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研究生:宋奕炫
研究生(外文):Yi-Syuan Song
論文名稱:基於無線通訊技術之雲端自動化高可靠度節能LED照明系統及其系統分析
論文名稱(外文):LED Lighting Cloud Service Analysis and Implementation Based-on Wireless Communication for Energy-Saving and High Reliability
指導教授:洪盟峰洪盟峰引用關係謝欽旭謝欽旭引用關係曾羣偉曾羣偉引用關係
指導教授(外文):Mong-Fong HorngChin-Shiuh ShiehChun-Wei Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:101
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:無線通訊技術雲端服務LED照明有限狀態機
外文關鍵詞:Wireless Communication TechnologyCloud ServiceLED LightingFinite State Machine
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根據國際能源署 (International Energy Agency, IEA)估計2010年全球路燈約有1.6億盞,大部分路燈仍採用水銀燈或是鹵素燈,造成極高的耗能問題。現今LED發光技術已有突破性的發展,可以大幅改善公共照明系統的效能。例如:可用160W的LED燈取代500W的鹵素燈降低68%的耗能,實具有高能源效益。但是LED照明設備一直存有散熱不佳的問題,需要避免照明設備因溫度過高而造成LED表面螢光粉脫落的現象,本論文提出可代表系統與照明設備的有限狀態機,作為軟體實現的依據,並以此提高照明系統的可靠度與穩定性。
傳統公共照明系統需要派人員到實地檢測路燈狀態,非常耗費人力成本與費時的問題。本研究提出以無線通訊及感測網路技術結合LED照明設備,以改善傳統路燈消耗能源及缺乏管理的缺點,利用人機介面網頁瀏覽器監控遠地照明設備,有利於管理與分析照明設備的工作狀態。系統提供調光亮度模式、自動巡燈檢測與人工立即巡燈檢測的功能,以降低傳統路燈系統的能源消耗並提升系統的管理效率。在每次檢測故障異常的同時,發出簡訊通知管理人員當前照明設備的工作狀態,以減少人力成本實地檢測的必要性。最後,從實驗結果分析結果顯示,與其他燈具比較節省效益,本系統利用調光亮度模式可達到低耗能的效益。
According to the statistics from IEA, there are 160 million street lamps in the world. Most street lamps are either halogen lamp or mercury vapor lamp. These two kinds of lamps cause lots of energy cost and environment cost. As the evolution of Lighting Emitting Diode (LED), more and more public lighting systems with LED such as street lamp and park lamp are deployed to improve the efficiency of energy. For an example, a 500W halogen lamp can be replaced by 160W LED lamp with 68% energy reduction. However, the poor heat-dissipating is a serious problem of LED lighting systems. The high temperature caused by low heat-dissipating efficiency leads to the degradation of phosphor power on the LED surface. How to monitor the temperature of LED and avoid high temperature of LED are critical issues to enhance the lifetime and reliability of LED. To implement a monitor and control system, the state diagram of the LED lighting system is presented. Based on the state diagram, the relation between events and system states is confirmedly used for the development of a cloud service of LED lightings in energy-saving and environmental protection.
The management of tradition public lighting system was time-consuming and human-resource-consuming because it needs dispatch people to field to test the street lamp status. The web browser of the man-machine interface is used to remote control LED lamps to benefit management and analysis of lamps status. Our system provides energy-saving mode, periodical light-checking mode and immediate light-checking mode to reduce the energy cost of the traditional lamp system and enhance the management efficiency. The administrator of lighting equipment will receive a SMS of status notification when the failure exception is detected. The proposed system will reduce the human cost of lights maintain. Thus, this implemented system can achieve lower energy cost than other lightings.
摘要 V
Abstract VI
誌謝 VIII
目錄 IX
表目錄 XII
圖目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文架構 4
第二章 相關技術分析及文獻探討 5
2.1 LED照明技術現況 5
2.2 無線通訊及感測網路 7
2.2.1 無線通訊技術 7
2.2.2 無線感測網路技術 9
2.2.3 無線通訊與感測網路相關研究 12
2.3 工業通訊技術 12
2.3.1 工業通訊技術傳輸模式 13
2.3.2 工業通訊技術通訊格式 14
2.3.3 工業通訊技術相關研究 15
2.4 雲端技術 16
2.4.1 雲端運算技術 16
2.4.2 雲端運算技術相關研究 18
2.5 照明系統可靠度分析 19
2.5.1 有限狀態機與可靠度之相關研究 20
2.6 路燈控制相關研究 21
2.7 總結 22
第三章 基於無線通訊技術之雲端自動化高可靠度節能LED照明系統及其系統分析 23
3.1 服務情境介紹 23
3.2 硬體系統架構 24
3.2.1 LED照明及其驅動設備 25
3.2.2 Z3G路由器 28
3.3 軟體架構 29
3.3.1 雲端照明管理系統 29
3.3.2 整合3G與ZigBee的Modbus傳輸協定 38
3.3.3 人機介面設計 44
3.4 系統分析 44
3.4.1 照明設備狀態定義與分析 45
3.4.2 Z3G路由器狀態定義與分析 48
3.4.3 伺服端狀態定義與分析 50
第四章 實驗與分析 52
4.1 系統開發平台 52
4.1.1 系統功能 54
4.2 狀態分析 57
4.2.1 照明設備狀態可靠度分析 58
4.2.2 Z3G路由器狀態可靠度分析 58
4.2.3 伺服端狀態可靠度分析 61
4.3 LED照明管理系統評估 61
4.3.1 照明管理系統功效能測試結果 61
4.3.2 網路流量分析 63
4.3.3 可靠度測試 64
第五章 結論與未來展望 66
5.1 研究結論 66
5.2 未來展望 66
參考文獻 68
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