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1、目 录摘 要4Abstract51绪 论61.1课题背景61.2LED照明光源与驱动技术71.2.1大功率白光LED简介71.2.2LED电源驱动技术81.3短距离无线通信技术简介ZigBee技术介绍81.4无线传感器网络（WSN）101.4.1无线传感器网络（WSN）的结构101.4.2无线传感器网络（WSN）的特点111.4.3无线传感器网络技术现状和应用121.4.4几种路灯照明控制技术对比121.5本课题研究目标、内容和意义132无线LED路灯远程控制方案总体设计142.1项目需求分析142.1.1无线LED路灯远程控制系统的应用需求142.1.2硬件平台需求分析：152.1.3软件平
2、台和路灯节能控制策略162.1.4系统指标要求172.2无线LED路灯远程控制系统结构172.3无线网络的构建192.3.1前端节点子网192.3.2远程监控网络193无线LED路灯远程控制关键技术分析213.1LED驱动的设计213.1.1电阻限流方式213.1.2恒压源223.1.3恒流源223.1.4LED调节亮度方式233.2LED路灯状态检测233.3系统组网233.4ZigBee网络的实现254系统软硬件设计考虑264.1LED节点驱动控制设计264.2状态检测与报警274.2.1温度感测274.2.2感光检测274.3无线模块的设计284.4MCU电路设计294.5节点固件设计3
3、05路灯控制模式和节能策略355.1路灯控制模式355.2节能策略366总结367谢 辞378参考文献37LED路灯远程控制方案与关键技术分析摘 要：城市照明系统是一个庞大的综合系统，在照明系统中使用LED路灯远程控制系统，不仅可以减少照明时间节省用电，而且可以降低管理开支。本文主要分析了LED照明技术和ZigBee协议组网技术，设计了一种无线LED路灯远程控制系统，构建为底层为路灯控制节点，中间为路由模块，顶层计算机控制终端。本设计基于TI公司的CC2480/ZigBee开发系统设计了无线控制平台，论证了网络拓扑结构的建立和固件流程图、上位机节能策略。本设计旨在提供一种基于ZigBee无线技
4、术的城市路灯照明系统解决方案，目的是设计低成本、高效能、全自动化的城市照明系统。为实现路灯照明系统科学高效的控制和资源整合，实时了解整个城市的照明情况，提供了一种新的方法。 本设计的意义在于其高效的电力节约，实时监控增加了路灯照明系统的安全性、稳定性，单灯定位故障采集，可以省去大量人力进行巡检 ，节约维护开支。关键词： ZigBee 短距离无线通信 无线网络 照明控制 A key technology analysis of Wireless LED Street Light Remote ControlAbstract: City lighting system is a large com
5、prehensive system. Using LED remote control system in the lighting system can not only reduce the light turning up time but also decrease the management cost. We mainly analysis LED lighting technology and ZigBee protocol technology, and design a wireless LED street light remote control system. The
6、bottom part of the structure is street light node, the middle part is the rooter module, and the top part is computer control terminal. Using TIs cc2480/ZigBee develop system for platform, our design develop wireless control system; and We discuss the development of network, firmware flow chart and
7、power-saving algorithm. Our design aim at provide a ZigBee wireless technology solution of urban street lighting system, to design a low-cost high power efficient automatic city lighting system. We try to develop a new method for controlling and integrating the urban street lighting recourse. The me
8、aning of our design is high power efficient and increase security and stability by real time monitoring.Keywords: ZigBee; close wireless communicate; wireless network; urban lighting control1 绪 论1.1 课题背景当代社会，城市路灯照明 / 景观照明建设不仅带给人们光明与视觉享受，也成为展现城市魅力的重要窗口，但是在带来明亮、绚丽色彩的同时也带来了诸多的困扰 如：管理、费用、用电、电缆被盗等等问题。灯光照
