基于无线网络的太阳能路灯自动控制系统的设计

【摘要】： ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。目前在国内太阳能路灯系统中大范围区域内采用ZigBee单一的技术实现无线通信尚属空白。 太阳能路灯系统中,蓄电池充放电电路对电压要求较高,一旦充放电不当,设备极易损坏,造成了现有太阳能路灯成本高、寿命低等缺点。这极大地限制了太阳能路灯这种绿色能源路灯的推广。 针对上述问题,设计并研发了基于无线网络的太阳能路灯控制系统。该系统使用ZigBee无线通信模块与太阳能路灯智能控制终端的完美结合,实现了在大范围区域内对蓄电池在线监测和控制以及路灯状态的远程监测和控制,真正的达到了太阳能路灯的智能化和个性化。本文的重点在于ZigBee无线网络的大面积搭建和太阳能路灯智能控制终端的设计。 本文采用北京赫立讯公司的IP-link1223无线通信模块组建Mesh网络拓扑,实现了ZigBee无线网络在太阳能路灯系统中大面积区域内的应用。Mesh网络拓扑使用RF广播功能和一套路径调查和修复命令来动态的更新整个网络的路由信息。每一个IP-link 1223 Mesh网络的节点是一个能够预估路径并且为网络提供最强、最可靠网络结构的路由器。另外,IP-link 1223模块被配置为Mesh节点后,可控制周围的RF情况、相邻的节点活动和连续的发包错误统计等等,据此调整它的本地路由选择,从而选择最佳的传输路径。 太阳能路灯智能控制终端选用AVR系列的单片机作为控制装置的智能器件。该终端采用了2个电阻和电位计W1分压的形式,实现了对蓄电池的充放电电压的采集；采用了电阻为0.01Ω的康铜丝作为电流取样电阻,来产生取样电压,实现了对蓄电池电流的采集；采用PWM波方式控制MOS开关管的导通与截止,实现对蓄电池充放电的控制；采用继电器输出方式,实现了对太阳能、市电充电电路的切换控制。该终端的创新之处在于与ZigBee无线网络模块的结合,从而把采集与控制信息通过ZigBee无线网络上传到监控中心,实现了太阳能路灯的自动控制。 本系统实现ZigBee无线通信模块与路灯智能控制终端的结合在国内尚属首例,目前该系统已在园博园的路灯中得到应用,并且运行效果良好。 【关键词】：ZigBee 太阳能路灯 无线通信模块 LED 蓄电池
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 ZigBee通信协议介绍10-12
• 1.1.1 ZigBee技术简介10-12
• 1.1.2 ZigBee的研究现状12
• 1.2 太阳能路灯简介12-15
• 1.2.1 太阳能路灯的组成12-14
• 1.2.2 太阳能路灯系统现状14-15
• 1.3 论文主要内容及研究意义15-17
• 1.3.1 主要内容15-16
• 1.3.2 研究意义16-17
• 1.4 本文创新点及文章内容安排17-19
• 1.4.1 本文创新点17
• 1.4.2 文章内容安排17-19
• 第2章 太阳能路灯控制系统方案设计19-26
• 2.1 系统的目标19
• 2.2 系统设计原则19-20
• 2.3 系统整体方案设计20-24
• 2.3.1 监控中心20-22
• 2.3.2 无线通信的实现22-23
• 2.3.3 智能控制终端23-24
• 2.4 系统网络拓扑结构24-25
• 2.5 系统实现的功能25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 ZigBee无线技术硬件实现及其模块配置26-34
• 3.1 IP-link 1223模块介绍26-28
• 3.1.1 IP-link 1223模块的特点26-27
• 3.1.2 IP-link 1223模块规格27-28
• 3.2 网络操作原理28-31
• 3.2.1 无线网络拓扑类型28-30
• 3.2.2 星形拓扑30
• 3.2.3 端到端拓扑30-31
• 3.3 拓扑选择31-32
• 3.4 IP-link 1223组网配置32-33
• 3.4.1 建立Mesh网络32
• 3.4.2 Mesh网络拓扑模块的配置32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 ZigBee协议栈及其网络实现34-44
• 4.1 ZigBee协议栈概述34-38
• 4.2 ZigBee网络拓扑结构38-39
• 4.2.1 ZigBee网络中的三种功能设备38-39
• 4.2.2 ZigBee网络拓扑结构39
• 4.3 系统网状网络搭建过程39-41
• 4.4 无线模块组网软件配置41-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第5章 太阳能路灯系统智能控制终端设计44-65
• 5.1 蓄电池电路设计44-50
• 5.1.1 蓄电池特性44-46
• 5.1.2 蓄电池保护电路设计思路46
• 5.1.3 蓄电池充电电路设计46-47
• 5.1.4 蓄电池放电电路设计47-48
• 5.1.5 蓄电池电压检测电路设计48-49
• 5.1.6 蓄电池电流检测电路设计49
• 5.1.7 蓄电池温度补偿49-50
• 5.2 MCU和ZigBee无线模块结合电路的设计50-52
• 5.2.1 MCU50-51
• 5.2.2 MCU和ZigBee无线模块51-52
• 5.3 LED驱动电路的设计52-56
• 5.3.1 LED特性介绍52-53
• 5.3.2 HV9910简介及应用电路53-54
• 5.3.3 LED实际应用电路的设计54-56
• 5.4 市电切换电路的设计56-57
• 5.5 系统电路的电源模块57-58
• 5.6 终端实物图58-59
• 5.6.1 终端的PCB设计58-59
• 5.7 终端软件设计59-61
• 5.8 路灯控制通信协议61-64
• 5.9 本章小结64-65
• 第6章 系统测试65-71
• 6.1 ZigBee网络测试65-66
• 6.2 太阳能路灯系统的测试66-69
• 6.3 太阳能路灯控制系统组网测试69-70
• 6.4 本章小结70-71
• 第7章 总结及展望71-73
• 7.1 论文总结71-72
• 7.2 工作展望72-73
• 参考文献73-75
• 后记75-76
• 攻读学位期间发表的论文76

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