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1、 毕业设计（论文）系 别电子信息系专业名称电子信息工程班级学号508XXXX学生姓名XXX指导教师XXX2012年6月15日 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）摘 要 太阳能是最环保的能源，利用太阳能来照明将是低碳生活的发展趋势。地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。 太阳能路灯利用太阳电池的光生伏特效应原理，白天太阳电池吸收太阳能光子能量产生电能，通过控制器储存在蓄电池里，当夜幕降临或灯具周围光照度较低时，蓄电池通过控制器向光源供电。当某个路灯出现故障不能正常发光时，该路灯系统会通过
2、zigbee无线通信将此信息汇报给当地主机，主机再将此故障信息通过GPRS发送至远程主机监控系统，由此实现了现场无人值守的智能路灯无线监控系统。 本系统路灯无线节点以意法半导体公司的 STM32F103RBT6 单片机为核心，通过检测路灯状态，并将路灯状态在当地无线网路汇总，再发送至远程主机进行监控。 关键词：zigbee，GPRS，STM32，太阳能43Abstract Solar energy is the most environmental protection energy, use the solar energy to lighting will be low carbon li
3、fe development trend. The earths resources, the increasingly scarce, basic energy investment cost is up, all kinds of safety and pollution hidden danger is everywhere, and solar energy as the one kind of mine, an inexhaustible safety, environmental protection new energy by more and more attention. S
4、olar street lamps use the sun to the light of the battery life v effect principle, during the day the sun battery absorb solar photon energy to produce electricity, through the controller in the storage battery, and when the dark night comes around or lamps light is low, the battery to power supply
5、by the controller light source. When a street lamp malfunction cant normal light, the street lamp system will through the zigbee wireless communication will this information report to the local host, host the fault information again by GPRS sent to the remote host monitoring system, thus realize the
6、 unattended wireless monitoring system of intelligent street lamp. This system street lamp wireless nodes to stmicroelectronics company STM32F103RBT6 microcontroller as the core, the detection street lamp state and will state street lamps in the local wireless networks stated, and then sent to the r
7、emote host monitor.Keywords: zigbee, GPRS, STM32, solar energy目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 太阳能路灯的发展趋势21.2 太阳能路灯存在的问题21.3 本课题的意义32 无线通信技术52.1 ZigBee技术概述52.1.1 本系统中无线节点示意图52.1.2 ZigBee技术发展52.1.3 ZigBee技术特点及应用82.3 Zigbee网络拓扑结构102.3.1 星形网络102.3.2 树形网络112.3.3 网状网络112.4 ZigBee协议架构112.5 GPRS通信技术概述142.6 GPRS的技
8、术优势143 系统方案及硬件电路设计163.1 系统整体方案设计163.1.1 系统整体结构框图163.1.2 ZigBee组网方式163.2 路灯状态检测193.3 环境光检测203.3.1 光敏电阻电路203.3.2 光敏三极管电路203.4 控制器核心213.4.1 STM32结构概述213.4.2 STM32单片机特点233.5 本地无线通信243.5.1 CC2420基本结构及其特性253.5.2 CC2420引脚功能283.5.3无线通信模块293.6 远程通信设计303.7 电源设计314 软件流程设计344.1 整体软件流程设计354.2 路灯开关软件流程图354.3 路等故障
