秦大為

(鹽城師范學(xué)院實驗中心，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

根據(jù)GB/T 5700—2008《照明測量方法》和CJJ 89—2012《城市道路照明工程施工及驗收規(guī)程》要求，對新建道路路燈在使用前需要對其平均照度、照度均勻度、平均亮度等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場檢測驗收，對LED 路燈顯色指數(shù)、色溫等參數(shù)進(jìn)行檢測尤其重要。對重新改造的路燈線路在使用前也必須對其平均照度、照度均勻度、平均亮度、亮度均勻度、顯色指數(shù)、色溫等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場檢測驗收。針對目前手工檢測所存在的檢測工作量大、不安全等各種弊端，我們設(shè)計一款無線數(shù)傳車載式道路照明檢測系統(tǒng)，并已于江蘇省鹽城市科維電子儀器廠生產(chǎn)。

1 硬件部分設(shè)計

針對傳統(tǒng)的手工檢測平均照度、照度均勻度等參數(shù)的要求，設(shè)計一種具有測試精度高，采集速度快，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定且能克服電磁干擾的無線數(shù)傳車載式道路照明檢測系統(tǒng)硬件電路。如圖1 所示為系統(tǒng)硬件設(shè)計流程圖。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計流程圖

1.1 傳感器的設(shè)計

光電池把光能轉(zhuǎn)化成電能，一般選擇硅光電池作為傳感器，在硅光電池前加一個可見光函數(shù)余弦修正片，使入射光盡可能多地照射到硅光電池表面，并對可見光進(jìn)行光譜修正。

1.2 無線通信電路的設(shè)計

ADF7020 是一款適用于VHF 和UHF 頻段的收發(fā)器，允許使用ASK/FSK/ OOK/GFSK/GOOK 編碼，具有低功率、高集成度等特性。ADF7020 使用一個外掛VCO 以方便設(shè)計人員選擇工作頻率，頻率主要為433 MHz、868 MHz 和915 MHz 的ISM 操作而設(shè)計，也可用于日本950 MHz 的射頻帶。采用高斯型數(shù)據(jù)濾波器，以實現(xiàn)超高效率的GFSK 或G—ASK 調(diào)制。該器件適合于中國短距離器件監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的電路應(yīng)用，一個收發(fā)器僅需極少的外部元器件，ADF7020 支持各種可編程特性，包括接收的靈敏度、線性度和中頻帶寬，用戶可根據(jù)具體情況在接收機(jī)靈敏度和選擇度與功耗之間進(jìn)行取舍，適合低成本和小面積的應(yīng)用。本設(shè)計采用基于ADF7020 芯片的RF7020 無線數(shù)傳模塊，其采用高效檢錯編碼，當(dāng)發(fā)生連續(xù)突發(fā)錯誤時其最大糾錯可達(dá)24 bits，且編碼增益可達(dá)3 dBm，編碼效率和糾錯能力均處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的前向糾錯編碼，提高了系統(tǒng)的靈敏度與抗干擾能力，模塊還具有自動檢錯過濾功能。所以RF7020 模塊特別適合應(yīng)用于外界干擾較大的惡劣環(huán)境或工業(yè)領(lǐng)域。

RF7020 模塊內(nèi)設(shè)256 bytes 大容量緩沖區(qū)，RF7020 模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的UART/TTL 兩種接口，三種接口校驗方式以及 57 600/38 400/19 200/9 600/4 800/2 400/1 200 bps 七種波特率。RF7020 模塊外部接口采用無線透傳數(shù)據(jù)傳輸模式，能適應(yīng)多種用戶協(xié)議，所收即所發(fā)。如圖2 所示為終端設(shè)備與無線模塊連接示意圖。

圖2 模塊連接圖

1.3 信號放大電路的設(shè)計

本設(shè)計使用的是一個帶有二級運(yùn)放的運(yùn)算放大電路，前級放大器采用運(yùn)算放大器OPA129，次級運(yùn)放選用運(yùn)算放大器OP07。如圖3 所示。

圖3 運(yùn)算放大器電路圖

1.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計

本系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換采用AD 轉(zhuǎn)換器TLV2542。TLV2542 的設(shè)計允許在極低的功耗下工作而且采用自動掉電的方式使其功耗低的特點得到進(jìn)一步增強(qiáng)，其外圍電路如圖4 所示。

