基于ZigBee无线网络的太阳能LED照明系统设计

【摘要】：随着半导体技术及无线通信技术的快速发展和人们生活水平的提高，实现节能高效、智能稳定的照明系统是以后发展的必然趋势。太阳能等新能源及LED新光源的应用有利于缓解全球的能源危机以及环境污染等问题。结合电子技术将新能源与新光源系统进行智能控制，并通过利用无线通信技术实现该系统远程监测与控制。这几种技术的结合应用将成为智能照明系统的研究热点。 针对传统太阳能LED照明系统普遍存在的管理低效、散热不良、出光不均匀等问题，在研读大量国内外相关文献的基础上，设计了一款基于ZigBee无线网络的太阳能LED照明系统，并充分考虑了电、热、光等部分的设计。采用AVR单片机作为节点模块的控制中心，自行开发了具有防过充过放、LED恒流驱动及调光调色温等功能的太阳能控制器。组建ZigBee星型网络，利用ZigBee无线网络将传感器采集的数据传给监控中心，实时显示采集到的数据以实现无线远程监测，并传送监控中心的控制命令到节点模块，节点模块做出相应的开关灯、调光调色温等动作以实现无线远程控制。通过研究LED阵列排布，使自行开发的灯具上所有LED灯珠质心过余温度相等，并仿真分析了该灯具的热均匀分布。利用Matlab对LED阵列照度进行计算，得到了该灯具近场照度最大均匀面，并在Tracepro里仿真分析了该计算结果的准确性。测试表明，系统达到了节能高效、散热良好、出光均匀的目的，较好地实现了新能源、新光源及无线通信技术的结合，具有一定的应用价值。 【关键词】：ZigBee 太阳能控制器 智能照明 热均匀分布 近场照度
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM923.34;TN92
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.2 传统太阳能 LED 照明系统的特点及现状10-11
• 1.3 本文的目的和任务11-13
• 第2章 太阳能 LED 照明系统的基本结构与相关理论13-22
• 2.1 太阳能 LED 照明系统的基本组成13-17
• 2.1.1 太阳能电池的总类及特性14-15
• 2.1.2 LED 基本特性与特点15-16
• 2.1.3 蓄电池特性16
• 2.1.4 ZigBee 无线通信技术简介16-17
• 2.2 太阳能 LED 照明系统的热学与散热基础17-19
• 2.2.1 LED 发热原因17-18
• 2.2.2 传热方式与常用散热方法18-19
• 2.3 太阳能 LED 照明系统的光学与照明基础19-22
• 2.3.1 LED 发光原理与白光的实现19
• 2.3.2 光度学与色度学19-22
• 第3章 太阳能 LED 照明系统的电路设计22-38
• 3.1 模拟充放电控制电路22-27
• 3.1.1 蓄电池充电控制电路23-25
• 3.1.2 电压采集与电流采集25-27
• 3.1.3 保护电路27
• 3.2 数字控制电路及其他外围电路27-32
• 3.2.1 单片机电源电路28-29
• 3.2.2 晶振电路29-30
• 3.2.3 光敏电阻及温度传感器30-31
• 3.2.4 工作状态指示及相关接口电路31-32
• 3.3 LED 驱动电路32-36
• 3.3.1 模拟调光和 PWM 调光32-33
• 3.3.2 LED 常用驱动方式33-34
• 3.3.3 本系统灯具驱动设计34-36
• 3.4 太阳能控制器 PCB 制板设计36-38
• 第4章 太阳能 LED 照明系统的热学与光学设计38-46
• 4.1 热学设计与模拟仿真38-40
• 4.1.1 LED 阵列排布设计38-39
• 4.1.2 LED 灯具热学仿真39-40
• 4.2 光学设计与模拟仿真40-45
• 4.2.1 LED 阵列照度计算40-41
• 4.2.2 LED 灯具光学仿真41-45
• 4.3 灯具 PCB 制板设计45-46
• 第5章 太阳能 LED 照明系统的软件设计46-54
• 5.1 AVR 单片机控制程序设计46-49
• 5.2 ZigBee 无线网络的建立与应用软件设计49-53
• 5.2.1 IAR7.51A 软件开发环境介绍49-50
• 5.2.2 星型网络的建立与节点应用程序设计50-53
• 5.3 上位机监控软件设计53-54
• 第6章 系统搭建与测试54-64
• 6.1 器件选择与计算54-58
• 6.1.1 蓄电池选择与计算54-56
• 6.1.2 太阳能电池选择与计算56-58
• 6.2 系统测试58-64
• 6.2.1 充放电、开关灯及调光调色温测试58-59
• 6.2.2 无线通信距离测试59-61
• 6.2.3 灯具温度测试61-62
• 6.2.4 灯具近场照度测试62-64
• 第7章 总结与展望64-66
• 7.1 总结64-65
• 7.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 附录 A 实物照片图70-76
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果76

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