臺灣博碩士論文加值系統

路燈，是道路、街道及公眾廣場上的發光照明系統，通常在入夜或者天黑時分啟動發亮，在黎明之後熄滅。路燈提供行人夜間的安全以及車輛行進重要的指引，然而每天夜晚燈火通明的城市卻為地方政府的支出帶來龐大的負擔，路燈妥善率的維護以及修繕占了各地方政府財政支出不少的比例。本研究探討如何利用無線區域網狀網路(Wi-Fi Mesh)當作通訊媒介並整合長程演進技術(Long-Term Evolution, LTE)作為資料傳輸系統，透過微控制器(Microcontroller unit, MCU)來控制路燈安定器之開關，開發一套路燈監控系統來解決能源使用率與路燈妥善率之問題。

Street Lights, is a lighting system for roads, streets and public square.
Usually turn on at night or in the dark hours, after dawn off. Street Lights
provide an important guideline for pedestrian safety and vehicle traveling
at night. However, every night the lights in the city have brought a huge
burden for the spending of local governments, street maintenance and
repair proper rate accounted for a lot of the proportion of local government
expenditure. This thesis investigated how to use wireless local area mesh
network (Wi-Fi Mesh) as a communications medium and integrated Long
Term Evolution (LTE) technology as a data transmission system. Use the
micro-controller to control the ballast of lights on and off, to develop a
monitoring system to solve the problems of the energy utilization rate of
Street Lights in the road properly.

指導教授推薦書
口試委員會審定書
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 3
1-3 研究目的 4
1-4 論文架構 4
第二章 文獻探討 6
2-1 道路照明監控管理之發展 6
2-2 道路照明監控管理概述 7
2-3 台灣地區道路照明監控管理發展之概況 8
2-4 大陸道路照明監控管理發展之概況 9
2-5 現有道路照明通訊媒介之探討 9
2-5-1 電力線載波通訊系統 10
2-5-2 ZigBee 無線通訊系統 11
2-6 無線路由 12
2-6-1 無線區域網狀網路 14
2-6-2 通訊系統其特性與規格比較 20
2-6-3 雷達圖分析 22
2-7 長程演進技術 24
2-8 微控制器 27
2-9 安定器 30
第三章 路燈管理系統硬體架構開發 33
3-1 Wi-Fi SoC 模組概述 33
3-1-1 GS2000 特性與優勢 34
3-2 LTE/HSPA+/GPRS 模組概述 35
3-2-1 TOBY-L2 特性與優勢 37
3-3 路燈管理系統架構說明 37
3-4 路燈管理系統整合可調光式安定器 47
3-5 可調光路燈管理系統設計之預期目標 49
第四章 路燈管理系統整合應用 50
4-1 可調光路燈管理系統介紹 50
4-2 智慧燈控調光節能方案 52
4-3 節能效益分析─以台北市為例 55
4-4Wi-Fi 技術於路燈管理系統應用說明─以台北市為例 58
4-5 可調光路燈管理系統建置費用預估 60
第五章 結論與未來研究方向 61
5-1 結論 61
5-2 未來研究方向 61
參考文獻 63
附錄 A 70
附錄 B 72
附錄 C 74


圖目錄
圖 1.1 道路照明管理作業流程圖 2
圖 2.1 有基礎架構型(Infrastructure)與無基礎架構型(Ad hoc) 15
圖 2.2 階層式 WMNs 示意圖 17
圖 2.3 常見 Mesh Wi-Fi 網路佈署 18
圖 2.4 雷達圖分析 24
圖 2.5 典型的微控制器架構 29
圖 2.6 電子安定器之基本電路方塊圖 32
圖 2.7 兩級式電子式安定器基本電路圖 32
圖 3.1 繼電器工作原理 37
圖 3.2 控制繼電器的電路 39
圖 3.3 ADE7763 架構圖 40
圖 3.4 GS2000 嵌入式軟體架構圖 41
圖 3.5 路燈管理系統 Master 架構設計圖 42
圖 3.6 路燈管理系統 Slave 架構設計圖 43
圖 3.7 系統結構圖 44
圖 3.8 網路示意圖 44
圖 3.9 系統操作流程圖 46
圖 3.10 可調光式電子安定器電路架構示意圖 48
圖 3.11 可調光路燈管理系統架構設計圖 49
圖 4.1 可調光路燈管理系統安裝 50
圖 4.2 可調光路燈管理系統透過網狀網路點對點連接 51
圖 4.3 調光方案 A：下半夜調光 53
圖 4.4 調光方案 B：下半夜關燈 53
圖 4.5 調光方案 C：先進式調光 54
圖 4.6 十五萬盞路燈全年電費(元) vs 調光方案(%) 57
圖 4.7 十五萬盞路燈全年 CO 2 排放量(公噸) vs 調光方案(%) 57
圖 4.8 Backbone vs. Node 比較圖 59


表目錄
表 2-1 通訊系統其特性與規格比較表 21
表 2-2 電子安定器和傳統安定器的特性比較 32
表 3-1 LTE UE 各工作類型可取得最大數據速率表 36
表 4-1 不同調光節能方案能耗計算及節能數據 56
表 4-2 可調光路燈管理系統建置費用預估 60

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