基于ZigBee的隧道节能照明控制系统节点通信方法研究

摘要

随着我国西南地区高速公路通车总里程的不断增加，高速公路隧道数目也在逐年增多。但目前我国大多数的隧道中采用的照明模式（常明灯）普遍存在照明不足、过度照明和无效照明等现象，这不仅对我国能源造成极大浪费，还将危害驾驶员的行车安全。“低碳经济”下实现隧道照明智能控制，以降低能源消耗、提高隧道行车的安全性、提高经济效益。本文将重点研究该智能控制系统中节点的通信方法，其目的是优化节点通信质量，进而提高整个系统的可靠性。
　　本文首先在Z-Stack的研究基础上完成了各设备类型节点的开发与硬件电路的设计；其次是节点在通信时会受到外部干扰与自身通信距离等因素的影响而产生误包现象，针对此问题提出分两个步骤进行优化：①为降低整个系统时延、减轻某些节点负荷，对系统网络结构进行优化；②通过设计功率放大器与低噪声放大器，以达到增加节点通信距离，优化节点射频电路的目的。
　　本文针对误包率现象采取：①通过对比树型与网型拓扑结构的仿真结果，发现采用网型拓扑结构能降低时延与系统负荷，达到优化网络结构的目的；②基于ADS射频电路仿真软件完成功率放大器与低噪声放大器的设计，达到了提高发射机的功率与接收机的灵敏度的目的，进而扩大了节点的通信范围。通过优化工作，可以有效地提高系统可靠性，降低误包率。通过研究，已初步实现基于Zigbee节点的隧道节能照明智能控制，并通过优化工作提高了整个系统的可靠性。

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第1章 绪论

1.1选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究意义

1.4 课题研究内容

1.5 本章小结

第2章 隧道节能照明控制系统

2.1 隧道照明设计要求

2.2 隧道节能照明控制系统需求分析

2.3 隧道节能照明控制系统无线通信方法

2.4 本章小结

第3章 基于ZigBee的隧道节能照明控制系统的节点设计

3.1 ZigBee开发环境简介

3.2 ZigBee无线传感器网络

3.3 CC2530核心板简介

3.4 协调器的设计与实现

3.5 终端节点的设计与实现

3.6 节点功能展示

3.7 节点误包率（PER）测试

3.8 本章小结

第4章 ZigBee WSN系统拓扑结构的优化

4.1 OPNET简介

4.2 树形网络与网型网络拓扑结构的对比与具体配置

4.3 Tree routing与Mesh routing仿真对比

4.4 仿真结果分析

4.5 本章小结

第5章 基于ADS2012接收机中低噪声放大器与功率放大器的设计

5.1直接变频收发机各单元模块分析

5.2 ADS2012简介

5.3 LNA设计

5.4 PA设计

5.5 本章小结

第6章 功率放大器对ZigBee已调信号的影响

6.1 SystemVue2013简介

6.2 ZigBee发射端O-QPSK调制信号的发生与频谱的仿真测量

6.3 SystemVue与ADS的联合仿真

6.4结论

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 工作总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录