隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展和提高，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。采用工業(yè)自動(dòng)化可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、腦力勞動(dòng)及其惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)的各大城市路燈控制系統(tǒng)能源利用率還是處于較低水平狀態(tài)，路燈電費(fèi)和維護(hù)費(fèi)占用了政府財(cái)政支出一大筆費(fèi)用。目前大部分傳統(tǒng)的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)存在著智能化程度低、通訊穩(wěn)定程度差、路面照度分布不均、耗費(fèi)大量人力物力等問(wèn)題。本文是基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套采用自組網(wǎng)跟DTU/RTU實(shí)現(xiàn)的路燈智能控制系統(tǒng)。

　　市政路燈實(shí)現(xiàn)集中控制的核心問(wèn)題是通信問(wèn)題。路燈集中控制系統(tǒng)采用無(wú)線控制技術(shù)，利用中國(guó)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能實(shí)現(xiàn)傳輸控制信息。主站是一臺(tái)擴(kuò)展了無(wú)線通信功能的計(jì)算機(jī)，運(yùn)行路燈控制程序;從站是專門開發(fā)的具有無(wú)線流量通信能力的路燈控制器?？蓪?duì)范圍內(nèi)的所有路燈集中控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、異常智能分析及故障報(bào)警，以防止設(shè)備老化及丟失所帶來(lái)的問(wèn)題，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)路燈管網(wǎng)和其他設(shè)施配置信息化管理，以滿足后續(xù)用戶需求的升級(jí)。

　　1、系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

　　無(wú)線路燈控制器具有普通路燈控制器定時(shí)開關(guān)燈的功能，由于包含了無(wú)線遠(yuǎn)程控制功能，本控制器中擴(kuò)展了交流電流測(cè)量功能，這就使系統(tǒng)具備了電流遙測(cè)能力， 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是自組網(wǎng)(ZigBee)和RTU兩種無(wú)線傳輸設(shè)備，分別采用自組網(wǎng)(ZigBee)網(wǎng)絡(luò)與2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)。

　　自組網(wǎng)(ZigBee)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)自組網(wǎng)(ZigBee)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與各個(gè)自組網(wǎng)(ZigBee)路由節(jié)點(diǎn)兩者構(gòu)成。其中自組網(wǎng)(ZigBee)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)一邊連接本地控制中心，方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)了解和控制路燈系統(tǒng)，另一邊連接RTU，通過(guò)2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)把自組網(wǎng)(ZigBee)與遠(yuǎn)程控制中心連接起來(lái)，形成遠(yuǎn)程控制功能;從而起到組建和管理自組網(wǎng)功能。自組網(wǎng)(ZigBee)路由節(jié)點(diǎn)主要是用于自身數(shù)據(jù)收發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)其他路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，起到自主轉(zhuǎn)發(fā)，自主修復(fù)功能。所以自組網(wǎng)(ZigBee)在通信傳輸過(guò)程中是不需要無(wú)線通信費(fèi)用，且可以利用自組網(wǎng)(ZigBee)的I/O跟A/D腳實(shí)時(shí)的采集路燈的工作狀態(tài)，方便管理人員維護(hù)。

　　2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)主要作用是與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行無(wú)線通信使用，通過(guò)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商(移動(dòng)、聯(lián)通、電信)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基站跟數(shù)據(jù)中心聯(lián)網(wǎng)通信，對(duì)路燈進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及其控制的作用，所以這部分的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)產(chǎn)生一部分的費(fèi)用，路燈管理部門需要支付移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商流量費(fèi)用。

　　2、系統(tǒng)功能

　　2.1、路燈控制系統(tǒng)

