廣州無線智能照明模塊-濟南定制化照明方案-浙江定制化照明方案

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1 系統(tǒng)方案概述

本文的智能照明控制系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、OPC服務(wù)器和用戶界面三部分組成。

底層的無線網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，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(tài)信息傳送給基站?；就ㄟ^RS232與PC機相連，將接受的控制命令下達給從站。系統(tǒng)使用ATmega16L單片機和nRF905無線射頻模塊構(gòu)成工作于433MHz的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，兩者通過SPI串行口相連。

節(jié)點結(jié)構(gòu)

上位機中具有專門開發(fā)的OPC DA服務(wù)器。OPC 服務(wù)器與組態(tài)軟件中開發(fā)的用戶界面之間采用OPC技術(shù)通信，與無線網(wǎng)絡(luò)中的基站之間采用RS232串行通信。OPC服務(wù)器負責(zé)將用戶下達的控制命令傳送給無線網(wǎng)絡(luò)中的基站，并將基站傳輸?shù)脑O(shè)備狀態(tài)上傳至用戶界面顯示。

在組態(tài)軟件中開發(fā)的用戶界面能實時準確的顯示設(shè)備狀態(tài)，并可實現(xiàn)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。

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2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一些低功耗、低成本、體積小的傳感器節(jié)點，以無線通訊方式組成的網(wǎng)絡(luò)，融合傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實現(xiàn)信息的采集、處理、傳輸及應(yīng)用，具有施工成本低、系統(tǒng)擴展性好、運行維護易等優(yōu)點。本系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

1）網(wǎng)絡(luò)拓撲

系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，有基站和從站兩類節(jié)點。基站與各從站間進行雙向通信，從站互不通信。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都配有ID地址，有接收、發(fā)送兩種狀態(tài)，默認處于接收狀態(tài)。

2）MAC層協(xié)議

為避免多個從站同時向基站發(fā)送信息導(dǎo)致信道沖突，且照明系統(tǒng)對控制時延性要求不高，所以網(wǎng)絡(luò)MAC層采用非堅持CSMA/CA協(xié)議。通信前，節(jié)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(jié)點隨機延遲一段時間后再重新。

信道空閑時，節(jié)點并不立即發(fā)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(fā)送數(shù)據(jù)的從站同時到信道空閑，此時信道沖突的可能性大，所以節(jié)點隨機退避一段時間后再進行發(fā)送。

這里采用二進制指數(shù)退避算法BEB，設(shè)爭用期（即節(jié)點發(fā)出數(shù)據(jù)至接收到信道沖突的時間）為2t，各站重傳次數(shù)為N,從整數(shù)集合0,1,…,(2N-1)中隨機取數(shù)，記為R。節(jié)點重傳產(chǎn)生的時延D為2t的R倍，即D=R×2t。

站點在發(fā)送前若檢測到信道空閑，就立即啟動退避計數(shù)器，只要信道空閑，退避計數(shù)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(shù)器并保持計數(shù)器值不變，當信道重新空閑時在原有計數(shù)值基礎(chǔ)上再次啟動退避計數(shù)器，當計數(shù)值減到零時節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。

OPC DA服務(wù)器

OPC技術(shù)是用于過程控制的對象鏈接與嵌入技術(shù)，其以COM/DCOM/COM+技術(shù)為基礎(chǔ)，采用服務(wù)器/客戶端模式。本系統(tǒng)針對智能照明控制系統(tǒng)的需求，開發(fā)專門的OPC DA服務(wù)器，設(shè)計如下。

圖6 OPC DA服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖

1）OPC對象與接口

系統(tǒng)編寫實現(xiàn)OPC DA服務(wù)器的定制接口，采用E形式，以O(shè)PC3.0規(guī)范為標準，向下兼容OPC2.0版。系統(tǒng)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(wù)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(tǒng)OPC Server對象實現(xiàn)的接口包括：IOPCServer、IOPCommon、IOPCBrowseServerAddressSpace、IOPCItemIO 、IOPCItemProperties及IOPCBrowse。OPC Group對象實現(xiàn)的接口包括：IOPCItemMgt、IOPCItemDeadbandMgt、IOPCGroupStateMgt2、IOPCGroupStateMgt、 IOPCSyncIO、 IOPCSyncIO2、IOPCAsyncIO、 IOPCAsyncIO2及IOPCAsyncIO3。

2）服務(wù)器地址空間

系統(tǒng)的服務(wù)器地址空間由OPC服務(wù)器內(nèi)所有可讀寫的數(shù)據(jù)項組成，根據(jù)實際情況預(yù)先設(shè)計，采用樹型結(jié)構(gòu)。整個服務(wù)器地址空間使用一個自定義的結(jié)構(gòu)體數(shù)組進行存儲，其結(jié)構(gòu)體成員包括：結(jié)點的ID號、結(jié)點的名字、父結(jié)點的ID號、左子女結(jié)點的ID號和右兄弟結(jié)點的ID號。后，系統(tǒng)通過定義一個類對服務(wù)器地址空間進行管理。

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