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结合ZigBee和GPRS无线网络的LED路灯驱动及监控系统

作　者: 蒋晓波
导　师: 刘木清
学　校: 复旦大学
专　业: 物理电子学
关键词: LED路灯 无线监控 ZigBee GPRS 路灯可定位 智能监控算法
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着城市规模的不断扩大和经济的不断进步,作为城市基础建设之一的道路照明也得到了飞速的发展,不仅路灯的杆数逐年增加,而且路灯安装的范围也逐年扩大。道路照明,保障着千万人的夜间出行安全,是城市公共照明的重要组成部分,在发展中其也面临着如下的问题：一方面道路照明每年消耗大量的电能,其需要进行节能的改革；另一方面,随着其规模的扩大,路灯的管理和维护变得更加的困难和重要,如何进行有效的监控成为了一个必须解决的问题。因此,本文着眼于LED这一新光源,由于其光效高,寿命长等优点,可用于替代现有的高压钠灯实现显著的节能。针对这个需求,本文首先研究了适合LED路灯照明的大功率驱动,使用可变开通时间的APFC技术和半桥谐振LLC技术设计了大功率恒压电路,并详细介绍了电路的工作原理、理论模型和设计方法。之后设计了LED的恒流电路,并针对使用的芯片提出了一种短路保护方案,并为控制留出调光接口。最后通过实验验证了所设计电源的功能性。同时,为实现路灯的有效监控,本文分析并使用了基于ZigBee和GPRS的无线网络技术,提出了基于GPS定位的路灯监控技术。文中介绍ZigBee协议的结构和特点,在比较分析的基础上选择了解决方案；并简单介绍了GPRS技术、GPS定位原理和本文选用的模块。并在上述的基础上设计了以ZigBee模块为核心的路灯控制节点,连接路灯控制网络和监控计算机之间进行通讯互联的GPRS-ZigBee网关和可定位单杆路灯的GPS位置获取器。最后,本文对整个系统的监控软件和算法进行了编写。其中根据ZigBee在LED路灯应用上的特殊性,对其协议栈底层驱动、组网等方面进行了修改和编程。并且通过对GPRS和ZigBee的结合,构建了可靠的区域化、网络化的两级式无线控制。在主控电脑的监控软件上,本文基于路灯GPS定位技术设计控制界面,可显示路灯当前位置和状态,基于日落日出算法和分时调光控制技术实现了LED路灯的准时开关和调光节能。为验证上述系统的有效性,本文在某LED路灯试验段搭建了实验平台,进行了路灯监控的功能验证,通过实验,证明了本文设计系统的可行性。在本文设计和实验的过程中,同样发现了存在的某些问题和不足,并在本文的最后提出了改进的思路。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-7
1 绪论  7-12
  1.1 LED路灯应用背景  7-8
  1.2 路灯监控技术  8-10
  1.3 课题意义  10-11
  1.4 论文的组织和内容安排  11-12
2 高效率LED恒流电源的设计  12-49
  2.1 设计概述  12-15
    2.1.1 设计要求  13-14
    2.1.2 电源结构分析  14-15
  2.2 恒压电源的设计  15-44
    2.2.1 拓扑选择  15-17
    2.2.2 APFC电路设计  17-25
    2.2.3 LLC电路的设计  25-42
    2.2.4 整体测试  42-44
  2.3 恒流电路的设计  44-48
  2.4 本章小结  48-49
3 路灯无线监控技术的总体方案  49-62
  3.1 ZigBee技术介绍  49-56
    3.1.1 背景简介  49-51
    3.1.2 ZigBee协议栈结构  51-55
    3.1.3 应用层规范  55-56
  3.2 ZigBee方案的选择  56-57
  3.3 GPRS技术简介  57-59
  3.4 GPS简介  59-61
  3.5 本章小结  61-62
4 控制系统的硬件开发  62-72
  4.1 整体系统架构  62
  4.2 路灯调光控制器  62-67
  4.3 ZigBee和GPRS网关  67-69
  4.4 GPS定位器  69-71
  4.5 本章小结  71-72
5 系统软件开发  72-95
  5.1 路灯控制器ZigBee网络开发  72-83
    5.1.1 ZigBee协议库介绍  72-76
    5.1.2 硬件层相应驱动编写  76-78
    5.1.3 网络层的组网编程  78-80
    5.1.4 应用层编程  80-83
  5.2 监控系统软件开发  83-93
    5.2.1 路灯GPS定位程序  83-86
    5.2.2 GPRS通讯程序  86-88
    5.2.3 路灯监控算法  88-93
  5.3 系统集成与实验  93-95
总结和展望  95-97
参考文献  97-100
硕士学位在读期间发表的学术成果  100-101
致谢  101-102

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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