无线led路灯远程控制方案与关键技术分析-毕业论文.doc
《无线led路灯远程控制方案与关键技术分析-毕业论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无线led路灯远程控制方案与关键技术分析-毕业论文.doc(37页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、目 录摘 要4Abstract51绪 论61.1课题背景61.2LED照明光源与驱动技术71.2.1大功率白光LED简介71.2.2LED电源驱动技术81.3短距离无线通信技术简介ZigBee技术介绍81.4无线传感器网络(WSN)101.4.1无线传感器网络(WSN)的结构101.4.2无线传感器网络(WSN)的特点111.4.3无线传感器网络技术现状和应用121.4.4几种路灯照明控制技术对比121.5本课题研究目标、内容和意义132无线LED路灯远程控制方案总体设计142.1项目需求分析142.1.1无线LED路灯远程控制系统的应用需求142.1.2硬件平台需求分析:152.1.3软件平
2、台和路灯节能控制策略162.1.4系统指标要求172.2无线LED路灯远程控制系统结构172.3无线网络的构建192.3.1前端节点子网192.3.2远程监控网络193无线LED路灯远程控制关键技术分析213.1LED驱动的设计213.1.1电阻限流方式213.1.2恒压源223.1.3恒流源223.1.4LED调节亮度方式233.2LED路灯状态检测233.3系统组网233.4ZigBee网络的实现254系统软硬件设计考虑264.1LED节点驱动控制设计264.2状态检测与报警274.2.1温度感测274.2.2感光检测274.3无线模块的设计284.4MCU电路设计294.5节点固件设计3
3、05路灯控制模式和节能策略355.1路灯控制模式355.2节能策略366总结367谢 辞378参考文献37LED路灯远程控制方案与关键技术分析摘 要:城市照明系统是一个庞大的综合系统,在照明系统中使用LED路灯远程控制系统,不仅可以减少照明时间节省用电,而且可以降低管理开支。本文主要分析了LED照明技术和ZigBee协议组网技术,设计了一种无线LED路灯远程控制系统,构建为底层为路灯控制节点,中间为路由模块,顶层计算机控制终端。本设计基于TI公司的CC2480/ZigBee开发系统设计了无线控制平台,论证了网络拓扑结构的建立和固件流程图、上位机节能策略。本设计旨在提供一种基于ZigBee无线技
4、术的城市路灯照明系统解决方案,目的是设计低成本、高效能、全自动化的城市照明系统。为实现路灯照明系统科学高效的控制和资源整合,实时了解整个城市的照明情况,提供了一种新的方法。 本设计的意义在于其高效的电力节约,实时监控增加了路灯照明系统的安全性、稳定性,单灯定位故障采集,可以省去大量人力进行巡检 ,节约维护开支。关键词: ZigBee 短距离无线通信 无线网络 照明控制 A key technology analysis of Wireless LED Street Light Remote ControlAbstract: City lighting system is a large com
5、prehensive system. Using LED remote control system in the lighting system can not only reduce the light turning up time but also decrease the management cost. We mainly analysis LED lighting technology and ZigBee protocol technology, and design a wireless LED street light remote control system. The
6、bottom part of the structure is street light node, the middle part is the rooter module, and the top part is computer control terminal. Using TIs cc2480/ZigBee develop system for platform, our design develop wireless control system; and We discuss the development of network, firmware flow chart and
7、power-saving algorithm. Our design aim at provide a ZigBee wireless technology solution of urban street lighting system, to design a low-cost high power efficient automatic city lighting system. We try to develop a new method for controlling and integrating the urban street lighting recourse. The me
8、aning of our design is high power efficient and increase security and stability by real time monitoring.Keywords: ZigBee; close wireless communicate; wireless network; urban lighting control1 绪 论1.1 课题背景当代社会,城市路灯照明 / 景观照明建设不仅带给人们光明与视觉享受,也成为展现城市魅力的重要窗口,但是在带来明亮、绚丽色彩的同时也带来了诸多的困扰 如:管理、费用、用电、电缆被盗等等问题。灯光照
