照明LED在城市交通导向系统的应用研究

论文摘要

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。

论文目录

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