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照明LED在城市交通导向系统的应用研究

作　者: 赵晓燕
导　师: 何宁
学　校: 桂林电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: LED路灯脉冲宽度调制光照度可见光通信语音导向
分类号: U491.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 73次
引　用: 1次
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内容摘要

随着经济的快速发展,节能、环保、高效的LED路灯已经在国内外大量使用。LED是半导体发光器件,具有调制线性好、调制速度快、发射功率大等优点,可以作为可见光无线通信光源。因此,研究将LED的照明和通信功能相结合,建立基于LED路灯的城市交通导向系统,实现广播式语音道路导向,为车辆或行人提供道路交通信息,减少目前城市交通事故和严重阻塞等问题,为人们出行提供安全保障,对实现城市的智能化交通管理具有重要的研究意义。文章主要探讨LED在照明基础上实现调制的方法,构建白光LED语音交通导向系统,解决城市道路照明环境下语音导向信息传输的可靠性,研究内容有以下三个方面:(1)理论研究,从LED光源特性及其驱动电路、无线光通信系统、道路照明、语音合成技术等方面对该系统进行详细分析。采用分集技术来减弱系统信道中信号衰落、多径和阴影效应等对系统性能的影响,且在满足道路照明标准的情况下,根据具体的道路进行合理的导向信息设计;(2)系统软硬件设计,主要包括系统发射端和接收端的硬件设计,导向信息采用的是SYN6288合成的语音信息。发射端主要采用TL494 PWM脉冲驱动和DD311恒流驱动电路,驱动LED发光和通信,接收端使用16个PIN阵列等增益接收信号,AGC控制电路保证输出信号稳定;(3)实验性能测试,利用设计的硬件系统平台,根据仿真的LED路灯辐射角和探测器接收角等参数和照明标准,采用单管接收系统和等增益阵列接收系统分别进行测试。实验测试结果表明:两套接收系统都可以完成200m的通信设计范围,但等增益阵列接收能够扩大接收角,提高系统灵敏度;AGC电路和限幅电路能够提高系统的动态范围,保证语音导向信息稳定输出。实验测试和理论分析共同验证了采用LED路灯实现可见光无线通信,应用于室外道路交通导向系统中,具有可行性和安全性。该导向系统为城市的智能交通系统提供技术支持,具有实用价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外技术现状  9-12
    1.2.1 照明LED 的无线光通信国内外技术现状  9-11
    1.2.2 城市交通导向系统的国内外技术应用现状  11-12
  1.3 论文的选题意义及创新点  12
  1.4 论文结构  12-14
第二章 LED 的照明特性  14-22
  2.1 LED 发光原理  14-19
    2.1.1 LED 的发光机理  14-15
    2.1.2 LED 的伏安特性  15-17
    2.1.3 LED 的调制特性  17-19
  2.2 LED 光源的优点  19-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章照明LED 的城市语音交通导向系统  22-43
  3.1 可见光无线通信  22-25
    3.1.1 室内可见光无线通信系统  22-23
    3.1.2 室外可见光无线通信系统  23
    3.1.3 LED 路灯的城市语音交通导向系统  23-25
  3.2 发射系统  25-33
    3.2.1 升压式和降压式开关电源  25-28
    3.2.2 开关电源的控制方式  28-29
    3.2.3 开关电源的反馈模式  29-31
    3.2.4 驱动电路需解决的问题  31-33
  3.3 传输信道  33-35
    3.3.1 瑞利散射  33-34
    3.3.2 多径效应  34-35
  3.4 分集技术  35-38
  3.5 接收系统  38-42
    3.5.1 光接收机的灵敏度和动态范围  38-39
    3.5.2 PIN 探测器及前置放大器  39-41
    3.5.3 自动增益控制技术  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章城市道路交通与照明概述  43-47
  4.1 城市道路分类  43-44
  4.2 道路照明  44-46
  4.3 导向信息  46
  4.4 本章小结  46-47
第五章 LED 城市交通导向系统硬件设计  47-58
  5.1 发射系统的硬件设计  47-55
    5.1.1 语音合成信号  48-52
    5.1.2 PWM 脉冲驱动电路  52-53
    5.1.3 恒流驱动电路  53-55
  5.2 接收系统的硬件设计  55-57
    5.2.1 探测器及前置放大电路  55-56
    5.2.2 解调电路  56
    5.2.3 AGC 自动增益控制电路  56-57
  5.3 本章小结  57-58
第六章系统仿真及实验测试  58-66
  6.1 光源辐射角和接收角仿真  58-60
    6.1.1 LED 路灯的辐射角  58-59
    6.1.2 接收机的接收角  59
    6.1.3 通信系统的阴影分析  59-60
  6.2 光照度与接收灵敏度测试  60-65
    6.2.1 阵列接收系统测试  60-61
    6.2.2 单管接收的系统测试  61-65
  6.3 本章小结  65-66
第七章结论与展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
作者在攻读硕士期间的主要研究成果  72-73
附录  73-75

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