物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

方菲菲

摘 要：將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到城市照明控制系統(tǒng)中，充分發(fā)揮了城市照明控制系統(tǒng)的重要作用，實現(xiàn)了有效的監(jiān)督管理，為城市照明系統(tǒng)的節(jié)能控制提供技術(shù)支持，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和Zigbee通信協(xié)議，闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；城市；照明控制系統(tǒng)；Zigbee通信協(xié)議

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.137

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢受到了人們的廣泛關(guān)注。城市照明體現(xiàn)出了城市競爭力和科技實力，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于城市照明控制系統(tǒng)中，可以遠程控制和管理城市照明系統(tǒng)，節(jié)省能源消耗。近年來，很多城市在照明工程中投入了大量的資金和技術(shù)，在給人們帶來便利的同時，城市照明的維護管理費用也在不斷增加。在城市照明控制系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠優(yōu)化和改進控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)城市照明控制系統(tǒng)的節(jié)能性。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和Zigbee通信協(xié)議

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是一種重要的信息技術(shù)，其名字有兩方面的含義，一方面，物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的，它是一種基于互聯(lián)網(wǎng)進行擴展和延伸的網(wǎng)絡(luò)；另一方面，物聯(lián)網(wǎng)任何節(jié)點都可以延伸或者加入其他模塊實現(xiàn)用戶端的擴展，數(shù)據(jù)信息通信的穩(wěn)定性比較高。在實際應(yīng)用過程中，可以將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于多個領(lǐng)域，主要包括射頻識別、紅外感應(yīng)和激光掃描等。按照標(biāo)準的通信協(xié)議，可以實時建立與其他網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)連接，全面智能化地監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

1.2 Zigbee通信協(xié)議

Zigbee無線連接技術(shù)相對比較簡單，能源消耗少、造價成本低，適用于近距離的無線網(wǎng)，特別對于物聯(lián)網(wǎng)中的各種電子設(shè)備，在傳輸間接性和周期性信息數(shù)據(jù)時，它具有良好的應(yīng)用價值，雖然傳輸速率不高，但是，相對于其他無線接線，其功耗比較低。近年來，Zigbee聯(lián)盟和IEEE802.15.4工作組在多個領(lǐng)域積極推廣這種無線連接技術(shù)。Zigbee聯(lián)盟主要負責(zé)市場推廣和高層應(yīng)用，IEEE802.15.4工作組負責(zé)制訂MAC層和Zigbee物理層通信協(xié)議，其他協(xié)議則采用當(dāng)前的通信標(biāo)準，便于不同生產(chǎn)廠家的通信設(shè)備之間進行互通互聯(lián)。Zigbee通信協(xié)議以IEEE802.15.4協(xié)議為基礎(chǔ)，具有完整的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)性能，全面支持簇狀結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)和星狀結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)。由于它是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)，所以，具有較高的系統(tǒng)完整性和可靠性，非常適合應(yīng)用在城市照明控制系統(tǒng)中。例如，城市路燈之間的距離一般都在50 m以內(nèi)，所以，可以將Zigbee無線傳感器安裝在每個路燈上，各個模塊之間相互連接，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)城市照明控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器之間的信息交換和數(shù)據(jù)傳輸。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在城市照明控制系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅可以優(yōu)化照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還可以設(shè)置路燈信息終端、網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器和城市照明控制中心。城市照明控制中心利用GPRS無線通信網(wǎng)和Internet實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器之間的信息通訊，收集網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器接收的信息數(shù)據(jù)，之后再發(fā)送給Zigbee無線傳感器。Zigbee無線傳感器基于2.4 G頻段，將信息數(shù)據(jù)發(fā)送給路燈信息終端，路燈信息終端根據(jù)專門的信息通訊協(xié)議和接收到的信息數(shù)據(jù)執(zhí)行命令，調(diào)整城市照明燈具的運行功率或者改變單燈的運行模式。

2.2 用戶管理軟件

城市照明控制系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)客戶端和控制中心，基于XML通信標(biāo)準實現(xiàn)各個網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)傳輸和交換以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享和連接。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是基于.NET平臺架構(gòu)，應(yīng)用Windows XP軟件操作系統(tǒng)設(shè)計視窗化模塊，并結(jié)合城市照明燈具的GIS信息系統(tǒng)設(shè)計良好的人機交流界面。

2.3 單燈信息終端

將單燈信息終端安裝在各個照明燈具上，可以實時采集照明燈具的運行參數(shù)，比如溫度、電流和電壓等，以此分析照明燈具的運行狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器接收路燈的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，控制單個照明燈具的亮度和開關(guān)，還可實現(xiàn)報警功能。在單個照明燈具上設(shè)置Zigbee無線傳感器，可以實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)交換。對于城市照明控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，采用單片機和Zigbee無線傳感器實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的通信。同時，在設(shè)計單燈信息模塊時，應(yīng)用低功耗設(shè)計。

2.4 豐富城市照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用功能

在城市照明控制系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)，主要可以實現(xiàn)以下幾個功能：①集成控制或單點控制。結(jié)合不同季節(jié)對城市照明的需求，自動定時城市照明系統(tǒng)中的半夜燈和全夜燈，也可通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對半夜燈和全夜燈的遙控，或者通過單點控制城市照明系統(tǒng)的各個路燈信息終端，以實現(xiàn)其特殊要求，并且利用GPRS模塊可以實時采集燈具的運行參數(shù)，實現(xiàn)單點監(jiān)測。②自動控制。自動實現(xiàn)城市照明系統(tǒng)的巡測，全面監(jiān)測城市各個區(qū)域的照明情況，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)程序調(diào)光節(jié)能，實現(xiàn)開關(guān)燈操作。③遠程控制。對城市照明系統(tǒng)進行遠程控制，工作人員通過遙控實現(xiàn)足不出戶控制和管理城市照明系統(tǒng)，極大地減輕了工作人員的工作量，提高工作效率。例如，控制LED驅(qū)動器來適當(dāng)調(diào)節(jié)城市照明的燈光亮度，在保障城市基本照明功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)最大化的降耗節(jié)能。④精確定位。一旦城市照明系統(tǒng)發(fā)生故障，Zigbee無線傳感器會及時將信息數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器，然后由網(wǎng)路集中協(xié)調(diào)器再將信息數(shù)據(jù)發(fā)送給城市照明控制中心，這時，工作人員就可以直接了解城市照明系統(tǒng)發(fā)生故障的具體位置，快速到達現(xiàn)場進行檢修維護。

3 結(jié)束語

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入，城市照明控制系統(tǒng)的節(jié)能減排受到了人們的廣泛關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種現(xiàn)代化的信息技術(shù)，可以實現(xiàn)對城市照明系統(tǒng)的遠程控制和監(jiān)測，同時，還可以根據(jù)實際要求實時調(diào)整城市照明系統(tǒng)，節(jié)約城市照明系統(tǒng)的電能消耗。在未來的發(fā)展過程中，應(yīng)進一步推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，以推動我國現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展。

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〔編輯：白潔〕

Abstract： The Internet of Things technology to urban lighting control system， give full play to the important role of urban lighting control system to achieve an effective supervision and management， to provide technical support for the energy-efficient lighting system control of the city， with good social and economic benefits. Analysis of Internet of Things technology and Zigbee protocol， elaborated Internet of Things technology in urban lighting control system.

Key words： internet of things technology； urban； lighting control systems； Zigbee protocol