9、检测36结论37致谢38附录141附录2431 绪论 随着太阳电池转换效率和生产技术的不断提高，太阳能光伏发电的应用越来越广泛，在照明领域，太阳能路灯作为光伏发电系统在国内的主要应用模式，被越来越多的所认识并接受。跨入21世纪后，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何能在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。而能源问题更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏，更严重的是化石能源的开发利用更加剧了环境的恶化。地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。同时，也随着太
10、阳能光伏技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保节能的双重优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已有很大进步。但是，目前各大城市道路照明系统存在一个普遍的问题能源效率不高、管理维护困难。路灯系统是城市基础设施的组成部分，是与人们日常生活紧密相关的市政公共设施。同时绿色照明是当今照明界的必然趋势，随着城市化进程的加快和城市规模和数量的扩大，照明消耗，照明电费日益高涨，加剧了我国日趋紧张的能源供应。鉴于我国电力主要来自于火力发电，因此照明节能不单是涉及能源供应和经济效益，而且还关乎环境保护。为了在保证照明效果的前提下节约电能，一方面可以采用高效节能
11、灯具，如LED灯，另一方面需要对路灯进行科学的监控与管理，实现按需照明。特别是随着我国城市化水平的不断提高，城市路灯照明系统的不断扩大，设计一种可靠性好、智能化程度高的路灯控制系统成为城市发展的迫切需要，而以ZigBee技术为代表的无线传感器网络技术的发展为实现这样的系统提供了一种新的方案1。ZigBee技术是一种面向低传输速率的短距离无线通信技术，具有低成本、低功耗、低复杂度、自组织、自愈合、抗干扰能力强、网络容量大等特性5。作为一项技术标准，ZigBee技术获得了众多大公司的支持，随着各种支持ZigBee的芯片的推出，ZigBee技术已经被广泛应用于环境监测、数字家庭和医疗护理等领域。从路
12、灯控制系统的成本、信息化、可靠性和可维护性等方面考虑，结合路灯控制应用实际和ZigBee技术自身特点，本课题设计了一套基于ZigBee网络的路灯控制系统，对路灯进行远程数据采集、控制与调节，提升了路灯控制系统的智能化水平，实现了按需照明，取得了良好的节能效果。 为了适应现代化城市照明系统的建设需求，本文提出了一种利用太阳能为能源，以STM32为控制核心，通过ZigBee进行本地无线组网，将网内路灯节点的状态信息进行汇总，汇总后的信息再通过GPRS传输至远程主机的智能无线路灯监控系统。1.1 太阳能路灯的发展趋势1.高效率化发展路灯系统是城市基础设施的组成部分，是与人们日常生活紧密相关的市政公共
13、设施。同时绿色照明是当今照明界的必然趋势，随着城市化进程的加快和城市规模和数量的扩大，照明消耗，照明电费日益高涨，加剧了我国日趋紧张的能源供应。这也是现在城市大力发展太阳能路灯的原因，因此，太阳能路灯的效率是非常重要的一项指标，随着科学技术的发展，一大批高性能的电力电子元器件和技术被广泛使用，这些器件都有着高效率，低成本等优势，合理的应用新技术和新产品，可以将太阳能路灯的高效率推到一个更高的层次。2. 智能化发展作为城市的基础设施，路灯系统影响着城市里的每一个人，它的意外故障甚至威胁到市民的生命健康，因此，现在的太阳能路灯系统都向着智能化的方向发展，例如本系统设计，每个路灯节点都有一个路灯故障
14、检测器，当路灯出现意外故障时，该节点会将此信息向当地主机汇报，主机再将信息发送至远程主机，这样，一旦某个路灯出现故障，远程监控人员便能迅速明确具体故障地点，并及时安排维修人员，保证路灯系统的正常运行，为市民的生活提供最大的方便。3. 环保化发展 太阳能路灯之所以受到重视，除了缓解能源供应紧张的问题，另一个重要原因就是太阳能路灯具有非常好的环保性能，它的能源提供不需要任何化石燃料，仅仅需要安全无污染的太阳能，因此，太阳能路灯是一种环保的路灯系统，为了保证太阳能路灯系统的环保性，其配套设计也需要同样保持环保性能，所以在设计太阳能路灯系统时，采用环保器件和方法十分重要。1.2 太阳能路灯存在的问题
15、太阳能路灯系统作为一种环保节能，智能化的路灯系统，已经得到世界各国的重视并正在进行大力发展和应用推广，随着相关技术的迅速发展，太阳能路灯的发展也日新月异，具有越来越多其他系统所无法比拟的优势，但是在太阳能路灯的实际应用中，其由于自身特点也暴露出一些问题，这些问题主要表现在： 1、成本较高，太阳能智能路灯系统有着很多技术和功能上的优势，但在拥有这些优势的同时，它也具有另外一个较大的缺陷，那就是使用成本较高，不论从能源获取的太阳能电池板上来看，还是每个路灯节点控制系统的设计来看，太阳能路灯系统都有着一定的成本劣势，虽然随着科学技术发展，这些成本正在快速下降，但在现阶段，太阳能路灯发展的最大阻碍就是成本问题，不过随着能源危机越来越严重，技术发展大力降低成本，太阳能路灯的发展必然是时代的趋势，太阳能
