基于无线收发芯片nRF401的分布式的智能城市路灯监控系统外文翻译资料

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毕业论文（设计）

英文翻译

原文标题 Distributed Intelligent City Street Lamp Monitoring and Control System Based onWireless Communication chip nRF401

译文标题 基于无线收发芯片nRF401的分布式的

智能城市路灯监控系统

基于无线收发芯片nRF401的分布式的智能城市路灯监控系统

摘要：传统的路灯照明系统的控制风格有效率低，成本高，难以监控等，并没有满足现代城市的要求。在实现分布式长距离城市路灯状态实时自动控制，我们介绍了一种无线远程智能城市路灯监控基于单片机技术的电力控制系统载波通信和无线通信技术等系统由上位机、上位机控制器和每个终端控制器。上位机控制主控制器SCM MSP430F19的，发送控制

现场控制器的指令，MSP430F149控制相应的照明灯具开关的状态改变无线收发nRF401。上位机能有效无线远程照明成套设备控制实时。通过实验，传输距离可以达到1000m最大。此外，我们设计照明监控设备，保证灯关闭通信网络故障时自动。

关键词:路灯监控和控制；单片机；nRF401；无线通信；单片机；电力载波通信

1、引言

路灯照明是城市基础设施的组成部分在交通安全、社会安全中占有重要地位，人们的生活，城市appearancestyle和特征，以及城市实力与成熟度。传统的街头灯控采用时间控制器或变压器（配电箱）实现分散控制，具有管理水平差的弊端故障率。由于没有长距离的数据收集和通信功能，路灯管理时间还没有实现，所以，灯的工作，操作结果等不能集中监控、记录和静态，这通常不能得到及时维护。本文介绍了一种路灯远程监控控制系统通过研究工作原理，实现，和字符等，基于单片机技术，无线分析后的通信技术等传统监控系统的弊端。该系统根据需要实现照明监控报警，完成远程路灯监控具有较强的可行性。

2、系统组成与原理

系统是由每一个单灯监控终端控制设备，路灯监控中环火车站和上位机等各路灯监控

中环火车站与中环火车站工作衔接无线传输，与中环火车站联系上PC通过RS232 / 485或USB接口的电线风格。根据不同的地理分布情况，每个工作中环火车站连接一个或多个

无线通信链路的从站。上PC获得照明设备开关状态与终端设备通信。和工作中心站可以与上位机RS232 / 485或总线接口。上位机显示现场照明实时设备状态。单灯监控终端控制器可以实现照明灯启动或关闭上位机，因为城市灯距离越长，我们就可以做路灯监控中环火车站作为数据采集设备作为通信介质的电力载波线。那就是说，中环火车站连接后，再连接上位机通过接口，可适应大规模现场城市需求实现远距离数据传输。

分布式网络结构原理如图1所示。

每个监控终端下位机可以自行设置路灯工作信息或下载控制模式通过上上位机，如时钟日历、开/关时间等上位机各路灯工作状态；监测中环火车站节点可以通过无线向上位机发送指令每个节点之间的跳跃通信；每个路灯节点控制其工作信息，实现故障。

通过电力载波线路报警；如有灯节点失败，超出这个节点和通信，以及作为反馈信息，以控制中央和上位机。MSP430F149单片机作为控制器监控中环火车站；上位机与工作中环火车站连接RS232 / 485或USB总线，实现信息交换响应整个系统监控和管理。监控

中环火车站控制器接收器各种操作上位机控制命令和设置参数各场路灯控制器采集开关类比实现远距离照明灯控制控制模式。上位机连接中环火车站工作RS485或USB总线接口；获取和存储监控数据通过工作站从站上传监测数据。以及下载控制模式和避免系统失控现象的出现是因为网络失败。此外，每个单路灯控制器光强检测模块的功能，可以实现根据夜间或白天自动开关。

