且照明系統對控制時延性要求不高，所以網絡MAC層采用非堅持CSMA/CA協議。通信前，節點先利用nRF905的載波檢測引腳CD信道是否空閑，若空氣中有同頻信號則CD自動置高。若信道忙碌則節點隨機延遲一段時間后再重新。

信道空閑時，節點并不立即發送，而是采取的退避機制，將信道沖突的概率降至小。因為當某從站與基站通信完畢的瞬間，可能有多個要發送數據的從站同時到信道空閑，此時信道沖突的可能性大，所以節點隨機退避一段時間后再進行發送。

這里采用二進制指數退避算法BEB，設爭用期（即節點發出數據至接收到信道沖突的時間）為2t，各站重傳次數為N,從整數集合0,1,…,(2N-1)中隨機取數，記為R。節點重傳產生的時延D為2t的R倍，即D=R×2t。

站點在發送前若檢測到信道空閑，就立即啟動退避計數器，只要信道空閑，退避計數器就遞減，若退避過程中檢測到信道被占用則暫停退避計數器并保持計數器值不變，當信道重新空閑時在原有計數值基礎上再次啟動退避計數器，當計數值減到零時節點發送數據。

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OPC DA服務器

OPC技術是用于過程控制的對象鏈接與嵌入技術，其以COM/DCOM/COM+技術為基礎，采用服務器/客戶端模式。本系統針對智能照明控制系統的需求，開發專門的OPC DA服務器，設計如下。

圖6 OPC DA服務器結構圖

1）OPC對象與接口

系統編寫實現OPC DA服務器的定制接口，采用E形式，以OPC3.0規范為標準，向下兼容OPC2.0版。系統的OPC對象與接口包括OPC Server、OPC Group和OPC Item三種對象。

其中，OPC Server和OPC Group為標準COM對象，服務器對象不支持聚合，支持連接點機制。組對象支持聚合、連接點機制。項對象不是標準的COM對象，通過一個類進行描述，在類中定義項對象的屬性和操作方法。

系統OPC Server對象實現的接口包括：IOPCServer、IOPCommon、IOPCBrowseServerAddressSpace、IOPCItemIO 、IOPCItemProperties及IOPCBrowse。OPC Group對象實現的接口包括：IOPCItemMgt、IOPCItemDeadbandMgt、IOPCGroupStateMgt2、IOPCGroupStateMgt、 IOPCSyncIO、 IOPCSyncIO2、IOPCAsyncIO、 IOPCAsyncIO2及IOPCAsyncIO3。

2）服務器地址空間

系統的服務器地址空間由OPC服務器內所有可讀寫的數據項組成，根據實際情況預先設計，采用樹型結構。整個服務器地址空間使用一個自定義的結構體數組進行存儲，其結構體成員包括：結點的ID號、結點的名字、父結點的ID號、左子女結點的ID號和右兄弟結點的ID號。后，系統通過定義一個類對服務器地址空間進行管理。

3 智能照明控制系統模擬組網

本文使用ATmegal6L和nRF905構成無線節點模擬組建一個智能照明控制系統，模擬實現LED燈的組合控制、PWM控制、定時控制等功能。

圖10 模擬智能照明控制系統實物圖

系統通過ATmega16L開發板上的LED燈模擬被控燈具。溫度控制方面，采用白熾燈與晶閘管BTA12-600及光耦隔離器MOC3041相連接模擬被控端。從站的微控制器將實際燈溫度值與設定值進行比較，通過PID算法計算修正PWM占空比，調整燈的明暗程度。

后，系統利用組態王軟件開發用戶界面。在操作界面上，可實時顯示設備狀態，對LED燈進行各種控制操作。系統會對各項操作進行歷史記錄，同時可利用組態王的Web功能使用戶能隨時隨地通過Internet/Intranet實現設備的遠程監控。

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