电力载波技术的照明控制系统设计总控制器硬件设计(附件)
城市路灯照明和人们的日常出行息息相关，是交通管理、社会稳定的重要保障，随着现代化城市建设步伐的加快，路灯照明在城市建设中的地位愈加重要，但是随之产生的能耗问题也越来越严重。为了能够便于管理与节约能源，本文设计了一种基于电力载波技术的照明控制系统。系统包含上位机监管中心、总控制器、节点控制器。
本课题研究的是系统中总控制器硬件部分，总控制器通过RS232串口接收来自上位机的控制指令，然后经电力载波模块传输信息到节点控制器，节点控制器通过自身载波模块接收指令信息，经自身单片机控制路灯以及进行调光等功能。总控制器硬件部分主要由STC12C4052单片机、载波通信模块、串口、电源模块、时钟模块、按键、指示灯和蜂鸣器模块等组成。
经过最终测试，发现本次设计能够实现对城市路灯进行控制管理，同时节约了资源，实现绿色设计，满足人们生活需求。对人们生活水平的改善有着重要意义。
关键词 城市路灯照明，总控制器硬件，电力载波通信
目 录
1 引言1
1.1 研究背景1
1.2 绿色照明系统的发展1
1.3 电力载波技术及国内外研究现状2
1.4 本课题研究的内容3
2 总体设计4
2.1 设计要求4
2.2 系统总体框图4
2.3 总控制器结构框图5
3 硬件设计5
3.1 微控制器及元器件选型5
3.2 电源模块8
3.3 时钟复位模块11
3.4 BWP10载波通信模块12
3.5 载波模块内置信号处理电路16
3.6 指示灯和蜂鸣器显示模块19
3.7 按键模块21
3.8 串口 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
通信21
4 调试与实验22
4.1 单片机调试方法及步骤23
4.2 载波通信模块测试23
4.3 仿真软件介绍24
4.4 调试工具24
4.5 硬件测试24
结论25
致谢26
参考文献27
附录128
1 引言
1.1 研究背景
城市路灯照明和人们的日常出行息息相关，是交通管理、社会稳定的重要保障，随着现代化城市建设步伐的加快，路灯照明在城市建设中的地位愈加重要，但是也出现了一些问题：能源的严重消耗，控制方式的单一化，线路布置的复杂化，路灯损耗难以修复等等问题。随着社会的发展，这些问题如果不及时考虑以及采取措施的话，势必会越来越严重，成为社会向前发展的阻碍。
随着大规模的城市化建设，城市中路灯的数量也在不断的增加，但是控制以及维护城市照明系统的方式已经逐渐落后，大多采用简单的定时和光电控制。而且目前为止，国内照明系统大多数现状都是控制一整条道路路灯，能够对具体的单灯控制比较少。现如今，计算机的发展速度可以说是非常迅速，可以用高速发展的计算机技术来管理照明控制系统[1]。不就的将来，相信计算机技术可以管理控制城市照明控制系统，实现智能化控制。
1.2 绿色照明系统的发展
二十世纪末兴起了“绿色照明”的理念，该理念迅速传播至全球，提高电力利用率、照明效能和保护环境是绿色照明的主要任务，普遍采用的方法是利用科学的设计和合理的控制方法，尽量选择低能耗的照明灯具，从而提高用电效率，减少能源消耗。最近半个世纪以来新材料技术蓬勃发展，LED和HID等照明路灯不断出现照明能源的利用率越来越高，已经在节省电力，另外地球的能源紧张和环境污染迫使我们必须提高电能的使用效率，因此促进了“绿色照明”运动的兴起与发展，用LED和HID等照明灯具替代传统的灯具能够推进绿色照明工程。中国政府敏锐的看到了这一点，中国的绿色照明项目已经施行了20多年，从中已经吸取了很多经验取得了一定的成果，路灯的照明效能得到了提高，缓解电力能源危机，为我们如今经济舒服、安全可靠的照明环境，为我国经济的建设做出了重大贡献[2]。
如今我国照明用电是社会需求总电量的十分之一，节能的新兴照明灯具耗电量只有传统灯具的20%，照明节能市场的发展空间很大，绿色照明项目需要长期发展。照明节能在未来的工作中将是我国节能的主要任务。“绿色照明工程”是一种节能重点工程，绿色照明工程将在“第十二个五年计划”期间得到大力推广，专注于酒店，CBD商务区，公共设施，住宅的使用，实现照明的自动化。十二五会议期间，中外专家研究探讨照明领域最新研究成果，并深入交流各国开展绿色照明的成功经验，以及照明新产品和新技术的介绍，有利于我国照明工程的发展。最近几年中国政府和国际社会都广泛关注和支持中国绿色照明工程的进展，在科研院所、地方政府和众多企业家的共同奋斗下效果显著。
1.3 电力载波技术及国内外研究现状
1.3.1 电力载波技术