9、明用电占用电消耗约20% ,降低灯光照明用电是节约能源非常重要的途径。目前我国为实现可持续发展,大力支持发展绿色照明。关于绿色照明目前市场上主要是针对LED节能光源产品进行开发,而城市照明系统是一个最具潜力的绿色照明系统,通过智能照明控制装置,合理调整照明时间,不仅可以节省照明系统20以上的用电量,照明灯具的使用寿命也得到了极大的延长,而且大大降低了管理的费用。但是,当前国内外对于路灯照明系统科学高效的控制和资源整合的产品较少,功能不全面,而基于短距离无线通信技术的LED路灯远程控制方案正是根据我国现状而生的产物。基于ZigBee技术和LED光源的路灯系统,是一种自动化成度高、高效节能的城市照
10、明系统。LED光源是一种高效能、环保、安全、耐用的新型照明光源,而无线控制技术其可以对于路灯照明系统进行科学高效的控制和资源整合,合理调整照明时间,不仅可以节省照明系统的用电量,而且可以延长照明灯具的使用寿命,减少日常维护的开支。LED远程控制路灯的开发研制生产已经成为发展十分诱人的朝阳产业。目前已经有国内顶尖的无线网络研发公司涉足这项新兴产业。然而无线LED路灯远程控制系统的标准还不明确,国内外开发的技术还不全面,应用还未广泛,这就需要我们继续对这一新兴技术进行深入的研究。1.2 LED照明光源与驱动技术LED照明技术就是一种高效能、环保、安全、耐用的新型照明技术。普通路灯用的荧光灯和HID
11、灯虽价格相对便宜,但光效低(灯的热效应白白耗电)、寿命短、维护工作量大,但若使用LED,不仅光效高,而且寿命长,目前水平可连续工作时间10000小时以上,大大减小维护工作量。LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、体积小、对环境无污染、坚固耐用、多色发光等的优点,虽然价格较现有照明器材昂贵,仍被认为是它将不可避免地取代现有照明器件。LED照明技术初次投入成本较高使得其在市场推广有一定困难,但是由于路灯是政府投资项目,有雄厚的财政支持,非常适合推广LED照明技术。一旦首次投入,既环保又耐用,后期电费和维护费用低廉。目前澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯
12、照明,我国台湾省台北也有一条街道全部使用了LED路灯照明,大陆也有很多城市开展这方面的试点工作,城市交通指示灯已经用LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来,LED路灯必然会取代现有的传统路灯照明。1.2.1 大功率白光LED简介自从出现LED以来,人们一直在努力追求实现固体白光照明光源,随着LED制造工艺的不断进步和新型材料的开发及应用,使白光LED的性能不断完善并进入实用阶段。大功率白光LED的出现,使LED应用领域跨足至高效照明光源市场。大功率白光LED在寿命上有很大的优势,而白炽灯及其他一些传统光源在很多技术方面提升的空间已经很小了。LED光谱分布情况决定了其色纯度和饱和度是
13、传统光源无法比拟的,因此具有很强的竞争优势。LED的封装技术决定了其光源发光性非常强,大功率白光LED单只光效高,单位体积小巧,设计弹性很大,可最大限度配合灯光载体的结构特点,且安装方便。白光LED主要有两种实现方式:一种是使用LED芯片和白光荧光粉;另外是使用RGB 3色LED芯片。目前多采取第一种方式。目前白炽灯和卤钨灯,其光效为1224lm/W;荧光灯和HID灯的光效为50120lm/W。对于白光LED,在1988年,白光LED的光效只有5ml/W,到了1999年已达到了15lm/W,而在2000年时,白光LED的光效已达到25lm/W,预计到了2015年时,白光LED的光效可达到150
14、200lm/W。那时白光LED的工作电流可达安培级,足以取代现有技术,成为主流光源。1.2.2 LED电源驱动技术目前LED均采用直流驱动,因此LED需要一个电源适配器,即LED驱动电源。在设计中应根据电网的用电规则和LED的驱动特性要求,选择的设计驱动电源。LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分,但它关系到整个系统性能的可靠性和效率。驱动电路除了要满足安全要求外,对效率的要求也十分高。LED驱动有三种方案: a.阻限流驱动方案:就是简单的在LED的回路中串接电阻,通过调节电阻的阻值,可以改变LED的驱动电流。因此这种电路效率较低,受电源变动影响较大,不适合驱动大功率LED。b.恒压驱动方
15、案:就是使用稳压元件,保持LED两端的电压不变。但是此电路除了保证LED 的基本恒定输出外,效率还是很低的。c. LED恒流驱动使用使用双级设计,第一级将AC输入电源转换成DC恒压电压,第二级将恒压电源转换成0.9A恒流源。此方案电源转化效率更高了,保证系统的高效率。综上所述,应尽可能不采用电阻或串联稳压电路作为LED 驱动器的限流主电路,而应该采用专用高效恒流电路,如方案c,这样才能保证LED系统的高效率。1.3 短距离无线通信技术简介ZigBee技术介绍短距离无线通信技术是目前新兴的通信网络技术,其使用可以使电子产品更加智能化,使我们的生活更加方便。无线通信在家电智能化、医疗领域、城市停车
16、控制等诸多领域有着很大的用途。下面介绍几个短距离无线通信技术协议标准。Wi-Fi Wi-Fi是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准(IEEE802.11)。其主要特点是数据传输速率高、建网快、移动性好、组网灵活,有良好的发展前景。但是Wi-Fi不具备低功耗、低成本、节点容量的优势,因此在架设无线传感器网络上没有优势。蓝牙Bluetooth蓝牙技术是一种无线通信标准,能够在短距离范围内无线连接电脑、便携设备、PDA、移动电话、数码相机、蓝牙耳麦、键盘甚至是无线鼠标。蓝牙技术使用全球通用的频段2.4GHz,以确保能在世界各地通行无阻。蓝牙技术有着高保密性、高速率的特点,应用在主流消费性产品中。
