基于载波通讯的智能路灯控制系统的研究

论文摘要

由于能源的短缺,节能已经成为一个全球话题。道路照明是电力系统的一个大用户,其用电量占据整个照明用电量的20%以上,存在巨大的节电空间。智能路灯控制系统是自动化技术在照明领域的应用和推广,它不仅迎合绿色照明的发展方向,也是节约能源,缓解能源危机的有效措施。传统的路灯控制方式已不能满足社会发展的需求,出于对能源消耗和智能化水平的重视,研究设计智能化程度高、运行可靠、高效节能、使用维护方便的路灯控制系统,是照明控制和管理现代化的必然要求。现有路灯控制系统目前多为开环控制,存在控制功能单一,无故障反馈的不足。本文研究了一种基于载波通讯的智能路灯闭环控制系统。该系统利用低压电力线这一便利的资源,用载波通信技术实现了对区域内单灯的通讯。分析了路灯的开启时间、开启个数和路灯亮度等因素对路灯照明效果和节能的影响,提出了一种智能化的路灯控制方案。低压电力线是用来输送电能的,将其作为载波信号的传输通道时,它具有噪声大、衰减大、阻抗变化大等不利因素,课题在分析其信道特性的基础上,研究了适合于路灯控制的载波技术,并选择了载波芯片。设计了单灯监控终端和载波通信电路,实现了主机和监控终端的通讯,并设计了载波通讯协议与载波收发程序。路灯监控终端作为现场控制执行单元,设计为以单片机为核心的可调光电子镇流器系统,可根据主机的命令完成现场数据的采集和对路灯工作状态的控制,也可脱离主机独立工作。课题对单片机控制的可调光电子镇流器的原理和组成电路进行了研究。设计了相应的调光电路和单片机外围接口电路,编写了相应的软件控制程序,以实现路灯的单灯控制功能。本课题所研究的智能路灯控制系统利用低压电力线载波和计算机技术,对离散存在的单灯受控终端,实现了集中控制。该系统在不更改照明控制系统原有接线的条件下,实现对单灯工作状态的灵活控制和参数修改,较传统的路灯控制系统具有安装简单、造价低、重构灵活、节约能源等优点,大大提高了路灯的控制管理水平,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 智能路灯控制系统概述
• 1.4 国内外路灯控制系统发展现状
• 1.5 国内外低压电力线载波通讯技术发展现状
• 1.6 课题主要研究内容
• 第2章 智能路灯控制系统总体方案研究
• 2.1 引言
• 2.2 智能路灯控制系统的技术要求
• 2.2.1 系统功能分析
• 2.2.2 系统主要技术要求
• 2.2.3 与其它同类系统技术指标的比较
• 2.3 智能路灯控制系统总体设计
• 2.3.1 系统设计原则
• 2.3.2 路灯控制策略分析与选择
• 2.3.3 定时调光的可行性
• 2.3.4 通讯方式的分析与选择
• 2.3.5 智能路灯控制系统总体结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 低压电力线载波通讯技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 低压电力线信道特性分析
• 3.2.1 噪声特性分析
• 3.2.2 阻抗特性分析
• 3.2.3 衰减特性分析
• 3.3 低压电力线载波通讯调制技术分析
• 3.3.1 调制技术分析
• 3.3.2 载波芯片选择
• 3.4 载波通讯硬件设计
• 3.4.1 信号发送、接收电路设计
• 3.4.2 耦合电路设计
• 3.4.3 滤波电路设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 单灯控制终端技术的研究
• 4.1 引言
• 4.2 路灯光源特性分析
• 4.3 可调光电子镇流器技术
• 4.3.1 电子镇流器的工作原理
• 4.3.2 电子镇流器组成结构
• 4.3.3 电子镇流器调光方法
• 4.4 可调光电子镇流器电路设计
• 4.4.1 EMI滤波设计
• 4.4.2 功率因数校正电路设计
• 4.4.3 逆变电路设计
• 4.4.4 调光芯片和输出级电路
• 4.5 光控电路设计
• 4.5.1 环境照度检测原理
• 4.5.2 环境照度检测硬件电路
• 4.6 单片机控制模块设计
• 4.6.1 控制芯片选择
• 4.6.2 控制功能的实现
• 4.7 本章小结
• 第5章 智能路灯控制系统的软件实现
• 5.1 引言
• 5.2 系统的软件实现
• 5.2.1 系统的软件结构
• 5.2.2 载波通讯软件设计
• 5.2.3 单片机控制终端程序设计
• 5.3 控制系统调试与节能效果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