一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种基于ZigBee技术的校园路灯监控
目.ο
【背景技术】
[0002]路灯照明系统是高校建设必不可少的公用基础设施，在校园亮化和美化工程中，路灯照明一直起着至关重要的作用。高校作为一个人群比较集中，人流量比较大的地方，其路灯起着至关重要的作用，同时其耗电量也成为了学校用电的一个突出问题。高校现有路灯线路具有分布广，现场实况复杂的特点。传统的路灯人工控制具有实效性差，亮灯率无法得到保证、无法及时维修等特点，而且功能简单，整体效率大，开销较为严重。综上，路灯作为高校主要的公共照明，存在着诸多问题:路灯能源利用率低、电能耗高及管理不健全等。而随着计算机技术及无线技术的不断发展，无线监控系统得到了广泛的应用。路灯无线监控装置不仅减少了人工布线的麻烦及带来的各种问题，同时，系统能够对路灯照明运行状况实时监测，实现真正意义上的“遥信、遥测和遥控”三遥功能，突显了路灯的自动巡检、实时监测运行参数、动态调整运行状态、分析设备运行情况并记录相关数据，整个系统实现了路灯的精细化管理、精准控制特点，显著的提高了路灯的运行质量和效率，降低了人工成本，具有良好的应用前景。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是:一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置，包括上位机部分和多个下位机部分，上位机部分与多个下位机部分无线连接，所述下位机部分包括微控制器，微控制器的输入端连接有监测部分，微控制器的输出端连接有控制部分；所述上位机部分包括无线收发模块和PC机，无线收发模块连接PC机；所述微控制器无线连接无线收发模块。
[0005]所述监测部分包括亮度采集模块、电能采集模块、电流互感器、电压互感器；所述亮度采集模块通过A/D转换模块与微控制器连接，电流互感器和电压互感器均与电能采集模块连接，电能采集模块与微控制器连接。
[0006]所述控制部分包括LED驱动电路，LED驱动电路连接微控制器。
[0007]所述下位机部分还设有电源模块，为下位机部分供电。
[0008]所述微控制器为CC2530芯片，所述无线收发模块采用CC2530芯片。
[0009]采用上述结构，本实用新型具有以下优点:
[0010]1、PC机可以配置ZigBee网络的相关参数，并通过ZigBee无线传感网为媒介，实现与终端设备的数据传输通信。
[0011]2、借由ZigBee的无线定位引擎，PC机可以定位到校园路灯的具体网络节点。
[0012]3、对于路灯的维修与增删，终端设备状态将得到改变，故ZigBee技术能实现其自组网的优势，使得改变的设备能自动加入邻近ZigBee网，重新加入整个监控系统中。
[0013]4、由于学校的环境较为复杂，包括地理天气环境和通信环境等，ZigBee具备较强的抗干扰性及可靠性，同时其组网灵活，实时性强。
[0014]5、实现了路灯的精细化管理、精准控制特点，显著的提高了路灯的运行质量和效率，降低了人工成本，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明:
[0016]图1为本实用新型的结构框图；
[0017]图2为微控制器电路图；
[0018]图3为亮度采集模块电路图；
[0019]图4为电流互感器电路图；
[0020]图5为电压互感器电路图；
[0021]图6为电能计量模块电路图；
[0022]图7为A/D转换模块电路图；
[0023]图8为LED驱动电路图；
[0024]图9为+5V电源电路图；
[0025]图10为+3.3V电源电路图；
[0026]图中:微控制器1、A/D转换模块2-1、亮度采集模块2_2、电能采集模块3_1、电流互感器3-2、电压互感器3-3、LED驱动电路4、无线收发模块5、PC机6。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置，包括上位机部分和多个下位机部分，上位机部分与多个下位机部分无线连接，所述下位机部分包括微控制器1，微控制器I的输入端连接有监测部分，微控制器I的输出端连接有控制部分；所述上位机部分包括无线收发模块5和PC机6，无线收发模块5连接PC机6 ;所述微控制器I无线连接无线收发模块5。
[0028]所述监测部分包括亮度采集模块2-2、电能采集模块3-1、电流互感器3-2、电压互感器3-3 ;所述亮度采集模块2-2通过A/D转换模块2-1与微控制器I连接，电流互感器3_2和电压互感器3-3均与电能采集模块3-1连接，电能采集模块3-1与微控制器I连接。
[0029]所述控制部分包括LED驱动电路4，LED驱动电路4连接微控制器I。
[0030]所述下位机部分还设有电源模块7，为下位机部分供电。
[0031]所述微控制器I为CC2530芯片，所述无线收发模块5采用CC2530芯片。
[0032]如图2所示，为微控制器电路图，CC2530芯片的集成度很高，外围电路只要连接少量的电阻、电容和电感等元件及晶振就可以正常工作。CC2530是一个真正的用于IEEE802.15.4，ZigBee和RF4CE应用的片上系统解决方案。CC2530集成RF收发器、增强工业标准的8051MCU，在线系统可编程Flash存储器，8—KB RAM和许多其他功能。CC2530的下载调试接口由四线构成，包括DD、DC、RESET_N和GND信号，分别与芯片的端口 P2_l、P2_2、RESET_N和GND相连。Pl为天线接口，连接鞭状天线。
