3 系統(tǒng)工作模式與軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)工作模式

　　照明區(qū)域控制器與智能節(jié)點(diǎn)之間通過nRF905模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，依然采用主/從結(jié)構(gòu)，即照明區(qū)域控制器給出控制指令，在指令中包含目標(biāo)智能節(jié)點(diǎn)地址信息，以廣播的方式下傳，智能節(jié)點(diǎn)接到指令后根據(jù)指令中的節(jié)點(diǎn)地址信息判斷是否執(zhí)行操作。對(duì)于需要作為中繼的節(jié)點(diǎn)，接到指令后首先判斷控制字和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址信息，當(dāng)為單點(diǎn)控制或查詢指令時(shí)，如果自身地址等于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址，則執(zhí)行該操作，否則判斷該目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址是否處于自己中繼的有效范圍，是則中繼該指令，反之不做任何操作。

　　3.1.1 智能化照明控制策略設(shè)計(jì)

　　在沒有人為或管理中心干預(yù)的情況下，照明區(qū)域控制器按照預(yù)設(shè)的照明控制策略完成自主的現(xiàn)場(chǎng)照明控制。本設(shè)計(jì)中采用了時(shí)間控制(時(shí)控)、環(huán)境參數(shù)輔助控制和手動(dòng)控制相結(jié)合的照明控制策略。環(huán)境參數(shù)輔助控制為可選功能，禁止使用時(shí)，為時(shí)控和手控相結(jié)合。三種控制方式的優(yōu)先級(jí)遵循以下原則：

　　(1)手動(dòng)控制優(yōu)先級(jí)最高，手動(dòng)控制時(shí)，時(shí)控和環(huán)境參數(shù)輔助控制被屏蔽。

　　(2)當(dāng)手動(dòng)控制取消后，環(huán)境參數(shù)輔助控制、時(shí)間控制恢復(fù)正常使用，如果處于時(shí)控有效期內(nèi)，系統(tǒng)按照時(shí)間控制策略維持/更新運(yùn)行狀態(tài);如果處于時(shí)控有效期外，則根據(jù)環(huán)境狀況進(jìn)行控制。

　　(3)系統(tǒng)退出手動(dòng)控制模式時(shí)，由照明區(qū)域控制器判斷當(dāng)前所屬時(shí)段，決定各交流接觸器是否打開或關(guān)閉。

　　3.1.2 環(huán)境參數(shù)與流量控制策略

　　智能化的道路照明控制系統(tǒng)還應(yīng)該能夠根據(jù)天氣、交通流量等實(shí)際的環(huán)境參數(shù)調(diào)整照明控制措施，以獲得更好的照明質(zhì)量和節(jié)電效果。

　　(1)照度輔助控制考慮到天氣異常變化的影響，需綜合考慮自然環(huán)境照度和當(dāng)前時(shí)間，執(zhí)行相應(yīng)的開燈或關(guān)燈操作。需要注意的是，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在進(jìn)行環(huán)境照度采集時(shí)必須采取延時(shí)或者軟件濾波等措施消除環(huán)境照度尖峰干擾(如閃電)。此外，還應(yīng)該限定根據(jù)照度進(jìn)行控制的作用時(shí)間段或者采用模糊控制手段區(qū)分干擾和正常情況，避免因突變持續(xù)性干擾造成的誤動(dòng)作。

　　(2)交通流量輔助控制在智能化的照明控制系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)人性化的照明控制，還必須考慮同一照明季節(jié)內(nèi)交通流量變化規(guī)律的異常情況，尤其是在一些比較重要的節(jié)假日，人們的作息習(xí)慣會(huì)和平時(shí)出現(xiàn)差異，因此道路交通流量曲線與平時(shí)相比會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，這時(shí)就不能再按照正常的時(shí)間段劃分進(jìn)行控制，而必須借助于交通流量輔助控制。考慮到這種波動(dòng)主要集中在較集中的時(shí)段內(nèi)，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)就只限定在特定的時(shí)段內(nèi)有效。

　　3.1.3 區(qū)域控制策略

　　無線通信技術(shù)的發(fā)展使得低成本的單燈控制和檢測(cè)成為可能，也使路燈的控制變得更加靈活。同一路段的不同路燈，由于其所處位置的不同，對(duì)其照明控制的要求可能也不相同。比如某個(gè)路段處于十字路口的路燈，由于位置的重要特殊性，就不能和其他路燈同時(shí)進(jìn)行相同的場(chǎng)景控制。另外對(duì)于一桿多燈的情況，需要考慮在交通流量減小時(shí)部分關(guān)閉以節(jié)約電能。區(qū)域控制可以通過配置控制系統(tǒng)底層(照明區(qū)域控制器智能節(jié)點(diǎn))之間的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)。區(qū)域控制數(shù)據(jù)幀格式如下：

　　控制類型聲明單燈智能控制器應(yīng)該執(zhí)行何種控制操作，起始地址、終止地址和作用范圍一起聲明了對(duì)受控路燈節(jié)點(diǎn)的地址編號(hào)要求，這樣就相當(dāng)于將符合相同條件的路燈節(jié)點(diǎn)綁定在了一起，從而可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制。作用范圍根據(jù)單燈智能控制器地址編號(hào)的數(shù)學(xué)特征可以分為奇數(shù)有效、偶數(shù)有效等多種情況，因此可以實(shí)現(xiàn)多樣化的控制區(qū)域組合。

