毕业论文-60W单体LED路灯状态监测与节能控制系统设计
摘要
本设计采用上位机与下位机相结合的模式实现对LED路灯状态的监测与节能控制。上位机通过串口与PC机连接。下位机有光信号采集模块，经ＡＤ转换传给单片机处理后由nRF24L01无线传输给上位机，上位机与ＰＣ端软件共同协作完成对ＬＥＤ路灯状态的监控与异常报警显示。单片机采用STC89C52，用光敏电阻采集光信号来判别明暗情况，结合AD转换控制路灯的亮灭，采用低价的nRF24L01无线传输模块收发命令，计时显示和报警显示都通过PC端软件来实现。
关键词：LED路灯；监控；单片机；无线传输
1绪论
1.1设计目的和背景
近年来光伏行业有回暖的势头，光伏组件制造技术日趋成熟，组件的光电转换效率达到了17.5%左右，所以光伏组件用于LED路灯将会成为主流配置。然而组件没有蓄电能力，还得依赖于蓄电池和控制器，所以节能又显得尤为重要。在城市，LED路灯在路灯市场上比较少。一方面，LED路灯在技术上尚不成熟，另一方面，LED路灯相对传统的路灯，在价格上处于劣势，政府在投资上偏于保守。当下人们都提倡环保节能，一系列节能产品层出不穷，照明节能也提上了议程，目前的照明节能发展潜力巨大，以LED为核心的照明产品能节能20%，如果按全国范围来统计，节约的电能相当可观，同时也保护了环境。本设计在技术上对ＬＥＤ路灯系统监控给予支持，通过对路灯的节能控制来对光伏组件应用于ＬＥＤ路灯经济性给予支持。
1.2设计所要实现的目标
本设计所要实现的目标是在经济实用的前提下采用2.4G无线发射接收模块来传输命令。安装在路灯端的单片机及其外设电路负责光线的采集和明暗的判断，判断结果通过AD转换后传给单片机处理，单片机结合无线模块发送高低电平指令，由上位机接收后单片机做出相应处理，将处理结果通过串口输送给PC端，PC端软件控制界面就会显示。如果LED温度过高发生，控制界面就会显示异常信息，并驱动电脑扬声器报警。PC端软件还负责路灯亮灭的定时以及路灯工作时温度显示。利用红外对管模块来达到依据交通实际环境，控制LED路灯的亮灭，节能的效果。
2关键设计方案的优选
2.1基于GSM网络模块的设计方案
2.1.1 GSM模块的性能优劣
首先GSM是最重要的电话通讯网络，覆盖范围也很广泛，使用领域层出不穷。因此GSM模块用于LED路灯监控在技术上是支持的。如果GSM模块用于LED路灯监控系统，
为从GSM收发的数据进行存取或发送配置外设，电路复杂。其次，GSM收发模块对信号有很多要求，比如收到信息后直接从串口弹出，这样比较容易丢信息，此外反复对卡进行读写似乎不太好。另一个大问题是GSM网络收发模块要搭配SIM卡，其一SIM卡有寿命限制，更频繁的通讯只能采用直接输出模式。其二工作稳定性依赖于GSM网络覆盖区的网络通畅度。在信号差的偏远地区，当对路灯进行收发命令控制时，发送的指令容易出错，造成控制系统的不稳定。
2.1.2 GSM模块的成本分析
GSM在价格上处于劣势，在在淘宝网上便宜一点的板子都要100元以上。加上SIM卡，通讯费用，外设抗干扰电路和外围电路，价格最少要200。显然对于大规模投入使用的LED路灯监控系统，其成本高，制作过程复杂，操作不简便，加之元件固有的老化和异常，稳定性也大打折扣。此外维护费用的增加降低了经济效益。
2.2基于nRF24L01无线发射接收模块的设计方案
2.2.1 nRF24L01无线模块的性能优劣
在本次实物制作中使用的nRF24L01无线收发模块在无线传输中应用的比较多。元件集成度高，体积小，可编程,必须要单片机发出的指令才能完成双向收发。但是它可以通过多种信道，而且能快速切换频点。收发一体化，减少外设电路，单发单收系统产品价格虽然低，但是无法避免同频干扰，nRF24L01无线收发能快速跳频，一般有几十个通道可以避开干扰。同时它不受SIM卡的局限
《60W单体LED路灯状态监测与节能控制系统设计》
该毕业论文主要探讨了针对60瓦单体LED路灯的状态监测与节能控制系统的构建。系统采用上位机与下位机相结合的方式，实现了对LED路灯状态的有效监控和节能控制。上位机通过串行接口与个人计算机（PC）相连，而下位机则包含光信号采集模块，通过AD（模拟数字）转换将光信号数据传递给单片机处理。单片机采用STC89C52型号，利用光敏电阻采集环境光线强度，根据明暗情况控制路灯的开关。通信方面，系统采用了nRF24L01无线传输模块，以低成本的方式收发控制命令，确保信息的实时性。
设计目标旨在提供一个经济且实用的解决方案，利用2.4G无线发射接收模块传输命令。单片机负责采集和处理光信号，通过无线模块将信息发送至上位机，上位机再通过串口将数据传输到PC端，PC端的软件界面能够实时显示路灯状态，并在出现异常如LED温度过高时，触发报警功能。此外，PC端软件还能进行定时控制路灯的亮灭及显示工作温度，从而实现节能控制。
在关键设计方案的比较中，论文提出了两种方案：基于GSM网络模块和基于nRF24L01无线发射接收模块。GSM模块虽然具有广泛覆盖和成熟的技术，但其电路复杂、成本高、依赖SIM卡，易受网络覆盖质量影响，稳定性不足。相比之下，nRF24L01无线模块因其高集成度、体积小、低成本、可编程以及能有效避免同频干扰等优点，成为更优选择。
论文深入讨论了这两种方案的优缺点，尤其是成本分析，强调了nRF24L01在大规模LED路灯监控系统中的应用潜力。这种无线收发模块的快速切换频率特性使其能适应复杂的无线环境，降低了系统的复杂性和维护成本，提高了整个监控系统的稳定性和经济性。
该设计结合了硬件和软件技术，通过精确的光信号采集和高效的无线通信，实现了对LED路灯状态的实时监控和节能控制，为城市照明系统提供了新的可能性，同时也响应了当前社会对环保和节能的迫切需求。
