專利名稱：道路亮度無線測(cè)量系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于亮度測(cè)量和無線通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用傳感器技術(shù)、 ZigBee和GPRS無線通訊技術(shù)對(duì)道路亮度進(jìn)行采集和無線傳輸?shù)南到y(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線在道路照明控制中也有應(yīng)用，但是大多存在著通訊接口協(xié)議復(fù)雜，而且需要鋪設(shè)專用線纜，存在著成本高、維護(hù)不方便等問題；窄帶電力線載波直接利用電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，省去了專用電纜的安裝，構(gòu)建靈活，具有性價(jià)比高、升級(jí)方便、維護(hù)簡單等特色，但存在電力線干擾大、傳輸速率慢的缺點(diǎn)，大規(guī)模應(yīng)用的可靠性還有待驗(yàn)證。隨著通信和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)因其組網(wǎng)方便，布局容易，維護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn)，開始逐步應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。在道路照明測(cè)量中，目前成熟的應(yīng)用大多采用常規(guī)工業(yè)頻段或利用GSM短信息或GPRS/CDMA等公眾網(wǎng)。采用數(shù)傳電臺(tái)不但需要申請(qǐng)工業(yè)頻段，天線架設(shè)麻煩，而且設(shè)備價(jià)格較高；GSM短消息通信實(shí)現(xiàn)簡單，不過實(shí)時(shí)性和信息量得不到保證，而 GPRS/CDMA按流量計(jì)費(fèi)，在照明燈具節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，系統(tǒng)成本會(huì)急劇上升。ZigBee無線通信技術(shù)具有低成本、低功耗、對(duì)等通信的重要特征和優(yōu)點(diǎn)。終端間的直通能力即實(shí)現(xiàn)對(duì)等通信是短距離無線通信的重要特征，有別于長距離無線通信技術(shù)，對(duì)等通信無需網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行中轉(zhuǎn)，接口設(shè)計(jì)和高層協(xié)議相對(duì)比較簡單，更適合于城市道路照明測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)?；?jié)點(diǎn)通信，國內(nèi)外已有不少機(jī)構(gòu)和公司開始關(guān)注和研究基于無線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化道路照明測(cè)量系統(tǒng)。另外，目前市場(chǎng)上銷售的亮度計(jì)的視場(chǎng)均為圓形，當(dāng)按照以上方法測(cè)量路面上規(guī)定點(diǎn)的亮度時(shí)，事實(shí)上是測(cè)量路面上一塊上寬下窄的變形長橢圓形區(qū)域，而且測(cè)量距離越遠(yuǎn)、亮度計(jì)視場(chǎng)角越大，橢圓的變形就越大。此外，當(dāng)采用此類亮度計(jì)測(cè)量遠(yuǎn)處道路上規(guī)定點(diǎn)的亮度時(shí)，要瞄準(zhǔn)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)是十分困難的，因此造成了測(cè)量準(zhǔn)確度和效率低、測(cè)量結(jié)果重復(fù)性差等后果。為此，設(shè)計(jì)了測(cè)量視場(chǎng)為梯形的亮度計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)5m寬道路正前方 60m-160m路段的路面平均亮度的測(cè)量，測(cè)量準(zhǔn)確度和效率均較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種道路亮度無線測(cè)量系統(tǒng)及其方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)道路亮度測(cè)量成本高、效率低、準(zhǔn)確性差、數(shù)據(jù)記錄復(fù)雜等問題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是—種無線亮度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)所述無線測(cè)量系統(tǒng)包含若干個(gè) ZigBee亮度測(cè)量終端、ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)、GPRS服務(wù)器以及若干個(gè)客戶端。所述ZigBee亮度測(cè)量終端利用亮度傳感器采集亮度，然后利用ZigBee技術(shù)將亮度數(shù)據(jù)無線發(fā)送至遠(yuǎn)端的ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)；所述網(wǎng)關(guān)通過GPRS技術(shù)將亮度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離無線傳送給GPRS服務(wù)器； 若干個(gè)客戶端可以通過^ternet網(wǎng)絡(luò)查看所有ZigBee亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，ZigBee亮度測(cè)量終端包含亮度傳感器、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及ZigBee無線數(shù)傳模塊。