基于ZigBee和SOPC的智能光伏路灯控制系统的研究与设计

【摘要】：本论文研究并设计了一套完整的智能光伏路灯控制系统,主要包括光伏路灯控制器和智能控制网关两部分。 光伏路灯控制器以STC12C5204AD单片机为核心,根据对光伏电池输出电压、电流和蓄电池电压的检测结果确定系统的工作状态,利用最大功率点追踪(MPPT, Maximum Power Point Tracking)和脉冲宽度调制(PWM, Pulse Width Modulation)技术对LED路灯进行智能控制。设计包括硬件和软件两方面。硬件方面包括设计单片机核心电路、电压检测电路、电源控制电路、通讯接口电路等。软件方面包括设计路灯控制程序,研究并编写最大功率跟踪控制算法,根据ZigBee协议栈和无线通讯模块函数接口编写网络通信程序等。 智能控制网关的设计也包括硬件和软件设计两方面。硬件设计方面,以Altera公司DE2开发平台为基础,定制Nios II软核,设计以太网和IP-link1223模块接口,生成片上可编程系统(SOPC, System On a Programmable Chip)。软件方面,在智能网关硬件平台上移植μClinux操作系统和BOA网络协议栈,实现对多任务管理和网络通信的支持,利用HTML、CGI技术设计动态网页,使得用户能够远程登录网关对整个路灯网络进行监控和操作。 该智能光伏路灯控制系统融合了光伏路灯与ZigBee网络特点,把分散的路灯作为无线自组织网络的物理支撑,以新的方式实现路灯控制的无线化和网络化。采用SOPC技术在现场可编程逻辑门阵列(FPGA, Field Programmable Gate Array)上设计智能控制网关,设计基于动态网页的路灯控制程序,并内置多种智能路灯控制模式,具有集成度高、设计灵活、产权保护强、操作方便的特点。采用改进的最大功率追踪算法和“两段式”充电方法使路灯控制器的充电效率大大提升。该系统采用模块化设计,既可以用于单个光伏路灯的控制,也可用于街道、社区、新农村、工业园区光伏路灯网络的智能控制,安装升级简便,应用范围广阔。 【关键词】：ZigBee FPGA 光伏路灯控制系统
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273;TM923.5
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究目的和意义10
• 1.2 研究现状和趋势10-11
• 1.3 关键技术介绍11-16
• 1.3.1 SOPC技术11-12
• 1.3.2 ZigBee技术12-16
• 1.4 论文主要内容与结构16-17
• 第二章 系统总体设计方案17-23
• 2.1 总体指标17-18
• 2.1.1 系统特点17
• 2.1.2 技术指标17
• 2.1.3 设计原则17-18
• 2.2 设计方案18-23
• 2.2.1 智能控制网关18-19
• 2.2.2 光伏路灯节点19-23
• 第三章 光伏路灯控制器23-33
• 3.1 硬件设计23-29
• 3.1.1 单片机最小系统设计23-24
• 3.1.2 电源控制电路设计24-27
• 3.1.3 通讯模块设计27-28
• 3.1.4 PCB设计28-29
• 3.2 软件设计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 功率跟踪程序31-32
• 3.2.5 通信工作程序32
• 3.2.6 阈值判断程序32-33
• 第四章 智能控制网关33-49
• 4.1 硬件设计33-37
• 4.1.1 平台选择33-34
• 4.1.2 硬件构成34-35
• 4.1.3 模块设计35-37
• 4.2 软件设计37-49
• 4.2.1 驱动程序37-39
• 4.2.2 操作系统39-43
• 4.2.3 网络服务43-49
• 第五章 总结与展望49-51
• 5.1 总结49-50
• 5.2 展望50-51
• 参考文献51-54
• 致谢54-55
• 学位论文评阅及答辩情况表55

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