基于物聯網的城市照明無線監控系統研究

蔣雪琴

摘 要：隨著物聯網技術發展，智能化城市建設成為發展必然趨勢，無線照明技術為解決城市照明系統節能監管、系統維護等問題，提出基于物聯網的城市照明無線監控系統，以ZigBee作為主要技術，整個系統由監控中心和數據采集點設備組成。

關鍵詞：ZigBee；智能化；照明

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）15-337-01

物聯網的城市照明無線監控系統設計技術路線，依賴于電力載波通訊組網， GSM短信控制，ZigBee技術，Z-STACK協議等物聯網技術。能有效降低成本，克服載波通信不可換相缺點，保障無線通訊的可靠性。該系統能實現實時采集數據，故障分析，發送短信到管理員手機上。可根據不同類型的燈光控制要求，把城市路燈、景觀燈和裝飾燈分成多個監控區，設置不同的節能監控方案，實現公共照明的智能化運行。本系統的研究重點是整體解決方案，在提出有效的整體解決方案的基礎上，基于校內樓宇照明系統搭建試驗原型，驗證系統的性能。

一、系統組成

本系統用于采集城市特定區域的光信號，并按指定策略控制相應照明設施動作。系統由監控中心和數據采集點組成，通過三層交媾智慧系統實現。其硬件組成包括燈組、光強采集節點、燈控制節點、ZiggBee-Wifi網關等硬件系統實現，將硬件系統編寫相應的程序實現控制，需要網絡傳輸平臺作為傳輸保障，運行數據庫服務器上的采集服務軟件，運行PC上的Web軟件。系統結構框架如圖1所示，將路燈節點設置路由器，各街頭設置協調器節點，將協議植入各節點，各個節點信息傳送到路由器，路由器通過Zigbee網絡再繼續上傳信號到PC機，再到監控中心，從而實現路燈智能控制。

二、系統功能

（1）節點添加、編輯、刪除功能；節點可以隨時增加和減少，并不能影響系統的正常運行。

（2）節點的管理通過GIS電子地圖，直觀顯示和查找，某區域可以任意放大和縮小，終端設備可以查詢、標識、記錄等。

（3）節點的分級管理，管理中心可以對所有設備進行分區域管理。

（4）節點的狀態監控功能，管理中心可以查詢設備的工作情況，了解設備的運行情況，能遠程維護和升級設備。

（5）數據分析功能：能提供有效的專家數據庫系統，對設備運行狀態進行統計、分析，實時預警和報警。

三、可行性分析

關鍵技術：

數據采集技術：基于Cortex M3、TI CC2431的數據采集點設備應滿足多任務處理需求及低功耗設計，以便實現組網、控制等多種功能、保證有效降低成本。

節點組網技術：采用Mesh組網技術，基于ARM11構建WSN網關系統，利用自主開發的通訊協議實現動態組網，保證高可靠性、高穩定性需求。

數據傳輸技術：整個系統需提供多種工作模式，如Internet、WiFi、3G或GPRS等，保證各數據采集點設備能實時、有效、可靠接入監控網絡，實現數據采集點設備、WSN網關、數據中心的數據快速、準確同步。

數據采集點設備供電技術：為達到節能、降耗的目的，數據采集點最好能保證不增加城市照明的額外功耗，采用太陽能供電+市電供電是保證在節能的同時提高可靠性的有效方式，因此應采用MPPT算法開發高性能、長壽命太陽能電池組件，滿足數據采集點供電需求。

數據處理技術：應開發基于GIS及大型數據庫的監控中心軟件，提供智能分析及人性化交互功能，保證能對整個照明系統進行實時監控。此處的關鍵技術包括GIS技術、專家數據庫系統。

可行性分析：作為物聯網的載體之一，本項目涉及了無限傳感器網絡、移動通信與計算機網絡、軟件技術等多門學科，需要多領域技術人才才能完成。項目組通過與電子科技大學、重慶四聯光電技術有限公司、成都道惟爾科技有限公司的緊密合作，在物聯網的多項應用技術上取得了一定成果，已具備開發基于ARM9系統的無線傳感器網絡網關系統、基于TI公司ZIGBEE技術方案的無線傳感器網絡節點、無線傳感器網絡系統接入通訊基干網的通訊協議等技術水平，并推出了一定的實用型產品，在業界具有領先技術水平。

學院已建有嵌入式實訓室，具備了網關系統開發條件。新建的智能電子實驗室則以面向物聯網的實驗、實訓和科研為目標，在投入使用后，能為本系統提供足夠的實驗條件保障。該系統全面培養學生物聯網系統規劃設計、部署調試、運行管理、應用開發等方面的關鍵技能和職業素養。

參考文獻

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[3] 武奇生，《物聯網技術與應用》，機械工業出版社，2012（5）

[4] 柴遠波，《短距離無線通信技術及應用》，電子工業出版社，2015，（4）