电力载波通讯技术广义上来讲，是以电力线为传输载体，控制命令和数据以电力线为通讯通道来进行通讯的传送和应答。载波通讯有自己专门的电力线的调制解调的器件，能够把电力线上的一些信号进行相关处理，然后传送到与之相关联的设备[3]。
1.3.1 电力载波技术的国内外研究现状
设计涉及到电力线技术，就是数据信号在电力线上的进行传输，而国外对这方面的数据传输研究已经存在一个多世纪的时间了。1838年，埃德华戴维（David Edwards）他曾经提出了这样一个构想，就是采用电表遥控的仪器来对伦敦利物浦无人区域进行电压等级和大小的监查和测量。接着，国外非常著名的公司研究机构，在1920年期间开始着手研究了电力载波到底是如何进行通信传输的，其中的载波信号究竟具体是如何进行处理的。这些内容在当时便已经开始了深入研究。20世纪30年代西门子公司在德国的波茨坦地区，他们开发了一个把低压电力线和载波联合起来的系统[4]。此系统能够凭借非常小的消耗量，与终端点的设备器件进行控制，已经是一项新的突破。
国外公司研究起步较早，上个世纪50年代，就已经出现了电力载波的集成通信电路，是由美国的德克萨斯公司研究创造的。在二十世纪七十年代出现了功耗非常低、处理能力强的电力载波通信的控制处理器。21世纪初，已经有三种新产品出现在人们面前，家居智能化的产品，还有电力线的网络传送信息技术，还有学校网络采用的电力线技术，而不是一般的网线。著名的国外研究机构，他们研究掌握了很多关于这方面的技术，包括电力线传输信息原理，信号的调制解调，还有通信协议方面，建模分析，以及一些相关的芯片的研究。不光如此，必要的实验和观察也是必须要进行的工作。
在国内，虽然存在许多通信技术的体现，加上卫星通信十分强大的功能，还有数字波通信等等，但是不得不承认电力线载波通信这种技术的实用性能，电力通信与网络应用方面有着紧密的联系，仍然需要电力线进行一些通信功能。从目前国内外市场来看，电力线载波技术在国外取得很好的效果，而国内也正在积极做相关项目的开发，很多公司正在做的抄表系统已经初见成效，通过不懈的努力，从理论研究到实践，都取得了良好的效果[5]。
(4)理论研究的成果成熟。对于频谱的管理控制方面，先图形理论，然后加上相关技术和计算机联合，一些频率重复用还有网格的分开。同时还有相关的软件程序可以在计算机上直接管理控制，达到对频率的控制与管理，还有一些通道的技术研究，干扰技术的研究等等，现代通信已经朝数字化的趋势发展，所以也相关的出现了数字式的设备方面的研究发明创造，这些都取得了很不错的进展。不光如此，理论传输等技术方面也取得了一些突破。
1.4 本课题研究的内容
本设计利用低压电力载波，结合上位机设计路灯照明控制系统，主要进行了以下几部分研究：
1 引言1
1.1 研究背景1
1.2 绿色照明系统的发展1
1.3 电力载波技术及国内外研究现状2
1.4 本课题研究的内容3
2 总体设计4
2.1 设计要求4
2.2 系统总体框图4
2.3 总控制器结构框图5
3 硬件设计5
3.1 微控制器及元器件选型5
3.2 电源模块8
3.3 时钟复位模块11
3.4 BWP10载波通信模块12
3.5 载波模块内置信号处理电路16
3.6 指示灯和蜂鸣器显示模块19
3.7 按键模块21
3.8 串口 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
通信21
4 调试与实验22
4.1 单片机调试方法及步骤23
4.2 载波通信模块测试23
4.3 仿真软件介绍24
4.4 调试工具24
4.5 硬件测试24
结论25
致谢26
参考文献27
附录128
1 引言
1.1 研究背景
城市路灯照明和人们的日常出行息息相关，是交通管理、社会稳定的重要保障，随着现代化城市建设步伐的加快，路灯照明在城市建设中的地位愈加重要，但是也出现了一些问题：能源的严重消耗，控制方式的单一化，线路布置的复杂化，路灯损耗难以修复等等问题。随着社会的发展，这些问题如果不及时考虑以及采取措施的话，势必会越来越严重，成为社会向前发展的阻碍。
随着大规模的城市化建设，城市中路灯的数量也在不断的增加，但是控制以及维护城市照明系统的方式已经逐渐落后，大多采用简单的定时和光电控制。而且目前为止，国内照明系统大多数现状都是控制一整条道路路灯，能够对具体的单灯控制比较少。现如今，计算机的发展速度可以说是非常迅速，可以用高速发展的计算机技术来管理照明控制系统[1]。不就的将来，相信计算机技术可以管理控制城市照明控制系统，实现智能化控制。