17、但是蓝牙技术使用需要向协会交纳专利费,且成本较高,通信距离太近(15m),不适于在工业数据传输中应用。ZigBeeZigBee技术是一种新兴的短距离低速率低功耗的无线网络技术。ZigBee的基础是IEEE 802.15.4协议。ZigBee技术在完全采用IEEE802.15.4标准的物理层和媒体接入控制层的基础上规定了网络层和支持的应用服务。ZigBee可以工作在868MHz,915MHz和2.4GHz三个频段上。我国采用的是2.4GHz频段。该频段是全球通用的免付款、免申请的工业、科学、医学(ISM)频段。其数据传输速率为250kbps/s。ZigBee技术的标准传输距离为75m,在增加了R
18、F发射功率后,可增加到13km。ZigBee的特点主要有以下几个方面:l 低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持一个节点工作624个月甚至更长。这是ZigBee突出的优势。使用相同的电力,蓝牙技术能工作数周、Wi-Fi仅能工作数小时。l 低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求。按预测分析,以8051的8位微控器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点则至少4KB代码,而且ZigBee免收协议专利费。l 低速率。ZigBee工作在250kb/s的通信速率下,可满足低速率传输数据的应用要求。l 近距离。ZigBee节点间的传输距离一般为10100
19、m之间,在增加RF发射功率后,可增加到13km。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。l 短延时。ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需要15ms,节点连接进入网络只需要30ms,从而进一步节省的电能。相比之下,蓝牙需要310s、Wi-Fi需要3s。l 高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构。一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网。l 高安全。ZigBee提供了3级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据和采用高级加密标准(AES12
20、8)的对称密码,以灵活确定其安全属性。l 免执照频段。采用直接序列扩频在工业、科学、医疗的2.4GHz(全球)(ISM)频段。本设计使用ZigBee技术的优势在于通讯频段多,无通讯费用,ZigBee技术低成本、功耗低。1.4 无线传感器网络(WSN)随着无线通信和低功耗嵌入式技术的发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)应运而生,并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络(Ad-hoc网络)。这些传感器节点内置有集成的传感
21、器、数据处理单元和通信模块,通过一定的协议自组织起来,借助节点中内置的形式多样的传感器测量我们所需要的信号,并通过短距离无线低功率通信技术将信息发送给观察者。1.4.1 无线传感器网络(WSN)的结构无线传感器网络系统通常包括传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域(sensor field)内部或附近,能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输,在传输过程中监测数据可能被多个节点处理,经过多跳后路由到汇聚节点,最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配 置和
22、管理,发布监测任务以及收集监测数据。Sink节点任务管理节点监测区域Internet/GPRS图1.1 无线传感器网络(WSN)的结构1.4.2 无线传感器网络(WSN)的特点无线传感器网络的特点: (1)数量大、密度高。由于传感器网络节点的微型化,每个节点的通信和传感半径很有限,一般为十几米范围之内,而且为了节能,传感器节点大部分时间处于睡眠状态,所以往往通过铺设大量的传感器节点来保证网络的质量。(2)节点有一定的故障率。由于传感器网络可能工作在恶劣的外界环境之中,网络中的节点可能会由于各种不可预料的原因而失效,为了保证网络的正常工作,要求传感器网络必须设计成具有一定的容错能力,允许传感器节
23、点具有一定的故障率。(3)电池能量、计算能力和存储容量等方面有限制。由于传感器节点微型化,节点的电池能量有限,而且由于物理限制难以给节点更换电池,所以传感器节点的电池能量限制是整个传感器网络设计最关键的约束之一,它直接决定了网络的工作寿命。另一方面,传感器节点的计算和存储能力有限,使得其不能进行复杂的计算,传统Internet网络上成熟的协议和算法对传感器网络而言开销太大,难以使用,必须重新设计简单有效的协议及算法。(4)传感器网络的拓扑结构变化很快。(5)以数据为中心(data centric)。在传感器网络中人们只关心某个区域的某个观测指标的值,而不会去关心具体某个节点的观测数据。 1.4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无线 led 路灯 远程 控制 方案 关键技术 分析 毕业论文
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。