　　路燈控制系統(tǒng)是由一個(gè)遠(yuǎn)程控制中心跟多個(gè)本地控制中心組成：遠(yuǎn)程控制中心通過(guò)營(yíng)運(yùn)商的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌管理多個(gè)路燈子系統(tǒng)(一個(gè)自組網(wǎng)(ZigBee))，主要的功能是匯集各個(gè)自組網(wǎng)(ZigBee)子系統(tǒng)采集的路燈相關(guān)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應(yīng)的控制指令。另外一個(gè)是本地控制中心(自組網(wǎng)(ZigBee))，主要是采集自組網(wǎng)(ZigBee)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及其控制。路由控制系統(tǒng)使用本地控制跟遠(yuǎn)程控制的方式。保證了通過(guò)一個(gè)遠(yuǎn)程控制中心對(duì)所有路燈進(jìn)行統(tǒng)一管理及其統(tǒng)一控制，減少了人力物力的開支，達(dá)到路燈管理的高度集中化跟智能化。同時(shí)也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行特殊控制，雙中心的兩級(jí)控制保證了整個(gè)路由系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

　　路燈控制中心實(shí)現(xiàn)的功能是利用運(yùn)營(yíng)提供的網(wǎng)絡(luò)和自組網(wǎng)(ZigBee)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，對(duì)整個(gè)自組網(wǎng)(ZigBee)子網(wǎng)下的路燈控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制，包括路燈參數(shù)配置、控制路燈開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、蓄電池充電、電流采集、電壓采集、LED故障檢測(cè)、LED故障報(bào)警、計(jì)算功率以及功率因數(shù)等。利用電壓電流傳感器連接自組網(wǎng)(ZigBee)的A/D腳和I/O腳，能夠?qū)崟r(shí)的顯示路燈各種狀態(tài)包括：亮度、電壓、電流、功率、功率因數(shù)和路燈電路故障報(bào)警等信息。可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度事件、讀取數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視事件和報(bào)警應(yīng)答等操作。

　　1、數(shù)據(jù)采集功能：利用自組網(wǎng)(ZigBee)的A/D采集腳連接電壓或者電流傳感器，實(shí)時(shí)采集太陽(yáng)能電池板在充電和膠體蓄電池在放電時(shí)，路燈系統(tǒng)電流、電壓、功率因素等數(shù)據(jù)變化，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

　　2、電路過(guò)載保護(hù)：路燈控制系統(tǒng)提供了電路過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，保證負(fù)載處于合理范圍內(nèi)，防止由于過(guò)高電壓或者電流照成了整個(gè)路燈系統(tǒng)故障。

　　3、遠(yuǎn)程配置功能：可以通過(guò)自組網(wǎng)(ZigBee)連接路燈的智能控制器，通過(guò)本地控制中心或者遠(yuǎn)程控制中心修改智能控制器參數(shù)跟WBee參數(shù)。

　　4、自動(dòng)控制功能：在本地路燈控制系統(tǒng)，通過(guò)智能控制器設(shè)置的參數(shù)，讓路燈按預(yù)先設(shè)計(jì)好的時(shí)間計(jì)劃自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈開關(guān)時(shí)間。

　　5、巡檢功能：采集數(shù)據(jù)中心可以自動(dòng)巡測(cè)每路路燈的開關(guān)狀態(tài)，出現(xiàn)異常發(fā)送報(bào)警信息，并把異常信息進(jìn)行記錄。

　　6、控制功能：遠(yuǎn)程控制中心可以隨意開關(guān)任何一盞路燈并可以支持全開或者全關(guān)路燈，可以設(shè)置定時(shí)開關(guān)路燈。

　　7、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：強(qiáng)大的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，可以對(duì)路燈安裝時(shí)間、地點(diǎn)(坐標(biāo))、運(yùn)行參數(shù)、工作時(shí)間、功耗等用戶關(guān)心的信息進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，對(duì)路燈的異常情況和路燈的處理信息進(jìn)行保存。

　　8、數(shù)據(jù)查詢：遠(yuǎn)程控制中心可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)(手機(jī)或者電腦)查詢?nèi)我鈺r(shí)間段每路路燈數(shù)據(jù)信息，及其運(yùn)行狀態(tài)，并可以對(duì)路燈路的歷史數(shù)據(jù)查詢。

　　9、遠(yuǎn)程維護(hù)：可以進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，模塊具備遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和維護(hù)功能，可以對(duì)控制器、WBee等控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)。

