智能路灯的无线组网与控制

发布时间：2020-11-18 22:37

　　 伴随着城镇化率的不断提高,城市现代化水平日新月异,城市照明路灯的数量也在不断扩大,对于传统的路灯监控系统来说负荷在不断加大,造成路灯维护管理越来越困难,同时也消耗了大量的人力物力。因为传统路灯监控系统无法对指定的路灯进行实时监控和智能调光,所以对现有的路灯监控系统进行智能化和自动化升级十分有必要。本文提出一种基于电力载波线的智能无线路灯组网控制系统的设计方案,主要采用了以GPRS无线通信技术为一级网络,以电力载波通信为二级网络的两级式网络结构。设计了云服务器,集中控制终端,子终端和中继终端四部分组成的路灯控制系统。与传统路灯控制系统相比,可以实现对系统中的任意路段或者路灯进行远程控制、状态监测、亮度调节以及数据采集。本文设计的路灯组网控制系统可以适用于现有高压钠灯灯具,对于现有传统路灯系统进行全方位的升级,有效地提高了路灯的节能效率和管理效率。本文首先从课题的研究意义和国内外研究现状进行调研,分析出现有的路灯控制系统存在的不足,结合现代化城市对于路灯控制系统的需求,做出系统的总体设计。通过整体设计分析出了通信方式、调光方法和主控芯片的选择等问题,同时对于方案做出可行性分析。分析Modbus-RTU的通信协议,设计出系统的控制命令,进而得出精准通信的具体流程,根据流程设计出了系统的软件部分。最后对通信系统的各个功能做出了测试,同时也在不同情况下对通信成功率进行测试,结果表明该系统运行稳定,各个部分能正常运行,达到了设计需求,有着良好的社会前景。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TU113.666;TN92;TP273
【部分图文】：

西安石油大学硕士学位论文22图4-3HID灯电流波形由图4-3可以看出，伴随着占空比的增大，灯的电流就变的越大，在占空比为50%时，电流达到了最大，波形类似于正弦波，灯的亮度也达到了最大。而占空比在10%的情况下，电流出现变得断断续续，灯光基本熄灭。4.3载波芯片与GPRS模块的选型（1）电子载波芯片的选型伴随着计算机和通信领域的不断成熟，电力载波通信也在工业和生活的各个方面得以应用，人们慢慢了解到了电力载波通信的潜力，其中电力载波芯片的研究也在逐步的被重视起来。近几年来，国内很多芯片厂商也做出了很多自己研发的电力载波通信芯片。本文的通信方式主要是基于电力载波通信，所以电力载波芯片的选择非常关键，如表4-1所示，从载波芯片的各个不同的方面的特点，对多个厂家的产品进行比较。表4-1载波芯片对比表厂商型号调制方式频率范围数据速率福星晓程PL3106BPSK0-38Khz250bps，500bps青岛鼎信TCC081BFSK401-441Khz50-1200bps四川科强KQ-303BFSK120-135Khz100bps青岛东软SSC1663BPSK，QPSK2-12Mhz100kbps-25Mbps不同的国家电力载波线上的情况各不相同，在我国电力线上情况非常复杂，加大了高频谐波污染，谐波电流加大，通信的干扰也会加大。另外使用的高功率因数的电子镇流器除了开启高压钠灯时会产生很大的电磁干扰，同时本身电子镇流器使用的用来提高功率因数的PFC（功率因数矫正）电路，也会造成电路中谐波增多，都会严重的影响到电力载波线通信的通信质量。所以要选用载波通信芯片需要具备很强的抗干扰能力，通过对各种不同的载波通信芯片进行了细致的了解和综合的对比，最终本文选择福星晓程公司的PL3106载波芯片。PL3106是一款内嵌增强型8051兼容微处理器，其中芯片采用LQFP64作为封装标，芯片的最小系统如图4-4

西安石油大学硕士学位论文24图4-5GPRS模块实物图4.4载波硬件电路设计硬件电路主要以通信电路、电源电路、串口通信电路、程序下载接口电路和GPRS模块组成，如图4-6所示为终端结构框图。其中通信系统采用PL3106芯片，该电力载波通信芯片内置PSK方式的调制解调电路，具有逻辑控制能力及载波通信功能，抑制高频信号衰减，使各通信节点能够实时的、可靠的通信。当终端成为子终端时，控制信号从电力线经过耦合电路耦合到接收电路，接收电路作用是信号进行选频，筛选出中心频率为120KHz左右的信号，进入主控芯片进行解调出原始控制信号，进而控制PWM波的脉冲宽度。当主控芯片输出的回复信号扩频调制后，回复信号首先经过功率放大电路放大，然后到滤波电路滤除谐波分量，最后经过耦合电路耦合到电力载波线上发送给集中控制终端。当终端成为集中控制终端时，控制信号经由串口直接进入主控芯片后，进行处理后如果是对本机操作，则回复信号直接经由串口直接发送回上位机。如果是不是对本机进行操作，主控芯片需要把从串口接收到信号，进行扩频调制后经由功率放大电路，然后到滤波电路滤除谐波分量，最后经过耦合电路耦合到电力载波线上发送给其他的单灯控制终端。回复信号则由子终端发送到电力载波线上，经由集中控制终端接收后，通过串口发送回上位机。