3、硬件电路设计

系统路灯监控中环火车站控制器采用美国钛。MSP430F149共单片机；它是一种

低功耗的混合信号控制器，具有16位RSICCPU的结构、16位寄存器和常量发生器。在

运行的CPU，如果它出了毛病，DCO会自动启动，保证系统正常工作。如果程序错误，

我们可以设置看门狗来解决它。和程序稍纵即逝，看门狗会出现溢出情况，看狗会

产生复位信号，使系统重新启动，可以保证系统运行的稳定性。

A单灯监控设备

单灯监控终端的主要功能是开关控制灯开关，集光灯工作实时信息，与监控沟通中环火车站控制器，其硬件模块框架图如图2所示。

ISL29000工作照明强度范围之间1lux和10000lux，可以转换成货币；输出货币与接收照明成正比光电二极管强度。输出货币转换输入电压，计算外环境照明强度通过A/D转换，单片机判断是否开或关。通过灯光强度监控模块，系统可以实现自动控制路灯开关，避免通信故障。较低的PC可以得到每个路灯终端地址通过设置数字端口编码实现继电器驱动开关状态，以及使用货币变压器获得灯工作状态信息。单灯监控终端采用单片机AT89C51，实现通信与MSP430F149通过电力载波通信。电力通信模块由电力组成载波通信专业芯片SSC和SSC

B无线收发电路设计

系统采用nRF401无线收发芯片以挪威北欧为核心的无线通信模块[ 3 ]。蓝牙技术的核心架构抗干扰能力强的调制类型FSK。工作频率稳定可靠外围元件很少。因此，它是适应设计便携式手产品。由于其传输低频率，高接收灵敏度和载波频率这价值是ISM频段433MHZ。nRF401满足无线监控和许可的要求许可证不必要。nRF401可以转换为待机状态接收一个或一个发送状态。根据实际设计要求，控制端口pwr_up，CS，TXEN nRF401与单片机通过下拉电阻。所以，当相应的端口MSP430F149是输入状态，由于拉下来电阻，电流消耗接近零。[ 4 ]因为单片机MSP430F149系列自动串口通信端口，可以连接到nRF401收发电路。电平变换不必要的。无线电工作频带频率模块由串行接口CS设置nRF401外围设备。此外，通过调整rf_pwr端口偏置电阻，辐射功率可以调整。最大辐射功率可以 10dBm时。此外，芯片的VCO电路需要外部VCO电感的值是22nh和连接电感非常关键。无线收发原理如图3所示

检查装置的结构与每个装置的结构相同无线收发装置。无线接口设计为线圈天线，体积小成本低，可直接腐蚀PCB板。它是非常适合便携式和低功耗产品。

C系统抗干扰设计

为防止电磁干扰，本系统采用抗干扰措施；电磁干扰频率范围为0.1Hz ~ 50MHz，所以系统通信采用频率433MHz，可避免主电磁干扰。在现场情况下，天线选择可以改善系统抗干扰功能，所以，巡检站选择高增益全向天线。为了避免多更多终端站编号，天线调整PCB外，和圆天线场调谐等问题，我们选择低价格单鞭天线，并将其固定在合适的顶部位置，可以获得最佳的收发信机效果。nRF401直流近VDD采用高字符容量去耦，nRF401的权力已被过滤，让它分离数字电路。此外，因为巡视旅游设备控制器与中环火车站电脑相连RS-485总线，输出端为双端平衡驱动器，输入端端口是双差放大器。因此，干扰噪声可以取消了。由于工站单灯监控控制设备具有延时开关动作，产生微变电压DU / dt的，和微货币di / dt的全干扰源。降低干扰源的方法DU / dt是并行的能力，减少干扰源di / dt的

串联电感或电阻增加飞轮二极管。在这个系统中，我们增加了飞轮线圈的延迟线圈消除反电动势时的干扰断开线圈。但是，如果只添加飞轮二极管将产生时间延迟，所以，我们添加齐纳二极管实现动作单位时间多。

A上位机通讯

上位机采用VB语言设计的朋友的人机界面，能够达到较高的控制要求，成本较低。以及满足许多数字控制系统要求。我们使用微软通信控制VB提供的通信控制文件，只需要编译小程序代码，并能实现数据收发器。MSP430F149单片机采用iarc430语言设计并完成与上位机的通讯。上位机监控软件结构流程如图所示图4。