亮度傳感器測(cè)量亮度范圍從0至20cd/m2，對(duì)應(yīng)輸出4至20mA 的電流信號(hào)；通過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為OV至5V的電壓信號(hào)；緊接著通過分壓電路得到OV至3. 3V的電壓信號(hào)；最后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并傳送給微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。ZigBee無線數(shù)傳模塊主要負(fù)責(zé)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并無線發(fā)送所采集到的亮度數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)包含ZigBee無線數(shù)傳模塊和GPRS無線數(shù)傳模塊。 該ZigBee無線數(shù)傳模塊主要負(fù)責(zé)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并接收各個(gè)測(cè)量終端上傳的亮度數(shù)據(jù)； 該GPRS無線數(shù)傳模塊主要與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，并對(duì)所有的亮度數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)測(cè)量終端的信息進(jìn)行處理，最終上傳至GPRS服務(wù)器。優(yōu)選的，所述ZigBee無線數(shù)傳模塊包含微處理器、射頻阻抗匹配電路和2. 4GHz天線。微處理器用于運(yùn)行ZigBee無線傳輸協(xié)議棧程序，以及對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析、處理。 射頻阻抗匹配電路負(fù)責(zé)連接微處理器的射頻端與天線，并達(dá)到50歐姆阻抗匹配的效果。 2. 4GHz天線可以采用塑膠棒天線、陶瓷天線或者PCB天線。優(yōu)選的，所述ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)中ZigBee無線數(shù)傳模塊和GPRS無線數(shù)傳模塊是通過串口進(jìn)行連接。ZigBee無線數(shù)傳模塊通過串口發(fā)送AT指令控制GPRS無線數(shù)傳模塊； GPRS無線數(shù)傳模塊通過串口反饋信息給ZigBee無線數(shù)傳模塊。優(yōu)選的，所述GPRS無線數(shù)傳模塊包含SIM卡、啟動(dòng)和復(fù)位按鍵、網(wǎng)絡(luò)指示燈、 900MHz天線。ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)之后，通過手動(dòng)啟動(dòng)GPRS無線數(shù)傳模塊， 建立與GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接，網(wǎng)絡(luò)指示燈表明當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。優(yōu)選的，所述ZigBee無線數(shù)傳模塊根據(jù)所傳輸距離的要求，可以包含功率放大器，最大輸出功率可以達(dá)到17daii。作為優(yōu)選的，所述的GPRS服務(wù)器具有公網(wǎng)IP地址，并且運(yùn)行遵循TCP/IP協(xié)議的 GPRS服務(wù)器軟件。服務(wù)器必須擁有公網(wǎng)IP地址，才可以與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接。服務(wù)器存儲(chǔ)所采集到的亮度數(shù)據(jù)，記錄網(wǎng)關(guān)信息和所有ZigBee亮度測(cè)量終端信息，并且對(duì)這些信息進(jìn)行分類和處理。優(yōu)選的，所述客戶端運(yùn)行遵循TCP/IP協(xié)議的無線亮度測(cè)量客戶端軟件，用戶可以通過訪問客戶端查看所有ZigBee亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種無線亮度測(cè)量方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(I)ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)上電后進(jìn)行軟硬件初始化，緊接著建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，等待 ZigBee亮度測(cè)量終端加入；(2)手動(dòng)啟動(dòng)ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)的GPRS無線數(shù)傳模塊，與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，點(diǎn)亮GPRS網(wǎng)絡(luò)連接指示燈；C3)ZigBee亮度測(cè)量終端上電后進(jìn)行軟硬件初始化，緊接著自動(dòng)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；(4) ZigBee亮度測(cè)量終端周期性測(cè)量亮度，并將亮度數(shù)據(jù)無線發(fā)送至 ZigBee-GPRS 網(wǎng)關(guān)；(5) ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)對(duì)接收到的亮度數(shù)據(jù)和相應(yīng)的ZigBee亮度測(cè)量終端信息進(jìn)行處理，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器；