圖4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖

1.5 信號處理電路的設(shè)計

本設(shè)計選用的單片機(jī)型號為AT89C2051?？杉嫒輼?biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)，單片機(jī)內(nèi)置通用8 位中央處理器及Flash 存儲單元，它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供高靈活度和低成本的解決辦法。

1.6 供電電路的設(shè)計

電源模塊是由7.4 V 可充電鋰電池組和DC/DC電源模塊組成，為了減小電源對運(yùn)算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的干擾，本系統(tǒng)先采用LM2940 穩(wěn)壓三極管得到+5 V 電壓，然后選用DC-DC 穩(wěn)壓模塊MAX660ESA，MAX660 為負(fù)電壓產(chǎn)生芯片，輸出紋波峰峰值小于100 mV，以供電路板使用。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 下位機(jī)程序設(shè)計

本系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想，根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計方案和硬件電路功能將軟件程序大體分為六大塊。采用C 語言，依據(jù)先總體設(shè)計，再進(jìn)行各功能模塊的設(shè)計原則完成其下位機(jī)的程序設(shè)計工作。

2.2 上位機(jī)程序設(shè)計

本系統(tǒng)計算機(jī)軟件編程基于Microsoft Visual Basic 語言，設(shè)計出一款簡單、方便、易操作的檢測軟件，該軟件可以實現(xiàn)實時檢測、動態(tài)快速測量、實時數(shù)據(jù)存儲、測量結(jié)果曲線圖顯示、自動生成報表、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。如圖5 所示為軟件的參數(shù)設(shè)置界面。由于道路照明檢測要求是測量道路路面的照度，而傳感器位于引擎蓋而非地面，所以要得到路面照度需要將引擎蓋上的照度值進(jìn)行修正，經(jīng)過多次實驗測試，測出小轎車引擎蓋的修正系數(shù)為0.93。參數(shù)填寫完成之后點擊確認(rèn)，進(jìn)入系統(tǒng)測試界面。

圖5 軟件的參數(shù)設(shè)置界面圖

如圖6 所示為無線車載道路照明檢測系統(tǒng)的主界面圖，該界面設(shè)計簡潔明了，針對檢測，得到一目了然的檢測結(jié)果。軟件中部顯示區(qū)域為測量結(jié)果動態(tài)曲線圖，測試者可更加直觀地查看道路照明照度、亮度變化曲線。

圖6 檢測系統(tǒng)的主界面圖

歷史數(shù)據(jù)查詢界面如圖7 所示。

圖7 歷史數(shù)據(jù)查詢界面圖

3 小 結(jié)

本設(shè)計是基于AT89C2051 單片機(jī)以及ADF7020無線通信芯片的無線車載道路照明檢測系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可精確測量照度、照度均勻度、亮度、亮度均勻度等多項路燈光源光度學(xué)方面的主要技術(shù)參數(shù)，為路燈光源光度學(xué)指標(biāo)現(xiàn)場測量提供了科學(xué)可靠的技術(shù)支持。比起有線檢測系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)具有安裝簡易，攜帶方便等優(yōu)勢，檢測精準(zhǔn)度毫不低于有線檢測系統(tǒng)。

經(jīng)校準(zhǔn)及現(xiàn)場使用驗證，基于AT89C2051 單片機(jī)以及ADF7020 無線通信芯片的無線車載道路照明檢測系統(tǒng)無論從檢測精度還是檢測數(shù)據(jù)的可重復(fù)性以及檢測速度、抗干擾性等方面都能滿足城市道路照明效果的現(xiàn)場測量要求，該項目已經(jīng)申請國家專利，填補(bǔ)國內(nèi)城市道路照明無線車載檢測設(shè)備的空白，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益。

［1］錢偉，秦大為，曹剛.車載式道路照明檢測系統(tǒng)［J］.燈與照明，2010(3)

［2］秦大為.道路照明的照度測量方法［J］.電工技術(shù)，2009(3)

［3］周封，王晨光.基于GPRS/GSM 的路燈監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2008(1)

［4］申曉明.無線通信系統(tǒng)在路燈監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.科教文匯(上半月)，2006(7)

［5］嚴(yán)萍，李劍清.照明用LED 光學(xué)系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計［J］.半導(dǎo)體光電，2004(3)

［6］李善民.基于ZigBee 單片機(jī)的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.華南理工大學(xué)，2013

［7］PAT RICK Kinney，etc.ZigBee technology:wireless control that simply works［J］.Communications Design Conference，2003(2)