基于ZigBee智能照明LED调光调色的关键技术研究

摘要

随着人们物质生活的提高以及物联网技术的迅猛发展，智能家居带给了我们新的体验和需求。于此同时，RGB LED灯具的绿色低碳环保的特性也逐渐受到大家的重视;然而目前市场上使用的RGB LED灯具大部分还是传统开关式控制方式，没有很好的存储设备终端的海量数据，为后续的数据开发和使用造成了困难。传统照明系统已经不能满足人们日益增长的生活与品质需要。在此背景下，RGB LED智能照明系统的“网络化、智能化、节能化”为我们带来了广阔的蓝图和发展空间。
　　本文提出了一种基于ZigBee为控制策略的智能照明系统，主要对智能照明LED灯具调光调色的关键技术进行了研究。ZigBee无线传感网络技术结合网状拓扑结构的ZigBee2007协议栈，实时采集LED照明现场的环境参量，经过CC2530芯片的分析判断，实现智能调光、调色温、情景模式等功能应用。在此基础上，提出了一种调光方案，详细设计了集成恒流驱动的PWM可调的驱动器，并对电路各个参量进行计算，而且通过电路的测试验证了LED驱动器调光调色的可靠性和高效性。本文主要完成的工作包括以下几点:
　　1、论文在实现了PWM智能调光的基础上，利用了ZigBee无线传感网络的优点，进行多点协同通信，能够高效的达到远程智能控制。
　　2、论文设计了基于APFC技术的LED智能调光驱动器，驱动器功率因素高达90％以上，该驱动器效果良好，而且节能环保。
　　3、论文利用R、G、B、W四色灯珠进行混光实验研究，并通过Matlab软件的Fmincon函数的优化设计，经过软件仿真得到了0～100％可调的RGBW LED混合光灯组。
　　4、论文设计了四种智能控制方式，分别是定时控制、场景控制、活动区域探测控制以及亮度检测控制，能够在提高生活品质的同时，还能达到节能环保的效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及其意义

1．3 智能照明国内外研究现状

1．4 论文主要研究内容与章节安排

2 智能照明理论基础与相关技术发展

2．1 ZigBee技术理论基础与发展

2．1．1 ZigBee技术概述

2．1．2 ZigBee结构体系

2．1．3 ZigBee的网络拓扑结构

2．2 无线传感网络技术理论基础与发展

3 开关电源相关技术

3．1 DC／DC变换技术

3．1．1 单端反激式变换器

3．1．2 单端正激式变换器

3．1．3 全桥电路

3．1．4 半桥电路

3．2 功率因数校正技术

3．2．1 功率因数(PF)

3．2．2 功率因数校正技术(PFC)

3．3 本章小结

4 LED调光调色关键技术与驱动器设计研究

4．1 RGB LED调光调色参数计算

4．2 LED的PWM调光与驱动器设计

4．2．1 PWM调光的LED驱动器框图结构

4．2．2 整流电路设计

4．2．3 APFC电路设计

4．2．4 输出驱动电路设计

4．2．5 PWM调光电路设计

4．3 本章小结

5 ZigBee智能控制设计以及驱动器测试结果

5．1 ZigBee智能控制模块

5．1．1 ZigBee模组主控芯片CC2530

5．1．2 CC2530主控芯片外围电路设计

5．1．3 传感器节点采集以及控制模块电路模块设计

5．2 RGB LED调光调色控制

5．3 ZigBee智能控制方式

5．4 驱动器测试结果

5．4．1 调光性能测试

5．4．2 RGBW混光性能测试

5．5 本章小结

6 论文总结与展望

6．1 论文总结

6．2 未来展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果