第六章系统测试结果及分析37图6-2连接实物图（1）载波通信测试进行载波通信测试，主要测试内容是集中控制终端和子终端能顺利的通过电力载波线进行通信。首先将集中控制终端和子终端连接在220V的电力线上，然后由上位机给集中控制终端循环发送命令，集中控制终端通过电力线发送给子终端，子终端接收到控制命令后，经过校验后把回复命令发送回上位机。如下图6-3所示为上位机命令收发图，本文使用串口调试助手每隔20S发送一次控制命令，当子终端接收到正确的控制命令后会发送回复命令，上位机再接收到正确的回复命令时为一次通信成功，数据中间的33起隔开发送与回复信号的作用。连续进行360次循环发送，仅发生12次乱码现象，属于合理范围内，达到了预期的通信情况。图6-3所示为上位机命令收发图
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 申丹;;智能路灯一对多通信实验研究[J];中国照明电器;2019年01期

2 李海娜;陈雪梅;;智能路灯控制系统[J];电子世界;2016年15期

3 刘紫燕;罗超;杨扬;杨通杰;罗厚德;胡红博;;智能路灯控制系统设计实现[J];微型机与应用;2015年06期

4 张伟敏;党霞;;新型智能路灯的设计[J];硅谷;2010年17期

5 刘为芹;于会山;田存伟;王文旭;任爽;;基于电力载波技术的智能路灯监控系统设计[J];科技视界;2016年17期

6 张庆海;;基于6LoWPAN的智能路灯网络在智慧城市中的应用研究[J];南京工业职业技术学院学报;2016年04期

7 聂军;莫夫;黄欣欣;;基于物联网的智能路灯控制系统的设计[J];数字技术与应用;2015年11期

8 张荣蜀;张正华;孙正卫;王靖义;王晓天;;基于无线组网的高档花卉智能大棚信息系统的设计[J];信息化研究;2013年04期

9 天骄;;哪些千元智能手机值得买?[J];消费者报道;2015年02期

10 李鹏炜;黄仕但;;智能手机安全,不容无视[J];消费者报道;2014年05期

相关博士学位论文 前10条

1 Siror, Jospeh Kiplagat;RFID在智能海关中的潜在应用与挑战[D];上海交通大学;2011年

2 IROR, JOSEPHKIPLAGAT;RFID在智能海关中的潜在应用与挑战[D];上海交通大学;2011年

3 杨宏伟;可交互智能虚拟主体及其情感研究[D];浙江大学;2007年

4 蓝星;个体艺术智能的发生研究[D];东南大学;2006年

5 蒲海涛;物联网环境下基于上下文感知的智能交互关键技术研究[D];山东科技大学;2011年

6 李育哲;企业创新活动、智能资本及经营发展的关联与绩效评价研究[D];暨南大学;2008年

7 金星;基于全信息理论的智能授导系统创作应用综合平台研究[D];北京邮电大学;2008年

8 李兴森;智能知识及其管理模式研究[D];中国科学院研究生院;2008年

9 周晓军;生产系统智能维护决策及优化技术研究[D];上海交通大学;2006年

10 左壮;小功率金属卤化物灯数字化电子镇流器的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨金晨;智能路灯的无线组网与控制[D];西安石油大学;2020年

2 张堃;基于无线网络的智能路灯控制系统设计[D];吉林大学;2015年

3 陶振明;我国智能投顾发展探析[D];天津财经大学;2019年

4 王天果;智能手机的用户审美心理研究[D];湖南科技大学;2019年

5 甘雪丽;智能可穿戴设备在武汉市路跑人群的应用研究[D];湖北大学;2017年

6 申红艳;基于情感化设计理论的智能防盗门交互设计研究[D];山东大学;2017年

7 徐文攀;可管理光分配网络中基于集线器的“智能配线”控制与管理模块的研究[D];南京邮电大学;2016年

8 严晶;智能手机时代大学生网络自律意识培育研究[D];湖北工业大学;2016年

9 毛航天;人工智能中智能概念的发展研究[D];华东师范大学;2016年

10 杨春;我国智能投顾法律规制研究[D];西南科技大学;2020年

本文编号：2889305