隨著太陽能LED路燈在城市照明系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，如何節(jié)約能源、提高路燈能源的利用率己成為急需解決的問題。太陽能LED路燈涉及到光伏電池、LED燈頭、蓄電池和路燈控制系統(tǒng)，能否最大效率地利用太陽能和延長LED燈頭的使用壽命，是目前迫切需要解決的問題。ZigBee技術(shù)以其功耗低、通信可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)為路燈自動(dòng)控制領(lǐng)域提供了較合適的解決方案[1-3]。
本文研究了ZigBee技術(shù)及JN5139混合信號(hào)微控制器，從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單位出發(fā)，采用照度傳感器、溫度傳感器、直流電壓傳感器和電流傳感器分別采集光伏電池電流電壓、蓄電池電流電壓、LED燈頭溫度和照度等數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了基于JN5139模塊的具有全功能設(shè)備(FFD)的靈活多變、性能優(yōu)越的太陽能LED路燈狀態(tài)傳感器節(jié)點(diǎn)，為組建高性能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)做了基礎(chǔ)性的工作。將ZigBee技術(shù)結(jié)合傳感器技術(shù)組成網(wǎng)絡(luò)，解決其他控制方法中存在的問題：選擇亮度傳感器實(shí)時(shí)采集LED燈頭照度，降低了特殊環(huán)境、特殊時(shí)間誤開誤關(guān)的幾率，擺脫了人工干預(yù)。
1 太陽能LED路燈狀態(tài)傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)
傳感器節(jié)點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、射頻通信模塊、定位模塊和電源模塊等。傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù);無線通信模塊負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù);能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供所需的能量。
2 傳感器節(jié)點(diǎn)的功能
一般的ZigBee網(wǎng)絡(luò)由3種節(jié)點(diǎn)組成：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組織和維護(hù);路由器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)幀的路由;而終端設(shè)備則是實(shí)現(xiàn)具體功能的單元。本節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為全功能節(jié)點(diǎn)(FFD)設(shè)備，起到路由的作用，同時(shí)負(fù)責(zé)本地太陽能LED路燈狀態(tài)等參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，可實(shí)現(xiàn)如下功能：
(1)傳感器節(jié)點(diǎn)能定時(shí)向監(jiān)測分中心發(fā)送太陽能LED路燈狀態(tài)測量數(shù)據(jù);
(2)傳感器節(jié)點(diǎn)能響應(yīng)監(jiān)測分中心的要求，實(shí)時(shí)采集太陽能LED路燈狀態(tài)數(shù)據(jù);
(3)當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)檢測到數(shù)據(jù)超過閾值或者自身能量較低時(shí)，發(fā)送報(bào)警消息;
(4)能按照時(shí)間自動(dòng)存貯太陽能LED路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以查詢某一時(shí)刻的太陽能LED路燈狀態(tài)數(shù)據(jù);
(5)微型化、低功耗、低成本，具有高可靠性、穩(wěn)定性和安全性。
3 傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)
傳感器節(jié)點(diǎn)是由全功能設(shè)備(FFD)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
3.1 微處理器模塊
作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，低功耗設(shè)計(jì)尤為重要。經(jīng)過詳細(xì)的器件功耗比較之后，選取JN5139混合信號(hào)微控制器作為處理器模塊的核心。JN5139是集成了uFl天線的高功率模塊，可以在最短的時(shí)間內(nèi)在最低的成本下實(shí)現(xiàn)IEEE802.15.4或ZigBee兼容系統(tǒng)。該表貼模塊利用Jennic的JN5139無線微控制器來提供完整的射頻和RF器件的解決方案。模塊提供了開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所需要的豐富的外圍器件。模塊特性:集成uFl天線插槽;兼容2.4 GHz、IEEE802.15.4和ZigBee協(xié)議;2.7 V～3.6 V操作電壓;睡眠電流(包括睡眠定時(shí)器處于活動(dòng)狀態(tài))2.8 μA;接收靈敏度-100 dBm。MCU特性：16 MHz 32 bit RISC CPU;96 KB RAM, 192 KB ROM;4個(gè)輸入端口，12 bit ADC，2個(gè)11 bit DAC，2個(gè)比較器，2個(gè)應(yīng)用級(jí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，2個(gè)串口(一個(gè)用于系統(tǒng)在線調(diào)試)，1個(gè)SPI接口，支持5個(gè)片選。能夠組建健壯的、安全的低功耗無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
