基于多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的區(qū)域照明監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

陳東升

【摘 要】本文提出一套智能社區(qū)照明系統(tǒng)的設(shè)計，此系統(tǒng)由照度傳感器作為系統(tǒng)信號采集的初始端，借助Zigbee技術(shù)構(gòu)建以街區(qū)為單位的局域網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置局域網(wǎng)終端處理器，由局域網(wǎng)控制柜內(nèi)的單片機(jī)分路監(jiān)控公用照明燈具的工作情況。最后根據(jù)實(shí)際情況將各局域網(wǎng)信息通過GPS或GSM、GPRS等公網(wǎng)直接聯(lián)入萬維網(wǎng)以監(jiān)控社區(qū)的公用照明情況。

【中圖分類號】P754.1【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0084-01

1、簡介

近年來，隨著社會對能源問題的逐漸重視，節(jié)能減排已經(jīng)深入人心，人們在各個領(lǐng)域都在為節(jié)能進(jìn)行著孜孜不倦的努力。就我國而言，早在2002年度，照明用電就已經(jīng)超過1500億kwh，占發(fā)電量的10%—12%。隨著照明能耗的不斷增加，照明節(jié)電具有重要意義。建設(shè)智能化區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)可以大幅節(jié)約能源，節(jié)省維護(hù)人力成本。目前應(yīng)用廣泛的HID燈具為例，通過電子鎮(zhèn)流器進(jìn)行時序和恒功率控制，能夠達(dá)到很好的驅(qū)動效果。處理各種故障模式，進(jìn)行短路、開路保護(hù)等。此外由單片機(jī)進(jìn)行編程控制，即能實(shí)現(xiàn)精確數(shù)字控制，又能將燈況參數(shù)儲存并顯示在LED屏幕上，同時單片機(jī)又便于串接GPS、GSM模塊等，便于城市亮化網(wǎng)絡(luò)的建立，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、智能的網(wǎng)絡(luò)控制。

2、城市監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

本文所構(gòu)建的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要分為3層，最外層為信號采集層，主要由傳感器采集工作信號，再將信號經(jīng)由基層的無限發(fā)射器發(fā)送給控制柜內(nèi)接收端。第二層為各基站的單片機(jī)控制處理器，他們負(fù)責(zé)按照程序分路監(jiān)控一條路段上各路燈的工作情況，并應(yīng)對例如沙塵、大霧等突發(fā)事件，將接收到的各路燈工作情況匯總處理。第三層為城市監(jiān)控中心，接受各基站的信號，利用GPS，將各基站的監(jiān)控情況和其地理位置結(jié)合起來，構(gòu)成城市照明的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

3、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)具體方案

3.1 傳感器的設(shè)計

在光的各項指標(biāo)中，我們選擇以照度為監(jiān)控元素。這里采用照度傳感器ISL29020芯片，利用其提供的貼近人眼睛的反應(yīng)和良好的紅外抑制，使系統(tǒng)能夠做到判斷準(zhǔn)確，高效節(jié)能。采集外界環(huán)境的亮度，生成信號觸發(fā)燈具開關(guān)。各燈的工作情況通過感應(yīng)到的信號變化實(shí)時的反映給單片機(jī)進(jìn)行處理。在大霧、沙塵等惡劣天氣下，傳感器也能及時感應(yīng)，保證燈具正常工作。此外需設(shè)置保護(hù)電路，其主要是設(shè)置一些短路、斷路保護(hù)，防脈沖沖擊電路等。

3.2 控制柜內(nèi)供電電路設(shè)計

3.2.1 HID路燈的電子鎮(zhèn)流器部分

作為HID路燈可靠工作的保證，在這里我們采用PHILIP的UC3854功率因數(shù)修正模塊作為電子鎮(zhèn)流器的核心部件。

UC3854內(nèi)部包含了一個功率因數(shù)修整電路，它以平均電流模式控制法實(shí)現(xiàn)了很高的靈活度可以配置各種不同功率的電路。ENA與Vcc內(nèi)接低電壓鎖定比較器及其智能比較器，這兩個比較器輸出必須同為高電平，芯片才能開始工作。Vsens內(nèi)設(shè)7.5V參考電壓用于軟啟動，可以避免啟動時產(chǎn)生的突波現(xiàn)象。IC內(nèi)部設(shè)定有一個可對軟啟動定時電容器充電的電流源。V/Ao接內(nèi)部乘法器的輸入端，乘法器的另一個信號來自Ivac管腳，此管腳的信號是以電流形式來自輸入端整流器的斜率控制命令信號，這只接腳保持在6V。Vff為前饋輸入端，其信號值在被取平方后輸入到乘法器的除法輸入端。Rest輸入的電流也用于內(nèi)部乘法器上以限制最大的輸出電流。