(6)GPRS服務(wù)器存儲(chǔ)所采集到的亮度數(shù)據(jù)，記錄網(wǎng)關(guān)信息和所有ZigBee亮度測(cè)量終端信息，并且對(duì)這些信息進(jìn)行分類和處理。(7)客戶端運(yùn)行無線亮度測(cè)量客戶端軟件，用戶可以通過訪問客戶端查看所有 ZigBee亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述無線亮度測(cè)量方法可以按照如下步驟進(jìn)行首先，ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)上電啟動(dòng)，其電源指示燈同時(shí)開啟，緊接著建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，等待ZigBee亮度測(cè)量終端加入。然后，手動(dòng)啟動(dòng)ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)的GPRS無線數(shù)傳模塊，與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，點(diǎn)亮GPRS網(wǎng)絡(luò)連接指示燈，并在服務(wù)器顯示界面上顯示當(dāng)前 ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)狀態(tài)。接著，上電啟動(dòng)若干個(gè)ZigBee亮度測(cè)量終端，當(dāng)成功加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)之后，周期性測(cè)量亮度，并將亮度數(shù)據(jù)無線發(fā)送至ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)。由于各個(gè)終端均是采用電池供電，因此在非測(cè)量周期內(nèi)，為達(dá)省電目的，采取休眠處理。最后，ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)對(duì)接收到的亮度數(shù)據(jù)和相應(yīng)的ZigBee亮度測(cè)量終端信息進(jìn)行處理，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器；GPRS服務(wù)器存儲(chǔ)所采集到的亮度數(shù)據(jù)，記錄網(wǎng)關(guān)信息和所有ZigBee亮度測(cè)量終端信息，并且對(duì)這些信息進(jìn)行分類和處理。另外，客戶端運(yùn)行無線亮度測(cè)量客戶端軟件，用戶可以通過訪問客戶端查看所有 ZigBee亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是低成本、低功耗、對(duì)等通信，接口設(shè)計(jì)和高層協(xié)議相對(duì)比較簡單，更適合于城市道路照明測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)模化。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中道路亮度無線測(cè)量系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中ZigBee亮度測(cè)量終端結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的實(shí)施例中亮度測(cè)量傳感器原理5為本發(fā)明的實(shí)施例中電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和分壓電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)的工作流程圖；圖7為本發(fā)明的實(shí)施例中ZigBee亮度測(cè)量終端的工作流程圖；圖8是本發(fā)明的實(shí)施例中GPRS服務(wù)器軟件的工作流程圖； 圖9為本發(fā)明的實(shí)施例中客戶端軟件的工作流程具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例某地區(qū)無線亮度測(cè)量系統(tǒng)如圖1，本實(shí)施例的無線亮度測(cè)量系統(tǒng)采用如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中包含若干個(gè)ZigBee亮度測(cè)量終端、ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)、GPRS服務(wù)器以及若干個(gè)客戶端。所述ZigBee亮度測(cè)量終端利用亮度傳感器采集道路亮度，然后利用ZigBee技術(shù)將亮度數(shù)據(jù)無線發(fā)送至遠(yuǎn)端的ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)；所述網(wǎng)關(guān)通過GPRS技術(shù)再將亮度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離無線傳送給GPRS服務(wù)器；若干個(gè)客戶端可以通過hternet網(wǎng)絡(luò)查看所有ZigBee亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。道路無線亮度測(cè)量的方法包括以下步驟首先，ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)上電啟動(dòng)，其電源指示燈同時(shí)開啟，緊接著建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，等待ZigBee亮度測(cè)量終端加入。