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广州无线智能照明模块-济南定制化照明方案-浙江定制化照明方案

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1 系统方案概述

本文的智能照明控制系统由无线传感器网络、OPC服务器和用户界面三部分组成。

底层的无线网络采用星型结构，包括一个基站和多个。其中，从站与被控LED灯连接并将灯的状态信息传送给基站。基站通过RS232与PC机相连，将接受的控制命令下达给从站。系统使用ATmega16L单片机和nRF905无线射频模块构成工作于433MHz的无线网络节点，两者通过SPI串行口相连。

节点结构

上位机中具有专门开发的OPC DA服务器。OPC 服务器与组态软件中开发的用户界面之间采用OPC技术通信，与无线网络中的基站之间采用RS232串行通信。OPC服务器负责将用户下达的控制命令传送给无线网络中的基站，并将基站传输的设备状态上传至用户界面显示。

在组态软件中开发的用户界面能实时准确的显示设备状态，并可实现对LED灯的组合控制、温度控制、PWM控制、定时控制及操作记录等功能。

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2 系统软件设计

2.1 无线传感器网络设计

无线传感器网络是由一些低功耗、低成本、体积小的传感器节点，以无线通讯方式组成的网络，融合传感器技术、信息处理技术、嵌入式技术和网络通信技术，实现信息的采集、处理、传输及应用，具有施工成本低、系统扩展性好、运行维护易等优点。本系统的无线网络结构设计如下：

1）网络拓扑

系统无线网络采用星型结构，有基站和从站两类节点。基站与各从站间进行双向通信，从站互不通信。网络中的每个节点都配有ID地址，有接收、发送两种状态，默认处于接收状态。

2）MAC层协议

为避免多个从站同时向基站发送信息导致信道冲突，且照明系统对控制时延性要求不高，所以网络MAC层采用非坚持CSMA/CA协议。通信前，节点先利用nRF905的载波检测引脚CD信道是否空闲，若空气中有同频信号则CD自动置高。若信道忙碌则节点随机延迟一段时间后再重新。

信道空闲时，节点并不立即发送，而是采取的退避机制，将信道冲突的概率降至小。因为当某从站与基站通信完毕的瞬间，可能有多个要发送数据的从站同时到信道空闲，此时信道冲突的可能性大，所以节点随机退避一段时间后再进行发送。

这里采用二进制指数退避算法BEB，设争用期（即节点发出数据至接收到信道冲突的时间）为2t，各站重传次数为N,从整数集合0,1,…,(2N-1)中随机取数，记为R。节点重传产生的时延D为2t的R倍，即D=R×2t。

站点在发送前若检测到信道空闲，就立即启动退避计数器，只要信道空闲，退避计数器就递减，若退避过程中检测到信道被占用则暂停退避计数器并保持计数器值不变，当信道重新空闲时在原有计数值基础上再次启动退避计数器，当计数值减到零时节点发送数据。

OPC DA服务器

OPC技术是用于过程控制的对象链接与嵌入技术，其以COM/DCOM/COM+技术为基础，采用服务器/客户端模式。本系统针对智能照明控制系统的需求，开发专门的OPC DA服务器，设计如下。

图6 OPC DA服务器结构图

1）OPC对象与接口

系统编写实现OPC DA服务器的定制接口，采用E形式，以OPC3.0规范为标准，向下兼容OPC2.0版。系统的OPC对象与接口包括OPC Server、OPC Group和OPC Item三种对象。

其中，OPC Server和OPC Group为标准COM对象，服务器对象不支持聚合，支持连接点机制。组对象支持聚合、连接点机制。项对象不是标准的COM对象，通过一个类进行描述，在类中定义项对象的属性和操作方法。

系统OPC Server对象实现的接口包括：IOPCServer、IOPCommon、IOPCBrowseServerAddressSpace、IOPCItemIO 、IOPCItemProperties及IOPCBrowse。OPC Group对象实现的接口包括：IOPCItemMgt、IOPCItemDeadbandMgt、IOPCGroupStateMgt2、IOPCGroupStateMgt、 IOPCSyncIO、 IOPCSyncIO2、IOPCAsyncIO、 IOPCAsyncIO2及IOPCAsyncIO3。

2）服务器地址空间

系统的服务器地址空间由OPC服务器内所有可读写的数据项组成，根据实际情况预先设计，采用树型结构。整个服务器地址空间使用一个自定义的结构体数组进行存储，其结构体成员包括：结点的ID号、结点的名字、父结点的ID号、左子女结点的ID号和右兄弟结点的ID号。后，系统通过定义一个类对服务器地址空间进行管理。

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