基于无线传感器网络的集装箱堆场智能照明控制系统的设计

论文摘要

随着港口向“数字智能港”的逐渐转变,传统的照明控制不能体现数字化、智能化、节能高效的特点,于是无线智能照明控制系统应运而生。近年来,无线传感器网络的研发为照明控制带来了新的控制解决方案。论文在深入研究无线传感器网络的基础上,以港口集装箱堆场智能照明控制系统为研究对象,针对传统照明控制系统布线麻烦、可扩展性差、节能效率低等缺点,设计了以C8051F020为微处理器,以CC2430为射频芯片的低功耗节点硬件平台；并结合TI公司的Z-Stack协议栈,开发了基于Zigbee无线传感器网络技术的集装箱堆场智能照明控制系统。该系统主要由Zigbee终端节点（ZSED）、 Zigbee汇聚节点（ZCCD）、上位监控中心所构成,其中数据采集节点能周期性的采集作业区域的光照度和节点电压等环境信息并通过无线传感器网络转发给数据接入节点,数据接入节点将信息通过无线数传电台发送给上位监控中心,监控中心能及时响应用户信息查询、网络拓扑更新、传感器数据采集以及开关灯控制等命令。论文着重介绍了Zigbee的无线传感器组网设计、Zigbee终端节点（ZSED）的软硬件设计、Zigbee汇聚节点（ZCCD）的软硬件设计等；论文将模糊控制理论应用到集装箱堆场照明控制系统中,针对集装箱堆场照明的特点,设计了模糊照明控制算法；论文最后对上位监控软件进行了设计,采用VB开发了软件程序,并选用Oracle10g数据库对数据进行存储。论文以白炽灯灯箱模拟集装箱堆场高杆灯照明,对整个系统进行了功能测试和应用性试验,能够满足照明控制系统的基本需求,对进一步开发更成熟的无线照明控制系统具有借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 无线传感器网络组成
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 无线传感器网络的应用
• 1.5 研究内容与结构
• 第2章 IEEE 802.15.4/Zigbee技术
• 2.1 IEEE 802.1 5.4标准
• 2.1.1 工作频段和数据速率
• 2.1.2 网络设备
• 2.2 Zigbee网络结构
• 2.2.1 Zigbee功能设备
• 2.2.2 Zigbee网络拓扑结构
• 2.2.3 Zigbee网络协议栈体系结构
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统总体设计方案
• 3.1 系统设计要求
• 3.2 集装箱堆场照明要求
• 3.3 系统总体布局
• 3.4 系统功能
• 3.4.1 前端节点功能
• 3.4.2 上位监控软件功能
• 3.5 系统开发环境
• 3.5.1 系统前端开发环境
• 3.5.2 系统上位监控开发环境
• 3.6 本章小结
• 第4章 集装箱堆场照度监测节点设计
• 4.1 Zigbee组网设计
• 4.1.1 网络结构设计
• 4.1.2 节电模式设计
• 4.1.3 组网程序设计
• 4.2 ZSED节点设计
• 4.2.1 CC2430主控电路
• 4.2.2 光照度传感器采集电路
• 4.2.3 电源电路
• 4.2.4 软件驱动程序设计
• 4.3 ZCCD节点设计
• 4.3.1 C8051F020主控电路
• 4.3.2 CC2430串口扩展接口电路
• 4.3.3 电源电路
• 4.3.4 时钟电路
• 4.3.5 继电器控制开关电路
• 4.3.6 JTAG调试电路
• 4.3.7 软件驱动程序设计
• 4.4 串口协议设计
• 4.4.1 上位软件发送命令
• 4.4.2 上位软件接收数据
• 4.5 本章小结
• 第5章 集装箱堆场照明模糊控制
• 5.1 港口集装箱堆场照明模糊控制相关理论分析
• 5.1.1 集装箱堆场照明模糊控制问题的描述
• 5.2 模糊控制原理及组成
• 5.2.1 集装箱堆场照明模糊控制原理
• 5.3 港口集装箱堆场照明模糊控制器的设计
• 5.3.1 输入变量与输出变量的确定
• 5.3.2 模糊化
• 5.3.3 控制规则
• 5.3.4 Matlab构造模糊控制器
• 5.3.5 模糊推理
• 5.3.6 解模糊
• 5.3.7 模糊控制子程序设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