然后，手動(dòng)啟動(dòng)ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)的GPRS無線數(shù)傳模塊，與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，點(diǎn)亮GPRS網(wǎng)絡(luò)連接指示燈，并在服務(wù)器顯示界面上顯示當(dāng)前 ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)狀態(tài)。接著，上電啟動(dòng)若干個(gè)ZigBee亮度測(cè)量終端，當(dāng)成功加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)之后，周期性測(cè)量亮度，并將亮度數(shù)據(jù)無線發(fā)送至ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)。由于各個(gè)終端均是采用電池供電，因此在非測(cè)量周期內(nèi)，為達(dá)省電目的，采取休眠處理。最后，ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)對(duì)接收到的亮度數(shù)據(jù)和相應(yīng)的ZigBee亮度測(cè)量終端信息進(jìn)行處理，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器；GPRS服務(wù)器存儲(chǔ)所采集到的亮度數(shù)據(jù)，記錄網(wǎng)關(guān)信息和所有ZigBee亮度測(cè)量終端信息，并且對(duì)這些信息進(jìn)行分類和處理。另外，客戶端運(yùn)行無線亮度測(cè)量客戶端軟件，用戶可以通過訪問客戶端查看所有 ZigBee亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。以下對(duì)無線亮度測(cè)量系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)描述本實(shí)施例采用的ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)包含ZigBee無線數(shù)傳模塊和GPRS無線數(shù)傳模塊。該ZigBee無線數(shù)傳模塊主要負(fù)責(zé)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并接收各個(gè)測(cè)量終端上傳的亮度數(shù)據(jù)；該GPRS無線數(shù)傳模塊主要與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，并對(duì)所有的亮度數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)測(cè)量終端的信息進(jìn)行處理，最終上傳至GPRS服務(wù)器。其具體電路連接方式如圖2所示。所述ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)中ZigBee無線數(shù)傳模塊和GPRS無線數(shù)傳模塊是通過串口進(jìn)行連接。所述ZigBee無線數(shù)傳模塊包含微處理器、射頻阻抗匹配電路和2. 4GHz天線。微處理器用于運(yùn)行ZigBee無線傳輸協(xié)議棧程序，以及對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析、處理。射頻阻抗匹配電路負(fù)責(zé)連接微處理器的射頻端與天線，并達(dá)到50歐姆阻抗匹配的效果。2. 4GHz天線可以采用塑膠棒天線、陶瓷天線或者PCB天線。所述GPRS無線數(shù)傳模塊包含SIM卡、啟動(dòng)和復(fù)位按鍵、網(wǎng)絡(luò)指示燈、900MHz天線。 ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)之后，通過手動(dòng)啟動(dòng)GPRS無線數(shù)傳模塊，建立與GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接，網(wǎng)絡(luò)指示燈表明當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。本實(shí)施例中所選用的GPRS模塊為SIMCOM公司出品的SIM900A。SIM900A是緊湊型、高可靠性的無線模塊，采用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊解決方案，采用功能強(qiáng)大的處理器ARM9216EJ-S內(nèi)核，能滿足低成本、緊湊尺寸的開發(fā)要求。SIM900GSM/GPRS使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備GSM/GPRS 900/1800MHZ功能的SIM900A以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、 SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。SIM900A能滿足M2M幾乎所有應(yīng)用要求，尤其是小巧、緊湊型的設(shè)計(jì)。其物理尺寸為24mmX24mmX3mm?；诔墒炜煽康募夹g(shù)平臺(tái)，以及提供從產(chǎn)品定義到設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的服務(wù)支持。SIM900A工作電壓是3. IV至4. 8V，本實(shí)施例中電源模塊提供4. 2V電源電壓。 