基于ZigBee+GPRS物聯網技術的LED智能照明管理系統的研究

【摘要】隨著科學技術的不斷發展，物聯網技術已經日益成熟，逐漸應用到各個領域之中，影響著社會生活的方方面面。本文在分析了我國照明管理系統的現狀基礎上，簡述了LED智能照明管理的業務流程、ZigBee+GPRS的網絡拓撲結構、ZigBee+GPRS的網關節點軟硬件配置，并對ZigBee+GPRS在LED智能照明管理平臺上的優勢進行研究，讓科學技術為社會發展服務，為人民生活服務。

【關鍵詞】物聯網技術；LED智能照明；照明管理系統

1、國內ZigBee+GPRS技術現狀

傳統的路燈控制使用的是有線技術，結構復雜、施工難度大、可靠性不高、資源消耗高都使得這種技術難以得到持續的發展，終究會被社會淘汰。傳統的控制系統靈活度差、控制精度差，難以實現高效智能控制。如今發展起來的新型無線物聯網控制技術，能夠很完美的解決這一問題。

目前使用的無線智能控制中，ZigBee以其低功耗、低成本、低復雜度的優勢被廣泛使用。然而，ZigBee發展時間短，技術很不夠成熟，導致還存在不少使用缺陷和技術問題。理論網絡容量巨大，但受技術水平的限制實際能夠利用的只有幾百個。為了解決網絡容量和網絡深度的技術問題，上層技術應該結合使用GPRS技術，實現城市交通照明的大范圍監視和智能化控制。

2、LED智能照明管理業務流程

LED智能照明管理的業務流程主要分為以下幾點：

第一，服務場景，包括公路、廣場、園林不同的場景中使用不同的情景模式來控制路燈。

第二，控制單元，包括遙控、遙測、遙信、遙調。其中，遙控是由計算機監控和統一管理，根據不同的時間點和光照強度進行路燈照明管理開關。遙測對路燈電壓、電流等參數進行周期、隨機檢測。遙信獲取路燈的狀態和控制開關狀態。遙調實現與配電柜和單燈的調壓、節能設備對接。

第三，分組功能，其功能包括節點任意分組，分別采用時控、光控、工作日、節假日、重大節日多套控制方案。

第四，故障告警。采用聲光、語音和短信多種形式報警。

第五，GPS授時功能，通過采用衛星GPS系統，確保監控中心、燈光節點控制器、單燈控制器時間精準。

3、ZigBee+GPRS的網絡拓撲

ZigBee+GPRS的網絡拓撲結構主要分為以下幾種：

第一，局域網。是指在某一區域內由多臺計算機互聯成的計算機組。在照明管理系統中，智能路燈管理軟件的WEB服務器與工作人員一般都處于同一個局域網中。

第二，以太網。屬網絡低層協議，通常在OSI模型的物理層和數據鏈路層操作，傳輸介質采用雙絞線或是光纖。在照明管理系統中，工作人員的網絡主是以一個以太網的方式存在。

第三，英特網。在照明管理系統中，英特網主要是外圍有權限的操作員（外線維修員）及連接智能硬件GPRS網絡。

第四，GPRS網。通過利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數據傳遞，以達到無線控制路燈集中控制器的目的。

第五，ZigBee區域網。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。他有效節省大規模部署路燈的GPRS 模塊的成本，使一個區域的路燈在個區域的集中器的集中操作。

4、ZigBee+GPRS網關節點硬件配置

在基于Zig Bee/GPRS/互聯網的遠程智能監控系統中，網絡被分成主干網和二級子網兩層，主干網運行的是TCP/IP協議，通過GPRS連接；二級子網運行ZigBee協議。兩級網絡分別使用不同協議，需要網關節點完成協議的轉換，以實現兩級網絡之間數據的透明傳輸。

Zigbee與GPRS網關節點負責將無線傳感器網絡通過GPRS接入互聯網絡。該網關節點通過Zigbee模塊和所轄線路的單燈控制器相連，收集單燈控制器上傳的狀態數據，并下傳控制信令。另外，經由GPRS模塊將收集到的數據上傳至遠程監控中心，由監控中心進行相應處理。

5、ZigBee+GPRS在LED智能照明管理平臺上運用優勢

ZigBee+GPRS在LED智能照明管理平臺上運用優勢明顯，主要有以下五點：

第一，ZigBee屬于近距離無線通訊技術，而GPRS屬于長距離傳輸模式，這種遠近距離優勢互補，能夠實現大范圍的、長距離的數據傳輸，又能保證在小范圍內形成數據網絡，保證傳輸質量、降低傳輸成本。達到整個城市的路燈信息監控，為LED智能照明管理系統提供數據信息傳輸路徑。

第二，軟硬件結合使用，降低成本，可行性強。同時使用Zigbee與GPRS兩套傳輸網絡和兩套傳輸協議，保證數據透明傳輸。硬件作為軟件的運行基礎，軟件作為硬件的運行指令，軟件分層結構，使用 應用程序，保證軟件實時、高效運行。

第三，GPRS的實時在線性，能夠讓整個系統順利、高效、有序進行，數據實時傳遞也能保證數據延時時間短，傳輸效率高，傳輸質量有保證。

第四，GPRS頻分復用機制，讓遠距離傳輸變得更加可靠，其抗干擾能力也很強。ZigBee 技術則采用碰撞避免機制，丟包率極低、容錯性能強大。這兩者的完美結合，讓整個系統的信息收集和數據傳遞的可靠性顯著提升。

第五，兩層通訊網絡結構讓找米國管理系統的網絡覆蓋率大，基本覆蓋了所有網絡。小范圍的照明管理使用ZigBee結構，成本低、復雜度低、保證了系統的經濟性和可靠性。針對大范圍照明管理系統，加入GPRS上層連接，增大網關節點數量，頂端以GPRS連接傳輸，底部使用ZigBee傳感器網絡，既保證大范圍信息傳遞，又提升小范圍的傳輸精度，兩層通訊優勢互補，為照明管理系統提供了可靠的傳輸模式。

綜上所述，ZigBee與GPRS的物聯網技術將LED照明管理系統引入到了一個新的技術層面，智能化程度高、自動化趨勢明顯。LED智能照明系統的發展趨勢必將是集可靠性、經濟性、功能性于一身的現代智能控制模式。為了實現社會的現代化進程，需要相關技術人員深入探究、研究實踐，不斷發展進步。ZigBee+GPRS物聯網技術的LED智能照明管理系統具有覆蓋范圍廣、利用率高、可靠性強的特點，同時具有高精度和低丟包率，又在經濟性上優勢顯著，使得ZigBee+GPRS物聯網技術應用前景廣闊，發展空間和應用潛力巨大，滿足了智能化、節約化的社會需求，也促進了LED智能照明技術的快速發展，并推動了向智能化交通、智能化城市、智能化社會方向前進，科技的發展讓生活更美好。

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