基于ZigBee的路灯监控系统设计

江苏师范大学本科生毕业设计 基于Zigbee网络的路灯监控系统设计

直流稳压电源 LED检测 CC2430 交流电 （220V，50Hz） LED驱动电路 LED路灯

图4-2 单个路灯监控系统设计

4.1.1直流稳压电源的供电电路设计

220V交流电经过变压器降压后得到9V交流电，然后经过整流桥全波整流，电容滤波稳压后得到稳定的5V直流电源。本设计采用稳压芯片7805来获得所需直流稳压电源。7805的电压输入范围较宽，输入电压在7V-36V之间都可实现良好的稳压效果。考虑芯片的热效应及稳压的准确性，所以尽量减少输出电压与输入电压的电压差，同时为了保证电源可以提供足够的功率，电压压差至少要大于3V，所以本系统的输入电压定位9V，足以保证电源所能提供的功率，且芯片不会过热[15]。

D1是整流桥，选用耐压值AC600V电流为2A的KBP206。C1、C2、C3是

用来吸收低频脉动和滤波的电容，可以是电压更为平稳。为使直流电源更加稳定，本电路中使用电容C2吸收其他频率成分的谐波。U1是7805稳压芯片，该芯片稳定性、可靠性较高，且能产生稳定额5V直流电源[14]。C3除了启动吸收谐波的作用外，还可防止出现稳压后的直流电源随后级负载的加重而逐渐降低的情况。

除去需给检测电路提供5V直流电源外，Zigbee芯片需要3.3V的直流电压，

故需要使用一个三端稳压器把5V电压转换为3.3V直流电源。本设计中中采用AMS1117芯片，输出电压为3.3V，输出电流可高达1A。

直流电源的供电电路分别如图4-3、4-4所示。

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1220VT1D1C1470μF220VTRANS1 GNDC210μFVINGNDVOUT3VCCU378052C310μF 图4-3 直流电源供电电路

+5V1VINVOUTu3AMS11173VDDGND2C422μFGNDC5470μFGND

图4-4 3.3V直流电源供电电路

4.1.2 光敏检测电路

目前常用的光敏器件是光敏电阻，利用其光线越强电阻越低，光线越暗电阻越大的特点，可将光信号转换成电信号，再经过电压比较器的方式，可以有效地完成对光线信息的采集。在本设计中，保证系统在光线临界状态时的稳定性，是设计的重难点所在。由于光敏电阻对光线变化较敏感且电阻值变化是连续的，故当光线达到临界点时，输出信号极不稳定，在设计中可采用将运放接成电压比较器的方式，可以实现较为精确的控制。

方案一：直接用光敏电阻串联电阻，然后将检测到的电压信号送至CC2430的P1.0口。当光线较强时光敏电阻阻值很小，P1.0口输入高电平；当光线不足时光敏电阻阻值升高，P1.0口输入地电平。但光敏电阻阻值比较敏感，在检测信号的高低电平间进行切换时容易导致误判。

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方案二：本设计采用方案二，其在方案一的基础上加入电压比较器。如图4-5所示。

当电压比较器的同相端输入电压大于反向端输入电压时，比较器输出高电压，反之则输出低电压。本方案中将触发高点电平的门限电压变为由R2和R3共同控制的任意电平，从而扩大高电平区间，故在本设计中使用本方案。

VCCR150KR210k823LM358R4R310KU4A1P0.24 图4-5 光敏检测电路

4.1.3支路控制电路的设计

该支路的控制电路是由CC2430的处理器直接控制继电器来实现的，每一个路灯都是用一个单独的继电器来控制，容易实现且操作简单。当光敏电路检测光线明暗时会向CC2430输入一个检测信号，然后CC2430输出一个控制信号决定NPN型三极管B极和E极间的电压，控制三极管是否导通，从而控制继电器的断开与闭合，达到控制路灯开关的目的[15]。电路图如图4-6所示。

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VCCP0.1R1200ΩQ1PNPVDDD1341482Q15R12425ΩDS1LAMPJDQ1 图4-6 支路控制电路

4.1.4 工作电流检测电路

采用光敏电阻对路灯是否正常工作进行检测很容易实现，但是由于光敏电阻对光线强弱的反应很灵敏，很难准确控制，无法对路灯的工作状态进行较为准确的检测。所以在本设计中为了保证系统的稳定性和准确性，在LED路灯的驱动电路中串联一个采样电阻。因为采样电阻是对路灯工作电流进行检测，故采样电阻不能太大，否则影响LED路灯的工作状态，本电路中使用的采样电阻为1欧姆，所以采样信号要远小于CC2430所能检测到的高电平信号，所以在检测信号后加入一级电压信号放大器，放大倍数约为15倍[16]。当取样电压为0时，认为电路发生短路故障，当采样电压超过某个值时，认为工作电路过电流故障。本设计中放大电路采用OP07芯片，该芯片是一款低噪声的双极性运放集成电路，OP07拥有较低的输入失调电压，所以在很多场合不需要额外的调零措施。电路图如图4-7所示。