SIM900A與SIM卡采用標(biāo)準(zhǔn)的SIM卡接口電路“VSM”為SIM900A輸出的1. 8V SIM卡工作電壓；“SIM_Data”、“SIM_CLK” 禾P“SIM_RST” 分別為“SIM 卡數(shù)據(jù)”、“SIM 卡時(shí)鐘”和“SIM 卡復(fù)位”。SIM900A外部還接有“啟動(dòng)按鍵”和“復(fù)位按鍵”，這2個(gè)按鍵均是低電平有效；啟動(dòng)SIM900A時(shí)，需要常按啟動(dòng)按鍵IS時(shí)間以上；“網(wǎng)絡(luò)指示燈”可以表示當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)， 同樣也是低電平有效。ZigBee新一代SOC芯片CC2530是真正的片上系統(tǒng)解決方案，支持IEEE 802. 15. 4 標(biāo)準(zhǔn)/ZigBee/ZigBee RF4CE和能源的應(yīng)用。擁有龐大的快閃記憶體多達(dá)256個(gè)字節(jié)， CC2530是理想ZigBee專業(yè)應(yīng)用。CC2530結(jié)合了一個(gè)完全集成的，高性能的RF收發(fā)器與一個(gè)8051微處理器，8kB的RAM，32/64/U8/256KB閃存，以及其他強(qiáng)大的支持功能和外設(shè)，CC2530F256表示其內(nèi)部閃存為256KB。CC2530具有強(qiáng)大無線前端，其內(nèi)部集成了 2. 4GHzIEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)射頻收發(fā)器?？删幊梯敵龉β蕿?4. 5dBm,總體無線連接 102dBm。SIM900A是通過串口與ZigBee無線數(shù)傳模塊的微處理器CC2530進(jìn)行連接，“T )” 和“R )”分別為串口接口的數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收引腳，“GND”為公共接地端。CC2530通過發(fā)送一些列AT指令，控制SIM900A，例如與遠(yuǎn)端服務(wù)器建立TCP連接，發(fā)送數(shù)據(jù)包等都是通過發(fā)送AT指令來完成的。使用TCP向遠(yuǎn)端的服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)，首先要建立一個(gè)TCP連接。SIM900A作為 CLIENT向遠(yuǎn)程的SERVER發(fā)起一個(gè)TCP連接，要成功建立連接需要SERVER端的IP地址是公網(wǎng)的IP地址(可以用撥號(hào)的方式獲得，如在PC局域網(wǎng)內(nèi)部則無法建立連接)，然后該服務(wù)器運(yùn)行我們的SERVER軟件，這時(shí)就可以在用AT指令控制SIM900A與SERVER建立TCP連接(AT+CIPSTART = “TCP”，"SERVER的IP地址”，"SERVER的端口號(hào)”)，連接成功后會(huì)返回 CONNECT OK。然后就可以用AT+CIPSEND發(fā)送數(shù)據(jù)到SERVER，若SERVER有數(shù)據(jù)，模塊自動(dòng)通過串口接收。要關(guān)閉TCP連接可用AT+CIPCL0SE命令。CC2530用AT+CIPSEND命令啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)命令，返回“>”后輸入發(fā)送的數(shù)據(jù)， ctrl+Z(0Xla)啟動(dòng)發(fā)送。發(fā)送完成之后返回SEND OK。此時(shí)處于命令態(tài)，若有數(shù)據(jù)發(fā)送再重復(fù)以上的步驟就可以了。每次發(fā)送的數(shù)據(jù)長度應(yīng)小于lOMbytes。接收數(shù)據(jù)為自動(dòng)接收， 若有遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)則自動(dòng)接收?？梢杂肁T+CIPHEAD = 1在接收的數(shù)據(jù)前面自動(dòng)加上標(biāo)識(shí)。本實(shí)施例采用的ZigBee亮度測(cè)量終端包含亮度傳感器、電流_電壓轉(zhuǎn)換電路、 分壓電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及ZigBee無線數(shù)傳模塊。其具體電路連接方式如圖3所示。圖4為亮度測(cè)量傳感器原理圖，物鏡0將目標(biāo)成像在帶孔反射板P上，被測(cè)部分的像光束通過小孔H經(jīng)V( λ )濾光片F(xiàn)到達(dá)探測(cè)器D，對(duì)應(yīng)于目標(biāo)亮度光束產(chǎn)生的，經(jīng)運(yùn)算放大電路A放大及變換后，輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，其中4mA表示亮度為0，20mA表示信號(hào)的滿刻度，對(duì)應(yīng)的亮度為20cd/m2。反射鏡P’和目鏡系統(tǒng)E的作用在于觀察和對(duì)準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)。亮度傳感器的顯示值(單位cd/m2)為L= (1-4) X 12. 5，其中I為傳感器的輸出電流值 G 20mA)。為了精確測(cè)量亮度，V(A)的匹配誤差彡5.5%，穩(wěn)定度彡1.5%，非線性誤差士 1.0%，傳感器示值誤差為士5.0%。GB/T 5700-2008《照明測(cè)量方法》規(guī)定道路亮度的測(cè)量方法如下a)亮度計(jì)的觀測(cè)點(diǎn)高度距路面1. 5m ；b)亮度計(jì)的觀測(cè)點(diǎn)的縱向位置應(yīng)距第一排測(cè)量點(diǎn)60m，縱向測(cè)量長度為100m。