基于嵌入式和無線收發模塊的教學樓節能系統

　　目前，國內各大高校中，同學們的自覺節能意識薄弱，在教室光線足夠亮時也開燈，課上完離開教室后燈還亮著的現象普遍存在;而且，學校節能規劃極為欠缺，教室的燈光控制由專門的管理人員手工管理，教室極多，管理人員管理不過來，這樣就造成不必要的電能浪費和經濟損失。本文將嵌入式技術、新興的ZIGBEE 無線通信技術和傳感器技術相結合設計了教學樓節能控制系統，以便能為學校節能及國家節能做出微薄貢獻。

　　1 教室樓節能系統方案

　　教學樓智能節能系統按功能分由主控制器、ZigBee無線傳輸網絡、亮度檢測三部分組成。其中，主控制器負責接受來自ZIGBEE 網絡的數據，并根據數據做出相應的判斷和處理;ZIGBEE 無線傳輸網絡負責主控制器和亮度檢測部分的通信;亮度檢測部分負責室內燈光的采集、分析和相應處理。

　　系統主控制器采用ARM9 架構的32 位嵌入式RISC 處理器。通過在亮度監控儀和主控制器中嵌入ZigBee無線收發模塊，實現各網絡子節點和系統主控制器的數據傳送，從而實現整個系統的無線通信。

　　節能系統的總體框圖如圖1 所示。

　　圖1 系統結構框圖

　　本系統中，亮度監控儀的功能是采集教室光度信號加以處理以確定教室的光線亮度，并通過無線方式將數據傳送給節能系統的主控制器。主控制器根據教室亮度監控儀發送來的信息和學校相關作息時間信息對教室燈的亮滅情況做出判斷，并將相關操作指令傳給亮度監控儀，最后由亮度監控儀來完成教室燈的亮滅工作。

　　2 系統硬件設計

　　節能系統主控制器主要由基于S3C2440 的ARM9控制器和基于CC2430的無線收發傳輸模塊兩部分組成。其內部存儲亮度標準信息、學校作息時間等學校節能參考信息，通過和外部發送來的各個教室亮度信息比較，下達指令給教室的亮度監控儀，后者實現燈具的開關操作。亮度監控儀主要是由CC2430芯片、采光電路及相關CC2430 外圍部件構成。

　　2.1 ARM9 硬件設計

　　ARM 是對一類微處理器的通稱，也可以認為是一種技術的名字?；贏RM 技術的微處理器應用約占據了32 位RISC 微處理器75%以上的市場份額。開發基于ARM 的控制器有著廣泛的應用前景。

　　控制器硬件設計采用功能強大S3C2440 芯片加上其他功能模塊。處理器采用SAMSUNG 生產的S3C2440.選取三星生產的K9F120 芯片構成64MNAND FLASH.用兩片32M 的HY57V561620 構成64M SDROM. LCD 由CPU 外加驅動電路控制。

　　2.2 亮度監控儀設計

　　亮度監控儀結構框圖如下：

　　圖2 亮度監控儀結構框圖。

　　其中，亮度監控儀處理器采用CC2430 芯片，該芯片的CPU 寄存器與標準的8051 寄存器相同，同時CC2430 芯片內部集成傳統的CC2420 芯片的功能。

　　亮度監控儀主要功能是讀取照度傳感器采集信號，經過AD 處理后，將數據無線發送出去，供上位機查詢;并在收到上位機指令后，進行燈具合理控制實現教室智能節能的功能。照度傳感器采用on9658 光電集成傳感器，其為可見光照度傳感器，主要電氣特點是靈敏度高，電流隨光照強度增強呈線性變化;內置微信號CMOS 放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，溫度穩定性好。其主要功能是采集教室的亮度信號，傳送給CC2430 處理器。

　　照度傳感器工作電路如下。由于CC2430 的AD輸入范圍為0~3.3V，此處選擇一個3.V 穩壓二極管。

　　圖3 照度傳感器電路。