基于3G信號傳輸的道路和景觀照明無線控制系統研究

傅曉燕　等

摘要：文章所述系統通過WCDMA網絡傳輸信號，以解決信號線不能布線或布線代價大的應用場合。控制系統硬件采用ARM9，軟件采用Linux實現對資源的管理和控制。數據協議遵從標準的TCP/IP，將需要顯示的數據編碼后由主控端發送到各個接收子系統，并由子系統解碼主控端傳輸過來的數據，從而實現景觀的遠程式控制。

關鍵詞：3G信號傳輸；道路；景觀；照明無線控制系統；ARM-Linux；WCDMA 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）19-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.010

城市、鄉鎮道路上的路燈及各類照明景觀燈設施是與我們日常生活緊密相關的市政公共設施建設，它既關系到夜間道路交通安全和百姓生活方便，又承擔著美化城市，展示城市時代性魅力的重任。城市、鄉鎮照明的發展優化了我國的人居環境要求，但同時給耗能、耗材、管理等方面帶來了昂貴代價。尤其在類似于高架橋梁、偏遠鄉鎮以及部分樓宇的景觀控制中，有些控制的信號線不能敷設，因此信號的長距離無線傳輸在景觀照明控制系統中變得越來越重要。現如今，3G通信技術已經發展成熟，具備更快速、更完善、更穩定的網絡，更低的網絡運行費用也給照明系統的數據傳輸提供了可能。

1 系統的構成與工作原理

整個控制系統分為遠程主控端和各個子系統（如圖1），通過3G通信網絡形成一個主從式星狀網絡控制系統，每個子系統為一個獨立的單體照明系統。按照系統功能模塊可分為以下四個部分：

圖1 系統構成

1.1 遠程主控端

遠程主控端是整個景觀照明無線控制系統的信息中心，也是系統的控制中心，主要負責對所有子系統景觀照明數據協議編碼、子系統運行狀態監控，輸出數據接入無線互聯網。

1.2 3G網絡接入

3G網絡模塊是無線通信與有線通信的界面，是實現整個景觀照明無線控制系統的信息通信的橋梁，即負責接收和傳送主控端發送的數據，并轉為有線信號傳輸模式，通過路由器接入各個控制系統。

圖2 遠程主控端框架 圖3 3G網絡接入模塊

1.3 控制子系統

控制子系統采用ARM嵌入式平臺，通過嵌入式Linux系統實現對系統的資源管理和控制，以及對接收到的數據進行譯碼分配和實時傳輸。

1.4 數據協議輸出端口

根據所需要控制的景觀燈具的輸入數據界面模式，控制子系統可以提供多種的輸出數據模式，景觀照明用的界面主要有DMX512、SPI、DALI、0～10V D/A輸出協議。

圖4 控制子系統 圖5 輸出端口模式

2 子系統設計內容

子系統設計由軟件及硬件兩部分組成。本子系統硬件以三星公司S3C2440A嵌入式微處理器（ARM9處理核心，64M SDRA——64M Flash，100M網卡，linux開放操作平臺）、E1750通信模塊（2Mbps的上傳速度和7.22Mbps的下載速度，USB通用界面）和照明數據模塊組成為例，圖6為硬件結構。

圖6 子系統硬件結構 圖7 子系統工作流程

軟件負責完成對照明效果的管理和控制，子系統軟件核心部分主要包括bootloader、操作系統、根文件系統和用戶程序。需要設計完成的主要工作包括：（1）Bootloader部分采用U-boot 1.1.6，主要負責初始化處理器及硬件設備，引導操作系統啟動；（2）操作系統采用Linux 2.6.22內核，此內核擁有良好的調度、中斷、內存管理等性能以及支持各種根文件系統，具備良好的可移植性；（3）根文件系統使用YAFFS2；（4）編寫3G網絡的接入協議。驅動采用USB-ModeSwitch+libushb針對E1750進行相應的設置，實現了在ARM-Linux下驅動WCDMA模塊。輸出協議模塊驅動支持DM512協議，SPI串行數據協議，DALI協議，0～10V模擬輸出；（5）照明控制軟件設計。通過照明控制軟件完成網絡數據的譯碼，重新編碼和傳輸到控制燈具。

3 子系統工作流程

工作流程的關鍵點是數據的傳輸。遠程子系統采用同步傳輸模式，即遠程控制中心通過3G網絡傳輸要顯示的控制效果數據傳輸給子系統，子系統進行邊接收邊進行相應解碼并以相應的數據傳輸協議發送出去，以實現景觀照明中場景效果的實現。

子系統流程如圖7所示。

4 發展前景分析

長距離的無線照明控制，其系統功能是“控制”，其系統特點是控制方式“無線”。眾所周知，傳統照明是手動、有線路的控制，不能達到隨心所欲的管理。如一盞燈出現問題，一整條線路有可能都受到影響，或者燈具的損壞無法及時發現，造成照明故障，這種現象一直困擾著照明管理者。而這種無線照明控制系統，由于采用3G無線傳輸技術，一方面在控制上面可以實現無線化，另一方面具備單燈控制，附帶電流、電壓、功率因數、功耗統計等功能，使照明管理更具人性化與智能化。景觀照明講究的是一座城市或一個區域的整體效果，包括道路綠帶亮化、游園綠地亮化、建筑物立面亮化、公共設施亮化、噴泉水池以及各種非公益性的廣告、字牌和店招等構成，搭載了3G信號的無線傳輸，解決了有線傳輸的線路敷設困難，可實現“隨心所欲”的設計布局。另外，通過無線控制，使照明的效果更加多彩分層。

作為智能照明的一大特色，無線照明控制早在2005年就已經開始被應用在照明控制中，但由于種種技術和成本的限制，一直未能廣泛應用。但是隨著通訊技術、智能手機等發展，無線照明控制得到大大改善。采用3G通訊網，在每個控制點配置一個無線控制器，選用模塊化、數字式的智能燈光控制模塊，在控制中心（總控室）配置集中監控系統軟件，管理人員就可以通過手機或電子地圖界面控制和管理整個城市的景觀燈，實現智能化管理。無線照明控制系統是劃時代的智能技術，它把傳統的照明控制與無線結合起來，開創了一種新型的管理與節能，真正實現智能化照明。LED技術是21世紀以來發展最為迅速的照明技術，它節能、環保、穩定、高效，已經大量的運用在商業照明、景觀照明等領域。而無線照明控制系統因為結合了LED、通信、計算機、傳感器等技術，一方面保障正常的照明功能，另一方面兼具節能、環保、智能管理等，備受矚目。

5 結語

本文介紹了3G數據傳輸方式下的景觀照明控制系統的設計方法，闡述了整個控制系統的設計，特別介紹了子系統的硬件和軟件設計。使用3G網絡和TCP/IP技術，遠程控制中心通過發送相應命令和編碼后的照明數據到各個子系統，子系統進行數據解碼并傳輸到相應的輸出數據接口，以實現遠程的無線控制，其發展前景廣闊。

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（責任編輯：周 瓊）