目前市場(chǎng)上銷售的亮度計(jì)的視場(chǎng)均為圓形，當(dāng)按照以上方法測(cè)量路面上規(guī)定點(diǎn)的亮度時(shí)，事實(shí)上是測(cè)量路面上一塊上寬下窄的變形長橢圓形區(qū)域，而且測(cè)量距離越遠(yuǎn)、亮度計(jì)視場(chǎng)角越大，橢圓的變形就越大。此外，當(dāng)采用此類亮度計(jì)測(cè)量遠(yuǎn)處道路上規(guī)定點(diǎn)的亮度時(shí)，要瞄準(zhǔn)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)是十分困難的，因此造成了測(cè)量準(zhǔn)確度和效率低、測(cè)量結(jié)果重復(fù)性差等后果。為此，設(shè)計(jì)了測(cè)量視場(chǎng)為梯形的亮度計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)5m寬道路正前方60m-160m路段的路面平均亮度的測(cè)量，測(cè)量準(zhǔn)確度和效率均較高。由于ZigBee亮度測(cè)量終端內(nèi)部微處理器CC2530具有8至14位精度的電壓型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此可以不需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器。但由于CC2530的供電電壓為3. 3V，而且內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器為電壓型，因此需要將4至20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0至3. 3V的電壓信號(hào)。本實(shí)施例是通過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和分壓電路實(shí)現(xiàn)的，其具體電路連接方式如圖5所示。取Rl = 25 Ω，4mA時(shí)，其壓降=0. IV，把0P07的同相端輸入電壓配置為負(fù)的0. IV， 這樣，輸入信號(hào)的0. IV與這個(gè)I/V配置的負(fù)0. IV恰好互相抵消，0P07輸出將是零電壓。隨
著輸入電流的增大，如果輸入電流是5mA，I/V轉(zhuǎn)換電壓將是0. 125V......如果輸入電流
是20mA，I/V取樣電壓就是500mV。這樣，我們可以把這個(gè)電壓放大10倍得到5V滿度輸出。 通過此變換電路我們可以得到0至5V的輸出電壓Vout5，再經(jīng)過分壓電路，就得到最終的0 至3. 3V的電壓信號(hào)Vout3. 3。本實(shí)施例中ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)的執(zhí)行流程如圖6所示。ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)上電后首先對(duì)硬件電路和ZigBee協(xié)議棧進(jìn)行初始化。然后建立網(wǎng)絡(luò)，并等待ZigBee亮度測(cè)量終端加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。然后手動(dòng)啟動(dòng)SIM900A，與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，其網(wǎng)絡(luò)指示燈開啟，表示建立連接成功。ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)不斷監(jiān)測(cè)加入的ZigBee亮度測(cè)量終端數(shù)量，并判斷是否達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量的最大值。當(dāng)有ZigBee亮度測(cè)量終端申請(qǐng)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，ZigBee-GPRS 網(wǎng)關(guān)為新加入的終端分配ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址。然后與加入網(wǎng)絡(luò)的ZigBee亮度測(cè)量終端建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接，輪詢偵聽空氣中已建立連接終端發(fā)送來的亮度數(shù)據(jù)包。如果亮度數(shù)據(jù)包合格，則CC2530將通過串口接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至SIM900A。SIM900A對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行判斷，將反饋信息通過串口接口發(fā)送至 CC2530。為提高無線傳輸?shù)馁|(zhì)量，本系統(tǒng)還可以增加跳頻功能，當(dāng)信號(hào)鏈路質(zhì)量較低時(shí)，通過更換無線傳輸信道，達(dá)到較高抗干擾的能力。如果信道質(zhì)量滿足要求，則無需更換信道， 繼續(xù)偵聽空氣中的數(shù)據(jù)包。本實(shí)施例中ZigBee亮度測(cè)量終端的執(zhí)行流程如圖7所示。ZigBee亮度測(cè)量終端， 首先對(duì)硬件電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和ZigBee協(xié)議棧進(jìn)行初始化，然后向ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求消息，并等待ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)分配網(wǎng)絡(luò)地址。加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)指示燈開啟，表明已經(jīng)成功加入，與ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)建立連接。