[0033]如图3所示，为亮度采集模块电路图，亮度采集采用的是光敏电阻5537，它具有灵敏度高、线性好特点，亮电阻约为25~50kQ，暗电阻则高达3ΜΩ以上。分压电路由光敏电阻R8和电阻R5构成，其分压值输入到比较器2904的负输入端，而正输入端则是由两个阻值及参数一样的电阻R6、R7组成分压电路，电压钳位约为VCC/2。白天亮度较强时，R8的电阻阻值较低，其分压到的电压小于VCC/2，故输出端I为高电平。而在傍晚到晚上期间，随着亮度下降，光敏电阻的阻值上升，当电阻大于47K以上时，其分压值就会增大到VCC/2以上，则输出端I输出低电平，实现了亮度改变转换为电平改变的电信号，进而输入到控制器中进行分析处理。
[0034]如图4所示，电流互感器电路图电流信号的采集主要采用电流互感器TA23B21，电流信号通过电流互感器CT采集，并由Rel转换为电压信号，然后通过R10，Rll, ClO组成的RC滤波电路输出到I_A+和I_A-两个端口，电压信号接到电能计量芯片输入端。
[0035]如图5所示，为电压互感器电路图，电压信号采集主要使用的是电压互感器SPT204A。电压信号通过精密电阻和电压互感器输入端口采集而后经U-和U+两个端口直接输出，电压信号接到电能计量芯片输入端。
[0036]如图6所示，电能计量模块电路图，电能计量模块能对路灯电压和电流等电力参数进行监测与计算。模块由电能计量ATT7022E芯片及其外围电路组成。CC2530通过SPI接口读取ATT7022E的测量结果，并通过CC2530组网反馈到监控中心。由于ATT7022E的测量精度高、功耗低等优点，本装置用它来对用电信息进行采集，包括路灯的电压、电流、功率、功率因数、相角和谐波等实时数据与有功、无功等电能数据。通过这些参数的及时反馈保证路灯的正常稳定运行。
[0037]如图7所示，A/D转换模块电路图，ADC0808是一种较为常用的8路模拟量输入，8位数字量输出的逐次比较式ADC芯片。该电路主要功能是读取亮度采集模块的输出值，通过对光敏电阻传感器实时采集数据并通过ADC0808N将传感器采集并发出的模拟信号转换成8位的数字信号后输入到CC2530进行处理。由于CC2530内含现成的DA装换模块，所以无需再添加D/A转换电路。
[0038]如图8所示，为LED驱动电路图LED的驱动选择驱动芯片HV9910。该芯片具有宽电压输入，电压范围为直流8V到450V，属于恒流驱动LED，其驱动能力可以高达数百个LED。该芯片借由高压隔离连接工艺特点，能够承受的浪涌输入电压冲击值高达450V ο LED路灯的调光可通过该驱动芯片本身提供的PWM调光功能，能够接受外部控制信号的频率达几千Hz,占空比调节范围在0-100%，通过占空比的调节控制进行调光。通过此电路，HV9910能够驱动的高亮度LED数目高达百来个，具有很强的驱动能力。
[0039]如图9所示，为+5V电源电路图，系统中需要稳压电源供电的主要有无线收发模块5、比较器、LED驱动芯片。其中，LED驱动芯片、比较器需要5V的直流电源供电。系统采用稳压芯片LM2575-5.0，输入为+12V的直流电压，得到5V电源。电路中VIN为系统通过开关电源把220V交流转换成稳定+12V直流输入。
[0040]如图10所示，为+3.3V电源电路图，由于CC2530需要3.3V的稳压电源供电，系统采用可调节稳压芯片LM2596-ADJ得到3.3V电源，来给微控制器I提供稳定的电源。
[0041]本实用新型实现了路灯的精细化管理、精准控制特点，显著的提高了路灯的运行质量和效率，降低了人工成本，具有良好的应用前景。
【主权项】
1.一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置，包括上位机部分和多个下位机部分，上位机部分与多个下位机部分无线连接，其特征在于:所述下位机部分包括微控制器(1)，微控制器(1)的输入端连接有监测部分，微控制器(1)的输出端连接有控制部分；所述上位机部分包括无线收发模块(5)和PC机(6)，无线收发模块(5)连接PC机(6);所述微控制器(1)无线连接无线收发模块(5 )。2.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置，其特征在于:所述监测部分包括亮度采集模块(2-2)、电能采集模块(3-1)、电流互感器(3-2)、电压互感器(3-3);所述亮度采集模块(2-2)通过A/D转换模块(2-1)与微控制器(1)连接，电流互感器(3-2 )和电压互感器(3-3 )均与电能采集模块(3-1)连接，电能采集模块(3-1)与微控制器(1)连接。3.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置，其特征在于:所述控制部分包括LED驱动电路(4)，LED驱动电路(4)连接微控制器(1 )。4.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置，其特征在于:所述下位机部分还设有电源模块(7 )，为下位机部分供电。5.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置，其特征在于:所述微控制器(1)为CC2530芯片，所述无线收发模块(5)采用CC2530芯片。
【专利摘要】一种基于ZigBee技术的校园路灯监控装置，包括上位机部分和多个下位机部分，上位机部分与多个下位机部分无线连接，所述下位机部分包括微控制器，微控制器的输入端连接有监测部分，微控制器的输出端连接有控制部分；所述上位机部分包括无线收发模块和PC机，无线收发模块连接PC机；所述微控制器无线连接无线收发模块。本实用新型实现了路灯的精细化管理、精准控制特点，显著的提高了路灯的运行质量和效率，降低了人工成本，具有良好的应用前景。
【IPC分类】H05B37/02
【公开号】CN204993954
【申请号】CN201520481060
【发明人】刘云舒, 黎安铭, 赵诗雅, 李越, 常帅, 聂赟
【申请人】三峡大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月7日