基于ZigBee和SOPC的智能光伏路燈控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

【摘要】：本論文研究并設(shè)計(jì)了一套完整的智能光伏路燈控制系統(tǒng),主要包括光伏路燈控制器和智能控制網(wǎng)關(guān)兩部分。 光伏路燈控制器以STC12C5204AD單片機(jī)為核心,根據(jù)對光伏電池輸出電壓、電流和蓄電池電壓的檢測結(jié)果確定系統(tǒng)的工作狀態(tài),利用最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT, Maximum Power Point Tracking)和脈沖寬度調(diào)制(PWM, Pulse Width Modulation)技術(shù)對LED路燈進(jìn)行智能控制。設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩方面。硬件方面包括設(shè)計(jì)單片機(jī)核心電路、電壓檢測電路、電源控制電路、通訊接口電路等。軟件方面包括設(shè)計(jì)路燈控制程序,研究并編寫最大功率跟蹤控制算法,根據(jù)ZigBee協(xié)議棧和無線通訊模塊函數(shù)接口編寫網(wǎng)絡(luò)通信程序等。 智能控制網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)也包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩方面。硬件設(shè)計(jì)方面,以Altera公司DE2開發(fā)平臺(tái)為基礎(chǔ),定制Nios II軟核,設(shè)計(jì)以太網(wǎng)和IP-link1223模塊接口,生成片上可編程系統(tǒng)(SOPC, System On a Programmable Chip)。軟件方面,在智能網(wǎng)關(guān)硬件平臺(tái)上移植μClinux操作系統(tǒng)和BOA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧,實(shí)現(xiàn)對多任務(wù)管理和網(wǎng)絡(luò)通信的支持,利用HTML、CGI技術(shù)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁,使得用戶能夠遠(yuǎn)程登錄網(wǎng)關(guān)對整個(gè)路燈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控和操作。 該智能光伏路燈控制系統(tǒng)融合了光伏路燈與ZigBee網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn),把分散的路燈作為無線自組織網(wǎng)絡(luò)的物理支撐,以新的方式實(shí)現(xiàn)路燈控制的無線化和網(wǎng)絡(luò)化。采用SOPC技術(shù)在現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA, Field Programmable Gate Array)上設(shè)計(jì)智能控制網(wǎng)關(guān),設(shè)計(jì)基于動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的路燈控制程序,并內(nèi)置多種智能路燈控制模式,具有集成度高、設(shè)計(jì)靈活、產(chǎn)權(quán)保護(hù)強(qiáng)、操作方便的特點(diǎn)。采用改進(jìn)的最大功率追蹤算法和“兩段式”充電方法使路燈控制器的充電效率大大提升。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),既可以用于單個(gè)光伏路燈的控制,也可用于街道、社區(qū)、新農(nóng)村、工業(yè)園區(qū)光伏路燈網(wǎng)絡(luò)的智能控制,安裝升級簡便,應(yīng)用范圍廣闊。 【關(guān)鍵詞】：ZigBee FPGA 光伏路燈控制系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP273;TM923.5
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究目的和意義10
• 1.2 研究現(xiàn)狀和趨勢10-11
• 1.3 關(guān)鍵技術(shù)介紹11-16
• 1.3.1 SOPC技術(shù)11-12
• 1.3.2 ZigBee技術(shù)12-16
• 1.4 論文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案17-23
• 2.1 總體指標(biāo)17-18
• 2.1.1 系統(tǒng)特點(diǎn)17
• 2.1.2 技術(shù)指標(biāo)17
• 2.1.3 設(shè)計(jì)原則17-18
• 2.2 設(shè)計(jì)方案18-23
• 2.2.1 智能控制網(wǎng)關(guān)18-19
• 2.2.2 光伏路燈節(jié)點(diǎn)19-23
• 第三章 光伏路燈控制器23-33
• 3.1 硬件設(shè)計(jì)23-29
• 3.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-24
• 3.1.2 電源控制電路設(shè)計(jì)24-27
• 3.1.3 通訊模塊設(shè)計(jì)27-28
• 3.1.4 PCB設(shè)計(jì)28-29
• 3.2 軟件設(shè)計(jì)29-33
• 3.2.1 主程序29-30
• 3.2.2 白天模式程序30
• 3.2.3 夜晚模式程序30-31
• 3.2.4 功率跟蹤程序31-32
• 3.2.5 通信工作程序32
• 3.2.6 閾值判斷程序32-33
• 第四章 智能控制網(wǎng)關(guān)33-49
• 4.1 硬件設(shè)計(jì)33-37
• 4.1.1 平臺(tái)選擇33-34
• 4.1.2 硬件構(gòu)成34-35
• 4.1.3 模塊設(shè)計(jì)35-37
• 4.2 軟件設(shè)計(jì)37-49
• 4.2.1 驅(qū)動(dòng)程序37-39
• 4.2.2 操作系統(tǒng)39-43
• 4.2.3 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)43-49
• 第五章 總結(jié)與展望49-51
• 5.1 總結(jié)49-50
• 5.2 展望50-51
• 參考文獻(xiàn)51-54
• 致謝54-55
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表55

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