摘要：本研究的目的是揭示LR-WPAN中无线电控制链路模型在反射和视线分量干扰的工作条件下的特殊性，并评估无线电链路的正光源控制范围。提出了具有基于ISM和ZigBee的射频收发器的受控光谱可调谐发光二极管（LED）光源的开发和实际实现的结果。已经讨论了在LabVIEW中开发的用于光源的无线电控制链路的软件应用，并且用于评估无线电控制链路的发射和接收天线的各种极化组合的范围。建立并通过实验证实，使用双射线模型可以计算接收的能量：视线和反射光线。与其中来自各种对象的多次反射导致没有视线分量的多径传播的蜂窝网络相比，这种方法更简单。
关键词：受控光源，干扰技术，LED，链路控制
一．介绍
根据室内照明环境对人体有机物影响的研究结果，光源的不良照度或色温会影响使用者的视力并引起注意力分散，从而导致使用者感到疲倦或烦躁。发光二极管[1]（LED）满足现代光源的要求，首先，因为它们在大规模生产的LED中具有150lm/W的高能效发光效率，所以能够充分节省能量消耗。还可以通过动态控制光谱颜色参数（基于RGB混合的智能光）来改善生成光的质量。首先，生成光的质量取决于产生具有广泛色温（2700-6500）的光的能力和具有高显色指数。
本文介绍了低速无线个人局域网[2]（LR-WPAN）中可实现的无线电控制链路范围的理论研究结果，以及使用ISM（868MHz）和ZigBee 的节能动态控制LED光源无线网络的实际实现技术。
LED光源用于照明生活区，公共区和工业区，能够随时间调节颜色，光谱和亮度照明特性，并创建最佳照明环境。下面描述的LED光源使用RGBW颜色混合原理产生具有所需光谱，颜色和亮度特性的白光：受控多色LED光源和节能动态控制LED光源。大多数欧洲无线设备的工作频率为2.4 GHz，但是，868 MHz用于一些窄带和宽带应用，例如路灯控制，社会警报，通用警报和非特定小距离（SRD）系统。
ZigBee是基于IEEE 802.15.4无线个人网络标准的标准。该标准允许创建非常损失的成本和低功率网络。这些网络由传感器和执行器构成，可以无线控制许多电子产品，如遥控器，医疗，工业和安全传感器。
二．CPLLS和EDCLLS网络的实际实施
无线CPLLS和EDCLLS网络包含以下组件：带有LED光源的终端设备发挥作用; 远程控制站[3]（RCS），协调网络并控制其在所有模式下的操作; 在设置网络和某些操作模式时也可用作网络协调器的PC。CPLLS和EDCLLS设备本身包括以下组件：待机模式的电源; 主电源; 带控制板的微控制器，包括无线链路; 用于电源管理的LED驱动器; 带有串联LED的LED灯条。
形成LR-WPAN的SPLLS和EDCLLS旨在用于所有三个维度（长度，宽度，高度）的大尺寸房间。这会影响无线电控制链路分析。发射和接收天线相对于地面的定向可能导致在设计光源时必须考虑的复杂配置。使用遥控站控制光源。手持设备通常靠近地面操作，这意味着必须考虑地面影响来进行链路的有效范围计算。
三．无线电控制链路模型
无线电控制链路[4]的理想化模型通常由Friis传输方程描述：
其中P R是接收天线可用的功率; P T是提供给发射天线的功率; G R，G T分别是接收天线和发射天线的增益; λ是波长（λ= c / f，c是真空中的光速，f是频率），d是两个天线之间的距离（地球表面上的投影），n是路径损耗指数。
方程通常用于确定无线电控制链路的功率预算。在实际控制链路中，波被发射天线照射的所有物体反射和阻挡。在本文中，使用双射线干涉模型，其中朝向发射天线的地面反射入射波影响辐射方向图。两个射线在接收天线处的干扰产生特定的多波瓣场结构。
四．无线电控制链路仿真的结果
使用Friis传输方程计算的以1毫瓦为单位的分贝接收功率值以及用于垂直，水平和圆形极化的无线电控制链路。这些链路是使用LabVIEW开发的软件应用程序创建的，用于模拟考虑其特定要求的光源命令无线电控制链路。该程序允许计算无线电波传播的总接收功率，反射系数和其他参数，作为工作频率，发射天线和接收天线的高度，介电常数的实部和虚部，辐射方向图和发射机功率的函数。方便的图形用户界面允许在广泛的输入参数上研究结果。模拟结果有助于确定发射和接收天线的不同相互取向（极化）的无线电控制链路范围。
五．结论
发光二极管照明技术极大地改变了控制光质量的可能性。通过及时改变光谱的内容，颜色和强度，可以创建智能灯。节能的动态控制光源可应用于医疗机构的照明系统，博物馆和艺术展览中，提供最佳的绘画色彩再现，工业照明以改善工作条件和提高人员的注意力。本文讨论了动态控制多色光源无线网络的设计和构造的两种变体：使用ISM / SRD和ZigBee（IEEE 802.15.4）技术。光学照明模块采用AlInGaN和AlGaInP结构制造，发光效率为85-120 lm / W和从松弛（Tc = 1700K）到激活（Tc = 10,000K）的变化的光温。这种受控的LED光源可用于校正人的心理生理状态。
实现接近自然光的最大连续光谱，提供高显色指数值以及它们的平整度。开发了支持在各种操作模式下测试，调整和控制网络的硬件-软件复合体。
用于LED光源的最方便的动态控制方法是使用无线电控制链路。可以使用双射线模型来计算接收功率：视线和反射光线。与其中来自各种对象的多次反射导致多径传播的蜂窝网络相比，该方法明显不同（它更加简单）。在LabVIEW中开发了一个用于链路仿真的软件应用程序，该应用程序具有方便的用户界面，用于设置具有水平，垂直和圆形极化的无线电控制链路的参数。在能量有效的动态控制LED光源的操作区域中的多径传播的情况下，圆极化是最有效的。
参考文献：
[1]方志烈. 发光二极管材料与器件的历史、现状和展望[J]. 物理, 2003, 32(5):295-301.
[2]曹亚军. 短程低速无线个人网接收机关键算法研究及仿真[D]. 北京大学, 2006.
[3]于霞, 薛晨. 远程控制电站的频率及电压整定变化速率指标探析[J]. 移动电源与车辆, 2012(2):25-28.
[4]罗海燕. 认知无线传输链路的优化控制与中继协作机制研究[D]. 浙江大学, 2010.
论文作者:葆宗霖
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/19
标签：光源论文; 链路论文; 无线电论文; 天线论文; 反射论文; 功率论文; 网络论文; 《电力设备》2018年第18期论文;