基于ZigBee和以太网LED路灯远程控制系统的研究与设计

摘要

近年来，随着城市化进程的日益加快和社会经济的不断进步，道路照明建设为一项保障民生的城市基础建设，也得到了飞速发展。每年，传统道路照明都要消耗大量的电能，而且过去对路灯的管理效率低下，因此人们迫切需要对路灯实现自动化、智能化、节能化的改革。
　　LED作为新一代绿色光源，与传统光源相比，它具有光效高、寿命长、体积小、快速启动、易于调光等诸多优点，这使得LED在道路照明领域的前景一片光明。LED路灯的大规模应用能实现显著的节能，且其易于控制的特点又保证了它与智能照明系统结合的难度相对较低。针对这个需求，本文设计了一套基于ZigBee和以太网的LED路灯远程控制系统，来实现对路灯的有效控制。
　　首先本文先介绍了LED光源发展情况以及照明控制技术的研究状况，针对当前多种无线传感器网络技术，并结合道路照明的实际情况，提出了基于ZigBee和以太网的照明解决方案。文中介绍了ZigBee协议的结构和特点，并通过分析比较确定了相应的ZigBee解决方案。
　　然后介绍整个控制系统的硬件设计，分为LED路灯终端节点和网关两个部分。路灯节点以ZigBee模块为核心，通过外围搭载的定时器模块和温湿度以及光强传感器模块，控制可调光LED驱动电源，进而实现对LED路灯的控制;网关的硬件设计主要是将以太网控制器通过MCU和作为协调器的ZigBee模块进行互联来实现。
　　在硬件的基础上，本文对路灯节点定时器模块及其外被附属设备的程序进行编写，同时也对传感器的数据采集程序做了设计。整套系统采用了ZigBee和以太网的双级通信模式，ZigBee网络是基于EmberZNet协议栈之上进行开发实现组网，再通过对网关处MCU的编程完成ZigBee与TCP/IP协议的转换，实现网络互通。用户可通过对人机界面的操控控制LED路灯并实现状态监控。本文还设计了基于日照时间表的调光算法，设定时间表，完成自动调光。
　　本文在校内搭建了相关的实验平台，进行实地测试，证明了该系统的可行性。同时在设计和调试过程中发现了一些问题和值得改进的地方，对后续工作的继续具有重要的指导意义。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 LED照明应用背景

1．1．1 LED光源介绍

1．1．2 LED照明行业现状

1．2 照明控制技术

1．2．1 照明控制技术的发展

1．2．2 智能照明控制系统协议

1．3 路灯照明控制技术

1．4 课题研究内容及意义

1．5 论文组织和内容安排

1．6 本章小结

第二章 路灯控制系统总体解决方案

2．1 无线传感器网络技术概述

2．1．1 无线传感器网络简介

2．1．2 常用无线通信协议

2．2 ZigBee技术介绍

2．2．1 ZigBee背景

2．2．2 ZigBee主要特性

2．2．3 ZigBee协议栈

2．3 ZigBee方案的选择

2．4 本章小结

第三章 控制系统的硬件开发

3．1 LED路灯控制系统整体架构

3．2 路灯终端节点硬件设计

3．2．1 可调光LED驱动电源设计

3．2．2 基于STM32W108的ZigBee模块设计

3．2．3 供电模块

3．2．4 定时器模块

3．2．5 传感器模块

3．3 ZigBee和以太网的网关

3．4 本章小结

第四章 控制系统的软件开发

4．1 ZigBee协议栈——EmberZnet

4．2 路灯节点程序

4．2．1 定时器软件开发

4．2．2 传感器相关程序

4．3 ZigBee组网及网关程序

4．3．1 ZigBee组网和节点管理

4．3．2 网关程序

4．4 分时调光算法

4．4．1 基于日照的时间表控制调光

4．4．2 手动调光控制策略

4．5 上位机程序

4．6 本章小结

第五章 实地测试

5．1 试验前期准备

5．1．1 定时器部分

5．1．2 可调光恒流模块

5．1．3 传感器模块

5．2 系统实地测试

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

硕士学位在读期间发表的学术成果

致谢

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