緊接著，各個(gè)ZigBee亮度測(cè)量終端將基本信息發(fā)送給ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)，再由 ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)將這些基本信息上傳至GPRS服務(wù)器。其中，這些基本信息包含設(shè)備ID 號(hào)、版本號(hào)、64位IEEE地址、16位ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址、個(gè)域網(wǎng)ID號(hào)、當(dāng)前狀態(tài)。然后就可以周期性從模數(shù)轉(zhuǎn)換器中讀取當(dāng)前采集到的亮度。如果系統(tǒng)采用了跳頻功能，則需要查詢當(dāng)前的信道，然后將亮度數(shù)據(jù)包無線發(fā)送至遠(yuǎn)端的ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)。在非采集周期期間，ZigBee亮度測(cè)量終端處于休眠狀態(tài)。亮度數(shù)據(jù)包不僅包含當(dāng)前采集到的亮度值，還包含設(shè)備ID號(hào)、幀標(biāo)識(shí)、應(yīng)用端點(diǎn)號(hào)、當(dāng)前電量、鏈路質(zhì)量、信號(hào)強(qiáng)度、幀序列號(hào)、時(shí)間戳。 本實(shí)施例中GPRS服務(wù)器軟件和GPRS服務(wù)器軟件均使用NI公司的Labview軟件進(jìn)行編寫。GPRS服務(wù)器軟件主要使用的API函數(shù)有“TCP偵聽”、“寫入TCP數(shù)據(jù)”、“讀取TCP數(shù)據(jù)”和“關(guān)閉TCP連接”，GPRS服務(wù)器軟件流程圖如圖8所示。服務(wù)器開始時(shí)等待ZigBee-GPRS 網(wǎng)關(guān)進(jìn)行GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，若未收到連接請(qǐng)求，則繼續(xù)等待。若收到連接請(qǐng)求，則建立TCP連接。若服務(wù)器收到其他客戶端發(fā)來的詢問信息，會(huì)對(duì)詢問信息作出響應(yīng)。在正常情況下沒有異常發(fā)生時(shí)，服務(wù)器直接讀取ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)上傳的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理。若有異常發(fā)生，或長時(shí)間未收到數(shù)據(jù)包，將詢問ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)響應(yīng)，并等待響應(yīng)；若收到響應(yīng)則接著讀取上傳數(shù)據(jù)，若仍未收到響應(yīng)，則繼續(xù)詢問ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)響應(yīng)狀態(tài)?？蛻舳塑浖饕褂玫腁PI函數(shù)有“打開TCP連接”、“寫入TCP數(shù)據(jù)”、“讀取TCP 數(shù)據(jù)”和“關(guān)閉TCP連接”，客戶端軟件流程圖如圖9所示?？蛻舳碎_始時(shí)打開與服務(wù)器的 TCP連接，若在等待時(shí)間內(nèi)建立連接，則讀取服務(wù)器中信息；否則，超時(shí)退出?？蛻舳藭?huì)對(duì)讀取的信息進(jìn)行分析處理，并繪制成曲線圖。若有異常發(fā)生，或長時(shí)間未收到數(shù)據(jù)包，將詢問服務(wù)器響應(yīng)，并等待響應(yīng)；若收到響應(yīng)則接著讀取數(shù)據(jù)，若仍未收到響應(yīng)，則繼續(xù)詢問服務(wù)器響應(yīng)狀態(tài)。上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種亮度無線測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述無線測(cè)量系統(tǒng)包含若干個(gè)ZigBee亮度測(cè)量終端、ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)、GPRS服務(wù)器以及若干個(gè)客戶端。所述ZigBee亮度測(cè)量終端利用亮度傳感器采集亮度，然后利用ZigBee技術(shù)將亮度數(shù)據(jù)無線發(fā)送至遠(yuǎn)端的ZigBee-GPRS 網(wǎng)關(guān)；所述網(wǎng)關(guān)通過GPRS技術(shù)再將亮度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離無線傳送給GPRS服務(wù)器；若干個(gè)客戶端可以通過hternet網(wǎng)絡(luò)查看所有ZigBee亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線亮度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于ZigBee亮度測(cè)量終端包含亮度傳感器、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、分壓電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及ZigBee無線數(shù)傳模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZigBee亮度測(cè)量終端，其特征在于亮度傳感器輸出4mA至 20mA電流信號(hào)對(duì)應(yīng)于0至20ed/m2亮度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線亮度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)包含 ZigBee無線數(shù)傳模塊和GPRS無線數(shù)傳模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和4所述的ZigBee亮度測(cè)量終端和ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)，其特征在于 ZigBee無線數(shù)傳模塊包含微處理器、射頻阻抗匹配電路和2. 