蘭州照明智能控制系統-長沙智能照明控制器-江西智能照明控制器

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1 系統方案概述

本文的智能照明控制系統由無線傳感器網絡、OPC服務器和用戶界面三部分組成。

底層的無線網絡采用星型結構，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。系統使用ATmega16L單片機和nRF905無線射頻模塊構成工作于433MHz的無線網絡節點，兩者通過SPI串行口相連。

圖1 節點結構

上位機中具有專門開發的OPC DA服務器。OPC 服務器與組態軟件中開發的用戶界面之間采用OPC技術通信，與無線網絡中的基站之間采用RS232串行通信。OPC服務器負責將用戶下達的控制命令傳送給無線網絡中的基站，并將基站傳輸的設備狀態上傳至用戶界面顯示。

在組態軟件中開發的用戶界面能實時準確的顯示設備狀態，并可實現對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。

2 系統軟件設計

2.1 無線傳感器網絡設計

無線傳感器網絡是由一些低功耗、低成本、體積小的傳感器節點，以無線通訊方式組成的網絡，融合傳感器技術、信息處理技術、嵌入式技術和網絡通信技術，實現信息的采集、處理、傳輸及應用，具有施工成本低、系統擴展性好、運行維護易等優點。本系統的無線網絡結構設計如下：

1）網絡拓撲

系統無線網絡采用星型結構，有基站和從站兩類節點?；九c各從站間進行雙向通信，從站互不通信。網絡中的每個節點都配有ID地址，有接收、發送兩種狀態，默認處于接收狀態。

2）MAC層協議

為避免多個從站同時向基站發送信息導致信道沖突，且照明系統對控制時延性要求不高，所以網絡MAC層采用非堅持CSMA/CA協議。通信前，節點先利用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。若信道忙碌則節點隨機延遲一段時間后再重新。

信道空閑時，節點并不立即發送，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，可能有多個要發送數據的從站同時到信道空閑，此時信道沖突的可能性大，所以節點隨機退避一段時間后再進行發送。

這里采用二進制指數退避算法BEB，設爭用期（即節點發出數據至接收到信道沖突的時間）為2t，各站重傳次數為N,從整數集合0,1,…,(2N-1)中隨機取數，記為R。節點重傳產生的時延D為2t的R倍，即D=R×2t。

站點在發送前若檢測到信道空閑，就立即啟動退避計數器，只要信道空閑，退避計數器就遞減，若退避過程中檢測到信道被占用則暫停退避計數器并保持計數器值不變，當信道重新空閑時在原有計數值基礎上再次啟動退避計數器，當計數值減到零時節點發送數據。

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1）沖突避免策略

CSMA/CA協議只能解決發送端的數據沖突問題，但接收端仍存在數據沖突的可能，即“隱藏節點”問題。因此系統引入RTS/CTS/DATA/ACK握手機制。具體過程如下：

⑴從站向基站發送前先通過競爭方式獲得信道使用權，再向基站發送請求連接幀RTS(Request To Send)。

⑵基站收到從站的RTS幀后，向從站發送連接確認幀CTS(Clear To Send)，建立兩者之間的通信連接。

⑶從站收到基站的CTS幀后，向基站發送數據幀DATA，若沒有收到CTS幀，則重新發送RTS幀。

⑷基站收到從站的DATA幀后，向從站發送數據確認幀ACK。

⑸從站收到基站的ACK幀后，整個通信過程結束，若沒有收到,則重新發送DATA。

4）差錯控制

在差錯控制方面，系統采取數據重發機制與nRF905自身CRC校驗相結合的方式。從站在發送RTS或DATA后，若在時間內沒有收到基站的CTS或ACK，則重新發送傳輸失敗的幀，直到接收到回復或重發次數達到設定值。

另外，nRF905提供對CRC校驗的硬件支持，通過設置RF配置寄存器中的CRC_MODE值，采取8位CRC校驗。當接收的數據CRC校驗出錯時，nRF905會自動丟棄錯誤幀。

5）數據傳輸

系統有兩種數據傳輸模式：點播和廣播。點播是指基站向指定從站發送命令或某一從站向基站傳輸數據，是點對點通信。廣播是指基站向所有從站發送命令，此時目的地址為統一值，是點對多點通信。

6）通信幀

系統有兩種幀類型，分別是控制幀RTS、CTS、ACK和數據幀DATA。其中，前導碼表明幀的開始；源地址為發送的設備地址；目的地址為接收的設備地址；幀類別說明此幀的功能；有效數據是傳輸的具體內容；結束碼表明此幀的結束。

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