B无线收发模块

收发器模块间通信的设计监控中环火车站控制器MSP430F149和下PC控制器AT89C51通过无线连接收发芯片nRF401芯片，实现数据的传输。收发模块发送或接收任务时，单片机采用中断方式实现，保证了控制主程序正常运行。【6】传输数据必须合适的通信协议，可以识别接收机。因此，我们需要分组数据，并添加协议头，传输长度，检查等数据包可以发送到接口，并通过无线模块传输。数据标记头是用来表示一个新的数据块的开始；s块长度保证数据不能丢失。关于编程，我们应预先设计通信协议和思考数据误差校正。纠错可以采用校验和样式或CRC校验样式，校验和是添加数据标记头，保证接收数据不能出错由于环境干扰。收发流程如图5所示。

C单灯监控模块

单灯监控终端管理模块，主要完成监控控制器的功能和单灯监控地址设置，添加和修改等；单灯状态控制与校验模块，主要完成中环火车站的控制时间调节、单灯开关控制及状态监测，以及在线编程timingcontrolling，夜灯控制、故障报警等；模块，实现路灯远程异常、状态异常，或货币故障等记录和报警声光风格，直到用户通知后及时处理正常；照明灯率模块，维护管理模块等。

5、实验与结论

本文设计了一种无线长距离照明基于电力载波的控制系统通信与无线通信技术，基于MSP430F149单片机芯片AT89C51和nRF401，等，实现了集中管理和分布式控制功能等实验结果表明PC与多工之间的传输距离从站控制器可达1000m，通过系统实验，完成野外路灯照明设备控制精度。本文主要介绍无线通信软硬件设计模块和上位机接口模块。系统采用VB可视化字符设计应用程序实现照明灯远程自动控制窗口环境效应。系统具有多抗干扰能力强，可扩展性好，结构简单，成本低，实用性强。[ 7 ]系统采用无线数据传输技术不仅提高了信噪比和监视器精度高，而且还避免了许多繁重的工作，如信号输电电缆，电缆布线，电缆连接，电缆监测等，减少监测和系统监测工作量，时间和成本，所以，在很大程度上，它有更广泛的适用性和更好的经济。如果我们改变测量风格，例如，修复其他监测传感器，并修改相应的软件，可以方便的实现许多其他工业控制值实时监控。这样的作为煤矿有害气体浓度监测仪存储温度监视器，智能大厦监视器，因此，该系统具有较好的推广价值和应用前景。

6、结论

介绍了路灯的上部距离PC监控系统设计方法、结构，和设计硬件/软件等系统采用无线通信技术与电力载波电缆沟通技术等，完成城市街道灯具实时监控。系统还可以及时发现故障，易于维护，达到节能灯控制，以及在线程序分组的定时控制，可以保证照明灯率，实现城市路灯信息管理。系统采用先进的路灯远距离监控技术，使系统具有自动化程度高，运行可靠，高效节能，维护方便等优点，可以弥补传统路灯的不足照明系统。

参考文献
[1] Cui Guimin, Qin Huibin, Luo You. “The Study ofWirelessStreetLampControl System, Electronics amp; Packaging ” , 2007.12, p.42.
[2] Tang Guizhong, Zhang Guangming, Ji Chuihua. “Design of WirelessMonitor Terminal for City Street Lamp Based on MSP430,”Microcomputer and Information , 2004.9, pp. 77-79.
[3] Nordic VLSI. “nRFTM Radio Protocol Guidelines Nan400-07, ”Http://www.nvlsi.no . 2002.12.
[4] Li Jinfeng Cao,Shun Wei, Lifeng. “TheApplication of WirelessReceive Transmitter nRF401 in the Mine System, ”MicrocomputerInformation . 2006.1-2, pp. 242-243.
[5] Zeng Shuiping, Shi Kai. “The Design For Universal Serial Bus BasedOn MSP430F449,”

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