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基于高效率LED驱动器及ZigBee网络的智能照明控制系统

作　者: 江磊
导　师: 刘木清
学　校: 复旦大学
专　业: 光电系统与控制技术
关键词: LED 高效率同步整流智能照明控制系统 ZigBee 恒照度
分类号: TM923
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 452次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,随着大功率白光LED技术的日趋成熟,LED在通用照明领域的应用得到较快的发展。LED具有光效高、寿命长、易于控制等众多优点,如何充分发挥这些优点成为一个很有意义的研究方向。为充分发挥LED光效高、寿命长的特点,需要设计高效率、高可靠性的恒流驱动器。为满足LED易于控制的特点,需设计相应的调光电路,并与智能照明控制系统相结合。另外,考虑到现有的智能照明控制系统多采用总线结构,布线复杂,灵活性低,用新兴的ZigBee网络技术进行替代,能够进一步提高系统的性能。本文根据以上描述,研究了基于高效率LED驱动器及ZigBee网络的智能照明控制系统,主要完成了以下工作：1、通过对LED特性的分析,提出了LED恒流驱动器所必需具备的若干特性,并据此设计了高效率、高可靠性的AC/DC电源。在进行必要的理论推导的基础上,本文给出了详细的设计过程,并介绍了在设计过程中所遇到的问题和相应的解决办法。在设计完成后,不仅通过实验验证了所设计电源的功能性,还进行了相应的可靠性测试并给出了相应的测试结果。本文还提出了一种高电压输出的同步整流方式,详细分析了其电路原理,并进行了相关实验。2、详细比较、分析了市场上常见恒流驱动芯片的特点和各自的工作原理,介绍了基于其中一款的恒流驱动电路设计并进行了实验。本文通过MC分析计算了在此设计下恒流输出的离散性与各元件的关系,并提出了相应的意见。另外,本文设计并介绍了一种短路保护电路,进一步提高了系统的可靠性。3、研究并分析了ZigBee技术及其协议栈结构。在比较和分析市场上ZigBee芯片的基础上确定了方案,设计了一套基于ZigBee网络的智能照明控制系统。本文从硬件和软件两方面对其设计进行了详细的阐述,给出了硬件构成的原理图和部分软件流程图。4、通过对现有智能照明控制系统控制方式的总结和讨论,本文提出了一种简单而有效的工作面恒照度算法,并较为详细地对其原理及关键数据结构做了介绍。为验证其有效性,本文专门搭建了相应的实验平台,进行了工作面恒照度调光实验,获得了相关数据。通过实验,不仅验证了调光算法的可行性,还发现了一些存在的问题,并给出了相应的解决思路。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题背景  8-9
    1.1.1 LED应用背景  8-9
    1.1.2 智能照明控制系统  9
  1.2 课题意义  9-10
  1.3 论文的主要工作  10-12
第二章高效率AC/DC恒压电源的设计  12-49
  2.1 设计概述  12-16
    2.1.1 设计要求  13-14
    2.1.2 拓扑比较  14-15
    2.1.3 选型结论  15-16
  2.2 相关理论及推导  16-31
    2.2.1 前提假设  16-18
    2.2.2 时间关系推导  18-19
    2.2.3 能量关系推导  19-22
    2.2.4 功率因数及总谐波推导  22-23
    2.2.5 变压器设计  23-24
    2.2.6 相关元件推导  24-25
    2.2.7 反馈设计及补偿  25-31
  2.3 计算及元件选用  31-37
    2.3.1 确定电源设计参数  31
    2.3.2 确定相关设计前提  31
    2.3.3 功率参数计算  31-32
    2.3.4 变压器设计  32-35
    2.3.5 相关元件选用  35-36
    2.3.6 反馈及环路补偿  36-37
  2.4 同步整流设计  37-42
    2.4.1 概述  37-38
    2.4.2 电路介绍及仿真  38-40
    2.4.3 实验结果及分析  40-42
  2.5 相关问题及实验  42-48
    2.5.1 短路保护  42-45
    2.5.2 可靠性试验  45-46
    2.5.3 实验数据  46-48
  2.6 本章小结  48-49
第三章可调光LED恒流驱动器的设计  49-67
  3.1 LED恒流驱动方式概述  49-54
  3.2 详细设计及计算  54-63
    3.2.1 芯片选型  54-58
    3.2.2 电路设计  58-59
    3.2.3 元件选用及参数计算  59-63
  3.3 实验及数据分析  63-66
    3.3.1 离散性分析  63-65
    3.3.2 实验结果  65-66
  3.4 本章小结  66-67
第四章 ZigBee技术研究  67-85
  4.1 ZigBee技术概述  67-69
  4.2 ZigBee的技术特点和应用需求  69-72
  4.3 ZigBee协议栈结构  72-81
    4.3.1 概述  72-74
    4.3.2 物理层  74-76
    4.3.3 介质访问控制层  76-77
    4.3.4 网络层  77-79
    4.3.5 应用层  79-81
  4.4 ZigBee芯片选择  81-84
  4.5 本章小结  84-85
第五章基于ZigBee网络的智能照明控制系统硬件平台搭建  85-102
  5.1 系统构成概述  85-86
  5.2 可调光LED驱动器模块设计  86-93
    5.2.1 CC2430最小系统电路  87-88
    5.2.2 电源电路  88-90
    5.2.3 电参数采样电路  90-91
    5.2.4 调光电路  91-93
  5.3 照度传感器模块设计  93-96
    5.3.1 照度传感器电路  93-95
    5.3.2 电源管理电路  95-96
  5.4 个人终端模块设计  96-100
    5.4.1 电源管理电路  96-97
    5.4.2 输入/输出电路  97-99
    5.4.3 串口通信电路  99-100
  5.5 本章小结  100-102
第六章系统软件开发  102-117
  6.1 协议栈介绍  102-103
  6.2 HAL层驱动编写及移植  103-106
    6.2.1 可调光LED驱动器模块  104
    6.2.2 照度传感器模块  104-105
    6.2.3 个人终端模块  105-106
  6.3 应用层程序开发  106-109
  6.4 恒照度调光算法研究  109-114
    6.4.1 背景介绍  109
    6.4.2 算法概述  109-110
    6.4.3 照度传感器模块算法  110-112
    6.4.4 可调光LED驱动器模块算法  112-113
    6.4.5 个人终端模块算法  113-114
  6.5 相关实验及分析  114-116
  6.6 本章小结  116-117
第七章总结与展望  117-120
  7.1 工作总结  117-118
  7.2 展望  118-120
参考文献  120-123
硕士学位在读期间发表的学术成果  123-124
致谢  124-125

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