ZigBee技术在路灯节能监控系统中的应用研究

摘要

路灯系统是城市基础设施的重要组成部分,它既关系到夜间行人和交通的安全,又承担着美化市政、降低社会犯罪率的重任。因此,研究无线组网技术及节能方法,构建路灯节能监控管理系统,实现城市路灯系统的集中监测、控制与管理,确保按时、按需控制每一盏路灯,能有效地降低路灯的能耗,延长灯具的寿命,并降低维护和管理的成本,具有巨大的社会效益、经济效益,为实现现代效能型社会作出贡献。 基于ZigBee技术的路灯节能监控系统采用三层体系结构,由路灯监控中心、路灯监控子站、路灯监控终端及其它通信设备组成。其中,路灯监控终端负责监测路灯状态并控制路灯的工作模式,子站负责对一个区域内的终端进行监控并作为网关与监控中心进行通信,监控中心的人机界面可以实现监控的集中化及人性化。子站通过ZigBee网络与众多路灯监控终端通信,形成特定拓扑结构的监控局域网；各个监控局域网经子站通过GPRS网络与监控中心通信,形成大区域路灯监控网络。 本课题的主要研究内容为： (1)研究路灯节能监控系统近年来的发展状况,结合ZigBee技术,提出一种更高效的设计方案。 (2)研究基于ZigBee技术的路灯节能监控终端、子站及监控中心。 (3)研究基于路灯系统的ZigBee网络拓扑控制。 (4)研究工程应用中的路灯系统节能控制方法。 (5)研究路灯监控中心系统管理软件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究状况分析

1.2.1路灯节能监控系统发展状况

1.2.2 ZigBee技术的研究状况

1.2.3照明系统主流通信技术研究状况

1.3课题的来源、主要研究内容及创新点

1.3.1课题来源

1.3.2课题的研究内容

1.3.3课题的创新点

1.4总体设计方案与论文内容安排

第二章ZigBee协议栈研究

2.1 ZigBee技术概述

2.1.1 ZigBee联盟简介

2.1.2 ZigBee技术特点

2.1.3短距离无线通信技术比较

2.1.4 ZigBee协议栈概述

2.2物理层

2.2.1物理层载波调制

2.2.2物理层的数据包结构

2.3媒体访问控制层

2.3.1 CSMA/CA机制

2.3.2时槽保障机制

2.3.3超帧

2.3.4 MAC层帧结构

2.4网络层

2.4.1 NLDE和NLME

2.4.2网络层帧结构

2.5应用层

2.5.1应用支持子层

2.5.2应用层框架

2.5.3 ZigBee设备对象(ZDO)

2.5.4应用层数据单元结构

2.6本章小结

第三章ZigBee组网研究

3.1 ZigBee网络拓扑结构

3.2 ZigBee网络拓扑形成过程

3.2.1星型网络形成过程

3.2.2树型网络形成过程

3.2.3网状网络形成过程

3.3数据传输模式

3.3.1向协调器传送数据

3.3.2协调器发送数据

3.3.3点对点数据传送

3.4地址分配和寻址方式

3.5网络路由

3.6本章小结

第四章路灯系统中的ZigBee网络设计

4.1路灯系统拓扑结构

4.2网络路由实现

4.3拓扑控制实施要点

4.4网络容量规划

4.5本章小结

第五章监控终端设计

5.1路灯监控终端概况

5.2监控终端硬件设计

5.2.1 ZigBee芯片选型

5.2.2射频通信部分电路设计

5.2.3电流电压检测部分电路设计

5.2.4电源电路设计

5.3节能控制方法

5.4监控终端软件开发

5.5本章小结

第六章监控子站设计

6.1监控子站结构

6.2监控子站硬件设计

6.2.1 MCU外围电路设计

6.2.2电量测量模块设计

6.2.3 GPRS模块设计

6.3监控子站软件设计

6.3.1软件开发环境

6.3.2 ModBus通信协议

6.3.3子站程序流程

6.4本章小结

第七章监控中心系统管理软件实现

7.1系统管理软件开发工具

7.2主控界面

7.3路灯信息界面

7.4终端测控画面

7.5本章小结

第八章结论与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