　　3.1.4 時(shí)間控制策略

　　時(shí)間控制主要包括每天的開關(guān)燈控制和夜間按照道路交通流量分時(shí)段進(jìn)行的調(diào)光控制。這些控制操作不僅應(yīng)該能夠取得明顯的節(jié)電效果，還應(yīng)該能夠提高道路照明質(zhì)量。

　　(1)開關(guān)燈時(shí)間可以一個(gè)月為時(shí)間段將一年分為12個(gè)時(shí)間段。每個(gè)月的起止時(shí)間應(yīng)以當(dāng)?shù)鼐唧w日照情況為準(zhǔn)，可采用多次測(cè)量后的平均值得到，并將得到的數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)中供軟件查詢用。

　　(2)夜間分時(shí)段多樣化控制。夜間的路燈照明控制主要是根據(jù)道路夜間交通流量變化規(guī)律進(jìn)行分時(shí)段控制，盡管在一條道路上每天夜間不同時(shí)刻的交通流量會(huì)略有差異，但在一段時(shí)間(一個(gè)月或幾個(gè)月)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來看，這種變化的波動(dòng)并不很大，所以完全可以按照平均交通流量變化規(guī)律把一年的照明周期劃分成若干照明季節(jié)。由于每個(gè)照明季節(jié)的開關(guān)燈時(shí)間有所差別，又將每天的整個(gè)時(shí)段分為三個(gè)小時(shí)段，每個(gè)小時(shí)段可以配合行人檢測(cè)對(duì)路燈進(jìn)行調(diào)光、部分開關(guān)或者全部開關(guān)等。

　　3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本文采用了ICCAVR編輯器，結(jié)合Atmel公司的AVR Studio集成開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　系統(tǒng)的工作流程如圖4所示，系統(tǒng)在外界光線達(dá)到照明需求時(shí)開始初始化，并進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)紅外探測(cè)器將不斷監(jiān)測(cè)路段行人或車輛，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給AVR主控制器，主控制器將根據(jù)數(shù)據(jù)量來點(diǎn)亮路燈，并開始利用nRF905向后一組路燈傳送消息，后一組在接收到消息后在主控制器中處理信息，提前點(diǎn)亮路燈，等待著再次監(jiān)測(cè)到物體，如此循環(huán)。其中軟件記錄開啟時(shí)間，進(jìn)入相應(yīng)劃分的時(shí)段時(shí)開啟相應(yīng)調(diào)光程序。

　　單片機(jī)芯片和無線收發(fā)芯片在開始工作前都要進(jìn)行初始化配置，本系統(tǒng)中的包含了以下兩個(gè)部分的配置：

　　(1)ATmegal6L的SPI接口初始化。ATmegal6L的異步串行接口和SPI接口用同一個(gè)USART模塊，且要選擇SPI的主/從機(jī)方式，還要保證系統(tǒng)中只有一個(gè)主機(jī)，對(duì)于此系統(tǒng)應(yīng)將AVR單片機(jī)設(shè)置為主機(jī)，nRF905模塊設(shè)置為從機(jī)。

　　(2)nRF905的初始化配置。對(duì)無線收發(fā)芯片的初始化參數(shù)的配置是通過nRF905的配置寄存器進(jìn)行設(shè)置的。nRF905中有一個(gè)144 b的配置字，該配置字規(guī)定了無線收發(fā)器的無線收發(fā)工作模式、收發(fā)頻率、發(fā)射頻率、收發(fā)地址寬度、接收地址、無線傳輸速率、晶振頻率以及CRC校驗(yàn)和的長(zhǎng)度及有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等。在同一時(shí)刻，nRF905無線收發(fā)只能處于工作模式之一。不管模式想發(fā)送還是要接收數(shù)據(jù)，模塊上電后都要進(jìn)行初始化配置。

　　nRF905發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)通過軟件設(shè)置TRX_CE，并使得TX_EN和PWR_UP為高電位來激活nRF905的Shock Burst TM發(fā)送模式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送。通過Shock Burst TM可以使收發(fā)芯片自動(dòng)上電，且完成數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗(yàn)碼)并發(fā)送數(shù)據(jù)包。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(DR)引腳被置高，若AUTO_RETRAN被置高，那么，nRF905將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包，直到檢測(cè)到TRX_CE為低電平;而當(dāng)TRX_CE被置為低電平時(shí)，表明nRF905數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)結(jié)束，并且會(huì)自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電模式。

　　當(dāng)TR_CE為高TX_EN為低時(shí)，nRF905進(jìn)入Shock Burst TM接收模式;再650μs后，nRF905不斷檢測(cè)，等待數(shù)據(jù)接收;當(dāng)nRF905檢測(cè)到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測(cè)(CD)引腳被置高;但檢測(cè)到一個(gè)相匹配的地址后，地址匹配(AM)引腳被置高;之后就開始接收數(shù)據(jù)包，接收完成后，nRF905自動(dòng)移去字頭、地址和CRC校驗(yàn)位，然后把DR引腳置高。在此之后，單片機(jī)會(huì)將TRX_CE置低，使nRF905處于空閑模式;然后單片機(jī)會(huì)通過SPI接口將數(shù)據(jù)以一定的速率傳送到單片機(jī)內(nèi);當(dāng)所有的數(shù)據(jù)都接收完畢后，nRF905會(huì)把DR引腳和AM引腳置低。至此已完成整個(gè)接收流程。

　　單片機(jī)接收到信息后，會(huì)對(duì)和已存信息進(jìn)行分析比較，并發(fā)出相關(guān)指令，之后開始進(jìn)入下一個(gè)發(fā)送周期。

　　4 結(jié)語