基于物联网的光伏路灯系统的研究和设计

摘要

近年来，随着我国城市化进程和新农村建设的推进，路灯的需求量急剧上升，要求也越来越高。传统路灯虽然也在加快智能化升级，但道路照明是一项很浩大的工程，对电能的需求量很大，而传统化石能源却日益匮乏，节能环保是我们必须考虑的问题。因此，新能源的开发与利用也成为了研究的热点。目前，国内外对光伏路灯的研究还多处于独立的个体阶段，很少有对由众多太阳能路灯个体组成的路灯网络进行研究，并进行统一管理的。虽然太阳能路灯节能环保，但其个体之间相对独立，不便于统一监控管理。这也是限制光伏路灯应用的一大原因。
　　本课题研究并设计了一套基于物联网的光伏路灯系统，该系统由多个光伏路灯网、多个集中控制器、服务器和多个监控终端组成。该系统将物联网技术应用于光伏路灯系统，光伏路灯的各项实时运行参数可以很方便地上传到服务器。用户可以通过计算机监控终端软件（或手机监控终端软件）查看这些数据，同时用户也可以通过计算机监控终端软件（或手机监控终端软件）对各光伏路灯的参数进行设置。系统还可以及时地监测到路灯的故障，便于进一步的维修。另外，服务器还可以根据所述控制策略控制各路灯网下各个路灯的运行，进一步优化路灯网，确保光伏路灯网持续稳定的运行。
　　本论文对该系统进行了详细的描述，论文的主要工作如下:
　　1.介绍了基于物联网的光伏路灯系统的特点，研究并设计了系统的整体结构，并对系统的工作原理和各组成部分进行了详细的分析说明。
　　2.对比了几种物联网技术，并对路灯的ZIGBEE组网进行了研究，且设计了系统各网络之间数据传输的通讯协议。
　　3.介绍了光伏路灯控制器和集中控制器的工作原理，并设计了具有组网功能的升压恒流型光伏路灯控制器和具有组网功能的集中控制器。
　　4.介绍了服务器和监控终端软件，并对其功能进行了简要的说明。
　　5.对系统各组成部分做了相关实验，并完成了基于物联网的光伏路灯系统的调试，实验结果证明了系统的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外光伏路灯现状与发展前景

1．2 基于物联网的光伏路灯系统的特点

1．3 论文研究的目的和意义

1．4 论文的主要内容

第二章 基于物联网的光伏路灯系统的工作原理与控制研究

2．1 系统工作原理

2．1．1 服务器、管理中心与监控终端

2．1．2 集中控制器

2．1．3 光伏路灯

2．2 物联网、GPRS和ZIGBEE概述

2．2．1 物联网

2．2．2 GPRS

2．2．3 ZIGBEE

2．3 ZIGBEE组网特性与路灯组网

2．3．1 ZIGBEE组网特性

2．3．2 路灯ZIGBEE网络组建

2．4 光伏路灯工作模式

2．5 系统数据通信协议

2．5．1 设置参数命令及其返回数据

2．5．2 读取参数命令及其返回数据

第三章 光伏路灯控制器设计

3．1 光伏路灯控制器整体结构设计

3．2 主电路设计

3．2．1 升压(Boost)斩波电路原理

3．2．2 放电电路设计

3．2．3 升压斩波电路中电感L与电容C的计算

3．2．4 直流充电电路设计

3．3 控制电路设计

3．3．1 控制芯片及其外围电路

3．3．2 电源电路

3．3．3 采样电路

3．3．4 红外通信电路

3．3．5 状态指示灯电路

3．4 升压恒流型光伏路灯控制器软件设计

第四章 集中控制器设计

4．1 集中控制器硬件设计

4．1．1 控制板硬件设计

4．1．2 ZIGBEE模块硬件设计

4．1．3 GPRS模块硬件设计

4．2 集中控制器软件设计

4．2．1 控制板软件设计

4．2．2 GPRS模块软件设计

4．2．3 ZIGBEE模块软件设计

第五章 服务器与终端监控软件

5．1 服务器软件

5．2 终端监控软件

5．2．1 电脑终端监控软件

5．2．2 手机终端控制软件

第六章 实验结果与分析

6．1 光伏路灯控制器实验

6．2 集中控制器实验

6．3 组网运行实验

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文