　　10、報(bào)警功能：通過(guò)自組網(wǎng)(ZigBee)的I/O腳實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路燈的電路工作情況，出現(xiàn)路燈故障后，遠(yuǎn)程控制中心可以準(zhǔn)確獲取故障燈的位置信息，并通過(guò)控制中心的短信服務(wù)器發(fā)送短信告訴相關(guān)工作人員。工作人員可以在最短時(shí)間內(nèi)趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)。通過(guò)實(shí)時(shí)采集電力線的電流、電壓狀況，通知采集數(shù)據(jù)中心，從而可以進(jìn)行防盜。

　　2.2 、節(jié)能策略系統(tǒng)

　　智能節(jié)能控制系統(tǒng)，在限定的時(shí)間段內(nèi)和允許的調(diào)亮范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，通過(guò)單片機(jī)控制可控硅的導(dǎo)通腳，對(duì)路燈的功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。智能感應(yīng)功能，當(dāng)白天出現(xiàn)光線達(dá)到預(yù)期要求時(shí)路燈自動(dòng)關(guān)燈;當(dāng)晚上時(shí)有人或車輛經(jīng)過(guò)(移動(dòng)物體)時(shí)，自動(dòng)打開路燈或者增強(qiáng)路燈的亮度;而在一段時(shí)間內(nèi)沒有人或車輛經(jīng)過(guò)，自動(dòng)延時(shí)后關(guān)閉路燈或者減弱路燈亮度。已到達(dá)到減少電力的功耗，對(duì)節(jié)能減排起到一定的作用，也可以減少市政財(cái)政支出。

　　3、冗余控制

　　2G/3G/4G無(wú)線流量的數(shù)據(jù)傳輸需要通過(guò)國(guó)內(nèi)的電信運(yùn)營(yíng)商提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入，本系統(tǒng)不對(duì)運(yùn)營(yíng)商對(duì)于信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性不做承諾。雖然大多數(shù)情況下延時(shí)不會(huì)超過(guò)1秒，但是在網(wǎng)絡(luò)使用高峰期期間無(wú)線數(shù)據(jù)使用量特別大的時(shí)候，延時(shí)數(shù)增大并不稀罕。

　　考慮到這個(gè)情況，本系統(tǒng)的路燈控制器提供可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換的兩種運(yùn)行模式，當(dāng)收到主站的命令時(shí)，立刻根據(jù)命令進(jìn)行工作;當(dāng)不存在來(lái)自主站的命令時(shí)，按照此前最后一天的開燈關(guān)燈時(shí)間進(jìn)行工作。根據(jù)這樣的原理，主站一個(gè)星期不開機(jī)，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行也不會(huì)造成能夠察覺的影響，系統(tǒng)具備了良好的穩(wěn)固性。

　　4、總結(jié)

　　現(xiàn)在比較常用的路燈控制系統(tǒng)是：時(shí)間控制、光照控制等比較傳統(tǒng)的路燈照明控制系統(tǒng)。上述的兩種控制方式存在著管理開銷大、電能浪費(fèi)、無(wú)法遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障維修反應(yīng)效率低等現(xiàn)象。如果使用布線的方式達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的，不僅設(shè)備和施工費(fèi)用投入巨大，還存在布線麻煩，后期設(shè)備故障維護(hù)困難及費(fèi)用極高等等問(wèn)題。因此需要尋找一種在社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益上均有顯著效果的管理監(jiān)控系統(tǒng)是城市道路照明發(fā)展的必然方向。從路燈控制系統(tǒng)的成本、可靠性、信息化、應(yīng)用前景等方面考慮?；跓o(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，利用自組網(wǎng)(ZigBee)/RTU無(wú)線通信技術(shù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套無(wú)線自組織蜂窩型網(wǎng)絡(luò)路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，然后在結(jié)合傳統(tǒng)路燈控制系統(tǒng)的時(shí)間控制、光照控制的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)路燈節(jié)能控制系統(tǒng)智能化、信息化、可靠性、低成本的理想目標(biāo)。