基于无线通信的太阳能路灯控制器设计与实现

发布时间：2017-05-16 18:27

  本文关键词：基于无线通信的太阳能路灯控制器设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的突飞猛进和社会高速发展,资源和环保的形势日益严峻,专家学者开始呼吁低碳环保、发展生态城市。由于不仅耗电量大而且管理维护很不方便,传统的城市路灯照明系统将逐步的被新型绿色环保的太阳能LED路灯照明系统所取代。太阳能路灯控制器是太阳能路灯照明系统中的重要部件,控制器的性能决定了一个太阳能路灯控制系统运行的优劣。因此亟需设计出一套功能完备、结构简单的太阳能LED路灯控制器以满足现实需求。传统的道路照明系统主要采用分时间段定时照明或人工手动方式操作控制,这样只能对在处于某一条线路上的路灯进行整体的开关控制,而且无法对路灯按需求实施灵活控制。无线通信技术相比传统的路灯控制技术,应用于太阳能LED路灯控制中来,具有稳定性较好、成本低、易维护等优势。考虑到Zigbee等无线通信技术以牺牲成本和性能为代价来换取兼容性且协议复杂等缺点,本文旨在设计一套低成本、低功耗且运行稳定的基于NRF24L01的自主开发无线通信协议控制太阳能LED路灯运行状态的控制器,它能对路灯实现稳压、调光和无线通信的功能。本文设计的太阳能LED路灯控制器采用的关键技术有两点。第一,与传统的单独充电或放电电路相比,本文设计了一种双向DC/DC变换器,实现对蓄电池的充放电功能。正向为Buck电路,太阳能电池板经过合适的降压给蓄电池充电;反向为Boost电路,蓄电池经过合适的升压给LED负载供电。并通过MATLAB/SIMULINK仿真分析验证了其可行性;第二,在无线通信方面设计了基于NRF24L01的通信模块,通过研究著名的工业控制协议MODBUS相关思想并结合路灯控制的特点,自主开发了无线通信协议,实现对LED路灯的开关和调光指令,从而对LED路灯运行状态实现了无线控制。本文设计和研制出了路灯节点通信主板和遥控电路主板,最后通过实验测试验证了相应的功能,实现了设计预期目标。
【关键词】：太阳能LED 控制器 无线通信 NRF24L01
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM923.34;TN92
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势12-14
• 1.2.1 国内外研究现状12-13
• 1.2.2 研究发展趋势13-14
• 1.3 关键技术和主要内容安排14-15
• 第2章LED路灯控制系统组成及方案选择15-31
• 2.1 蓄电池15-17
• 2.1.1 常用蓄电池性能比较15-16
• 2.1.2 蓄电池充放电特性16-17
• 2.2 太阳能电池原理及特性17-19
• 2.2.1 太阳能电池的等效电路模型17-18
• 2.2.2 太阳能电池伏安特性曲线18-19
• 2.3 LED工作原理与驱动方式19-22
• 2.3.1 工作原理19-21
• 2.3.2 LED负载驱动方式21-22
• 2.4 LED驱动电源拓扑结构及工作原理22-28
• 2.4.1 Buck变换器主电路及工作原理22-24
• 2.4.2 Boost变换器主电路及工作原理24-25
• 2.4.3 Buck-Boost变换器主电路及工作原理25-28
• 2.5 无线通信控制概述28-30
• 2.5.1 常用近距离无线通信技术的比较28-29
• 2.5.2 无线通信方案选择29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 无线通信的太阳能LED路灯控制器硬件设计31-47
• 3.1 总体设计31
• 3.2 STM32 硬件电路设计31-34
• 3.2.1 STM32 芯片介绍31-32
• 3.2.2 STM32 最小系统电路设计32-34
• 3.3 充放电电路硬件设计34-43
• 3.3.1 双向DC-DC电路设计34-35
• 3.3.2 MOS管驱动电路设计35-36
• 3.3.3 辅助电源电路设计36-37
• 3.3.4 充放电电路仿真分析37-43
• 3.4 无线通信模块电路设计43-45
• 3.4.1 无线通信收发模块43
• 3.4.2 遥控板硬件设计43-45
• 3.4.3 光敏电路的设计45
• 3.5 实物展示45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 基于NRF24L01 的路灯无线通信设计47-65
• 4.1 NRF24L01 无线射频技术47-51
• 4.2 设计思路51-53
• 4.3 无线通信协议的设计53-59
• 4.3.1 初始方案54-56
• 4.3.2 几种路灯排列的无线通信控制方案分析56-59
• 4.4 Dijkstra最短路径算法与仿真59-64
• 4.4.1 Dijkstra最短路径算法59-60
• 4.4.2 最短路径选择仿真与实现60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 系统软件设计与测试65-71
• 5.1 总体软件流程设计65-68
• 5.1.1 设计思路65
• 5.1.2 主程序流程图65-66
• 5.1.3 遥控板的主程序流程图66-67
• 5.1.4 LED调光程序流程图67-68
• 5.2 实验测试68-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 本文总结71
• 6.2 工作展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 攻读学位期间发表的学术论文77-78
• 附录1：n RF24L01 引脚功能描述78-79
• 附录2：STM32 主板控制电路79-80
• 附录3；遥控电路80

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