9、明用电占用电消耗约20% ，降低灯光照明用电是节约能源非常重要的途径。目前我国为实现可持续发展，大力支持发展绿色照明。关于绿色照明目前市场上主要是针对LED节能光源产品进行开发，而城市照明系统是一个最具潜力的绿色照明系统，通过智能照明控制装置，合理调整照明时间，不仅可以节省照明系统20以上的用电量，照明灯具的使用寿命也得到了极大的延长，而且大大降低了管理的费用。但是，当前国内外对于路灯照明系统科学高效的控制和资源整合的产品较少，功能不全面，而基于短距离无线通信技术的LED路灯远程控制方案正是根据我国现状而生的产物。基于ZigBee技术和LED光源的路灯系统，是一种自动化成度高、高效节能的城市照
10、明系统。LED光源是一种高效能、环保、安全、耐用的新型照明光源，而无线控制技术其可以对于路灯照明系统进行科学高效的控制和资源整合，合理调整照明时间，不仅可以节省照明系统的用电量，而且可以延长照明灯具的使用寿命，减少日常维护的开支。LED远程控制路灯的开发研制生产已经成为发展十分诱人的朝阳产业。目前已经有国内顶尖的无线网络研发公司涉足这项新兴产业。然而无线LED路灯远程控制系统的标准还不明确，国内外开发的技术还不全面，应用还未广泛，这就需要我们继续对这一新兴技术进行深入的研究。1.2 LED照明光源与驱动技术LED照明技术就是一种高效能、环保、安全、耐用的新型照明技术。普通路灯用的荧光灯和HID
11、灯虽价格相对便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电）、寿命短、维护工作量大，但若使用LED，不仅光效高，而且寿命长，目前水平可连续工作时间10000小时以上，大大减小维护工作量。LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、体积小、对环境无污染、坚固耐用、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地取代现有照明器件。LED照明技术初次投入成本较高使得其在市场推广有一定困难，但是由于路灯是政府投资项目，有雄厚的财政支持，非常适合推广LED照明技术。一旦首次投入，既环保又耐用，后期电费和维护费用低廉。目前澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯
12、照明，我国台湾省台北也有一条街道全部使用了LED路灯照明，大陆也有很多城市开展这方面的试点工作，城市交通指示灯已经用LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，LED路灯必然会取代现有的传统路灯照明。1.2.1 大功率白光LED简介自从出现LED以来，人们一直在努力追求实现固体白光照明光源，随着LED制造工艺的不断进步和新型材料的开发及应用，使白光LED的性能不断完善并进入实用阶段。大功率白光LED的出现，使LED应用领域跨足至高效照明光源市场。大功率白光LED在寿命上有很大的优势，而白炽灯及其他一些传统光源在很多技术方面提升的空间已经很小了。LED光谱分布情况决定了其色纯度和饱和度是
13、传统光源无法比拟的，因此具有很强的竞争优势。LED的封装技术决定了其光源发光性非常强，大功率白光LED单只光效高，单位体积小巧，设计弹性很大，可最大限度配合灯光载体的结构特点，且安装方便。白光LED主要有两种实现方式：一种是使用LED芯片和白光荧光粉；另外是使用RGB 3色LED芯片。目前多采取第一种方式。目前白炽灯和卤钨灯，其光效为1224lm/W；荧光灯和HID灯的光效为50120lm/W。对于白光LED，在1988年，白光LED的光效只有5ml/W，到了1999年已达到了15lm/W，而在2000年时，白光LED的光效已达到25lm/W，预计到了2015年时，白光LED的光效可达到150
14、200lm/W。那时白光LED的工作电流可达安培级，足以取代现有技术，成为主流光源。1.2.2 LED电源驱动技术目前LED均采用直流驱动，因此LED需要一个电源适配器，即LED驱动电源。在设计中应根据电网的用电规则和LED的驱动特性要求，选择的设计驱动电源。LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分,但它关系到整个系统性能的可靠性和效率。驱动电路除了要满足安全要求外，对效率的要求也十分高。LED驱动有三种方案: a.阻限流驱动方案:就是简单的在LED的回路中串接电阻,通过调节电阻的阻值,可以改变LED的驱动电流。因此这种电路效率较低，受电源变动影响较大，不适合驱动大功率LED。b.恒压驱动方
15、案:就是使用稳压元件，保持LED两端的电压不变。但是此电路除了保证LED 的基本恒定输出外，效率还是很低的。c. LED恒流驱动使用使用双级设计，第一级将AC输入电源转换成DC恒压电压，第二级将恒压电源转换成0.9A恒流源。此方案电源转化效率更高了，保证系统的高效率。综上所述，应尽可能不采用电阻或串联稳压电路作为LED 驱动器的限流主电路，而应该采用专用高效恒流电路，如方案c，这样才能保证LED系统的高效率。1.3 短距离无线通信技术简介ZigBee技术介绍短距离无线通信技术是目前新兴的通信网络技术，其使用可以使电子产品更加智能化，使我们的生活更加方便。无线通信在家电智能化、医疗领域、城市停车控制等诸多领域有着很大的用途。下面介绍几个短距离无线通信技术协议标准。Wi-Fi Wi-Fi是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准（IEEE802.11）。其主要特点是数据传输速率高、建网快、移动性好、组网灵活，有良好的发展前景。但是Wi-Fi不具备低功耗、低成本、节点容量的优势，因此在架设无线传感器网络上没有优势。蓝牙Bluetooth蓝牙技术是一种无线通信标准，能够在短距离范围内无线连接电脑、便携设备、PDA、移动