1.2 绿色照明系统的发展
二十世纪末兴起了“绿色照明”的理念，该理念迅速传播至全球，提高电力利用率、照明效能和保护环境是绿色照明的主要任务，普遍采用的方法是利用科学的设计和合理的控制方法，尽量选择低能耗的照明灯具，从而提高用电效率，减少能源消耗。最近半个世纪以来新材料技术蓬勃发展，LED和HID等照明路灯不断出现照明能源的利用率越来越高，已经在节省电力，另外地球的能源紧张和环境污染迫使我们必须提高电能的使用效率，因此促进了“绿色照明”运动的兴起与发展，用LED和HID等照明灯具替代传统的灯具能够推进绿色照明工程。中国政府敏锐的看到了这一点，中国的绿色照明项目已经施行了20多年，从中已经吸取了很多经验取得了一定的成果，路灯的照明效能得到了提高，缓解电力能源危机，为我们如今经济舒服、安全可靠的照明环境，为我国经济的建设做出了重大贡献[2]。
如今我国照明用电是社会需求总电量的十分之一，节能的新兴照明灯具耗电量只有传统灯具的20%，照明节能市场的发展空间很大，绿色照明项目需要长期发展。照明节能在未来的工作中将是我国节能的主要任务。“绿色照明工程”是一种节能重点工程，绿色照明工程将在“第十二个五年计划”期间得到大力推广，专注于酒店，CBD商务区，公共设施，住宅的使用，实现照明的自动化。十二五会议期间，中外专家研究探讨照明领域最新研究成果，并深入交流各国开展绿色照明的成功经验，以及照明新产品和新技术的介绍，有利于我国照明工程的发展。最近几年中国政府和国际社会都广泛关注和支持中国绿色照明工程的进展，在科研院所、地方政府和众多企业家的共同奋斗下效果显著。
1.3 电力载波技术及国内外研究现状
1.3.1 电力载波技术
电力载波通讯技术广义上来讲，是以电力线为传输载体，控制命令和数据以电力线为通讯通道来进行通讯的传送和应答。载波通讯有自己专门的电力线的调制解调的器件，能够把电力线上的一些信号进行相关处理，然后传送到与之相关联的设备[3]。
1.3.1 电力载波技术的国内外研究现状
设计涉及到电力线技术，就是数据信号在电力线上的进行传输，而国外对这方面的数据传输研究已经存在一个多世纪的时间了。1838年，埃德华戴维（David Edwards）他曾经提出了这样一个构想，就是采用电表遥控的仪器来对伦敦利物浦无人区域进行电压等级和大小的监查和测量。接着，国外非常著名的公司研究机构，在1920年期间开始着手研究了电力载波到底是如何进行通信传输的，其中的载波信号究竟具体是如何进行处理的。这些内容在当时便已经开始了深入研究。20世纪30年代西门子公司在德国的波茨坦地区，他们开发了一个把低压电力线和载波联合起来的系统[4]。此系统能够凭借非常小的消耗量，与终端点的设备器件进行控制，已经是一项新的突破。
国外公司研究起步较早，上个世纪50年代，就已经出现了电力载波的集成通信电路，是由美国的德克萨斯公司研究创造的。在二十世纪七十年代出现了功耗非常低、处理能力强的电力载波通信的控制处理器。21世纪初，已经有三种新产品出现在人们面前，家居智能化的产品，还有电力线的网络传送信息技术，还有学校网络采用的电力线技术，而不是一般的网线。著名的国外研究机构，他们研究掌握了很多关于这方面的技术，包括电力线传输信息原理，信号的调制解调，还有通信协议方面，建模分析，以及一些相关的芯片的研究。不光如此，必要的实验和观察也是必须要进行的工作。
在国内，虽然存在许多通信技术的体现，加上卫星通信十分强大的功能，还有数字波通信等等，但是不得不承认电力线载波通信这种技术的实用性能，电力通信与网络应用方面有着紧密的联系，仍然需要电力线进行一些通信功能。从目前国内外市场来看，电力线载波技术在国外取得很好的效果，而国内也正在积极做相关项目的开发，很多公司正在做的抄表系统已经初见成效，通过不懈的努力，从理论研究到实践，都取得了良好的效果[5]。
(4)理论研究的成果成熟。对于频谱的管理控制方面，先图形理论，然后加上相关技术和计算机联合，一些频率重复用还有网格的分开。同时还有相关的软件程序可以在计算机上直接管理控制，达到对频率的控制与管理，还有一些通道的技术研究，干扰技术的研究等等，现代通信已经朝数字化的趋势发展，所以也相关的出现了数字式的设备方面的研究发明创造，这些都取得了很不错的进展。不光如此，理论传输等技术方面也取得了一些突破。
1.4 本课题研究的内容
本设计利用低压电力载波，结合上位机设计路灯照明控制系统，主要进行了以下几部分研究：
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