4GHz天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)，其特征在于GPRS無線數(shù)傳模塊包含SIM 卡、啟動(dòng)和復(fù)位按鍵、網(wǎng)絡(luò)指示燈、900MHz天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)，其特征在于ZigBee無線數(shù)傳模塊與GPRS 無線數(shù)傳模塊通過串口接口進(jìn)行連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線亮度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述GPRS服務(wù)器具有公網(wǎng) IP地址，并且運(yùn)行遵循TCP/IP協(xié)議的GPRS服務(wù)器軟件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線亮度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述客戶端運(yùn)行遵循TCP/IP 協(xié)議的無線亮度測(cè)量客戶端軟件。
10.一種利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進(jìn)行無線亮度測(cè)量的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)上電后進(jìn)行軟硬件初始化，緊接著建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，等待ZigBee 亮度測(cè)量終端加入；(2)手動(dòng)啟動(dòng)ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)的GPRS無線數(shù)傳模塊，與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，點(diǎn)亮 GPRS網(wǎng)絡(luò)連接指示燈；(3)ZigBee亮度測(cè)量終端上電后進(jìn)行軟硬件初始化，緊接著自動(dòng)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；(4)ZigBee亮度測(cè)量終端周期性測(cè)量亮度，并將亮度數(shù)據(jù)無線發(fā)送至ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)；(5)ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)對(duì)接收到的亮度數(shù)據(jù)和相應(yīng)的ZigBee亮度測(cè)量終端信息進(jìn)行處理，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器；(6)GPRS服務(wù)器存儲(chǔ)所采集到的亮度數(shù)據(jù)，記錄網(wǎng)關(guān)信息和所有ZigBee亮度測(cè)量終端信息，并且對(duì)這些信息進(jìn)行分類和處理。(7)客戶端運(yùn)行無線亮度測(cè)量客戶端軟件，用戶可以通過訪問客戶端查看所有ZigBee 亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種道路亮度無線測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述無線測(cè)量系統(tǒng)包含若干個(gè)ZigBee道路亮度測(cè)量終端、ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)、GPRS服務(wù)器以及若干個(gè)客戶端。所述ZigBee亮度測(cè)量終端利用亮度傳感器采集亮度，然后利用ZigBee技術(shù)將亮度數(shù)據(jù)無線發(fā)送至遠(yuǎn)端的ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)；所述網(wǎng)關(guān)通過GPRS技術(shù)再將亮度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離無線傳送給GPRS服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)了亮度數(shù)據(jù)的高性能遠(yuǎn)距離傳輸。若干個(gè)客戶端可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)查看所有ZigBee亮度測(cè)量終端所采集的亮度數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102438032SQ20111022319
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者莊鵬, 田力軍 申請(qǐng)人:廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院