3.3 區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

3.3.1 Zigbee技術(shù)

ZigBee是IEEE802.15.4的擴(kuò)展集，是一種近距離、低速率、低功耗、低成本、短時延的雙向無線通信技術(shù)。適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)，并可方便地嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。

3.3.2 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計

ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通常是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，在設(shè)定區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。其耗能很低，節(jié)點(diǎn)在低功耗待機(jī)模式下兩節(jié)普通5號電池可使用6—24個月，在這里使用整流后的直流電源對其供電，免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，并且ZigBee協(xié)議免收專利費(fèi)用，降低了開發(fā)成本。其響應(yīng)速度較快，一般從睡眠到工作狀態(tài)只需要15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需要30ms，進(jìn)一步節(jié)約了電能。一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254個RFD和FFD，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在100個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，這樣最多可組成65000節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)容量大，組網(wǎng)靈活。

4、城市監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

GPS的應(yīng)用軟件可以免費(fèi)下載，利用其可以建立城市的路燈電子地圖式管理?？刂乒窕疽约案鞅K路燈的具體位置通過總機(jī)的GPS軟件均可以在顯示器上顯示?？倷C(jī)通過命令由基站的單片機(jī)精確控制各盞路燈。路燈的工作情況將由總站進(jìn)行分析監(jiān)控，管理維修人員可通過PDA設(shè)備在城市公網(wǎng)覆蓋的區(qū)域接受主站信息，可以及時準(zhǔn)確的更換或維修照明設(shè)施。同時借助SMS功能建立起照明設(shè)施的防盜系統(tǒng)，設(shè)施被盜將通過短信發(fā)送給總站，再由總站將信息發(fā)送給管理人員的手機(jī)上。本系統(tǒng)采用Unicode的編碼形式，其丟失信息的發(fā)送基于以上硬件的程序如下。

#define uchar unsigned char

U c h a r c o d P D U S T R 0 [ ] ={“0891683108200905F011000D91683115036919F6”}；

//發(fā)送固定PDU數(shù)據(jù)串

Uchar code PDUSTR1[]={“AB76D70021”}；//被盜PDU數(shù)據(jù)串

viod GSMSendSMS0（void）

{

GSMRFlag0=1；//不接受串口返回數(shù)據(jù)

GSMSendData（“AT+CMGS=25＼r”）；

GSMDelayMS（500）；

GSMSendData（PDUSTR0）；//發(fā)送固定PDU數(shù)據(jù)串

GSMSendData（PDUSTR1）；//發(fā)送被盜數(shù)據(jù)串

GSMSendchar（0x1A）；//結(jié)束

GSMRFlag0=0；//接受串口返回數(shù)據(jù)

}

5、結(jié)論

本設(shè)計目的在于構(gòu)建一個功能強(qiáng)大的城市公用照明監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其利用性價比良好的Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及單片機(jī)技術(shù)構(gòu)建各街區(qū)路燈的局域監(jiān)控子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了一種靈活、方便的街區(qū)路燈無線解決方案。借助GSM公網(wǎng)，以SMS形式向上級網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信息，聯(lián)系GPS功能，使各照明單位及基站顯現(xiàn)于監(jiān)控中心的電子地圖上，在精確定位，無線控制的同時，又實(shí)現(xiàn)了路燈的安防功能。該整體系統(tǒng)既避免了Zigbee傳輸距離過短，形成網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小的問題，又解決了單純利用GPS或WEB構(gòu)網(wǎng)成本過高的問題。二者結(jié)合使該系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和使用價值。能夠做到準(zhǔn)確、全方位的監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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