GPRS Zigbee无线智能路灯照明管理系统解决方案

　　一、绪论

　　道路照明是城市公共设施的重要组成部分，目前国内的道路照明系统大部分没有采用网络化监控管理，只能以区域为单位对照明设备进行简单的开关灯控制，这样的控制方法不能实时的获得每盏路灯的状况，也无法根据具体情况调整路灯亮度，不能有效的节省电能。

　　国内多数城市路灯的开、关控制仍由每台变压器(配电箱)分散控制，很少有对路灯进行单灯控制和监控，这样的控制方式缺乏灵活多变的操作系统。

　　因此存在着以下4个的问题：

　　(1)系统复杂，难以统一管理。

　　(2)路灯覆盖面广，维护困难，维护力量严重不足，疲于应付。路灯损坏情况不能及时掌握以及反馈，给快速维护带来困维，同时给道路上行驶的人们带来不便。

　　(3)开关控制效率低，用电浪费现象严重。目前大部分城市灯光采用的是人工管理模式：一是使用人工开关灯控制，由工作人员在需要的地段和需要的时间，人工开关灯；二是使用机械钟控开关灯控制方式，如果需要调整开关灯时间，则必须人工到各现场调整每一个机械时钟控制器，工作难度大，造成开关灯时间不能及时变更，难以做到合理开关灯，用电浪费严重。

　　(4)存在安全隐患，无法快速掌握路灯运行状态，无安全保障，统计困难。

　　4. 道路照明路灯系统庞大复杂，对各种漏电、触电、短路、跳闸，电缆和灯具被盗、破坏等现象不能及时发现，存在较大安全隐患。也无法对整个系统每盏灯的电压、电流、功率等数据进行每天统计，不能及时快速地掌握灯光系统的运行状态。

　　针对上述的缺点及道路照明监控系统研究现状中提到的不足，为城市道路照明开发出了一套智能化的路灯监控系统。

　　1. ZigBee技术的网络容量十分巨大，理论上一个协调器能容纳最大节点个数可以达至65535个，每个路由器也能容纳255个节点。这在照明监控系统应用上是其它技术无法比拟的优势。

　　(1)在路灯控制系统中，需要传输的数据量很少，只需几分钟甚至几十分钟发送一次数据,每次发送的数据量也很小，所以ZigBee技术的低速率的特点恰好适合应用在这个控制领域中。利用ZigBee技术低功耗的特点，实现节能的目的。ZigBeeI作在2.4G的免费频段上。

　　(2)ZigBee技术是一种自组织网络，网络拓扑结构可以随意变动，而且ZigBeeN络具有自愈功能，网络不会因为一个或几个节点坏掉而瘫痪；也不会因为增加一个或几个节点而影响整个网络的工作。ZigBee技术可以多跳路由，与普通的多跳不同，自组织网络的多跳路由是一块普通的节点来完成的。这些优点应用在道路照明监控系统中是十分有利的，因为道路的环境比较复杂。假如两盏路灯之间遇到大的障碍物时，我们可以通过增加冗余节点的方式来改变网络的拓扑结构，从而绕过障碍物使整个网络畅通。

　　(3)利用ZigBee技术可以节省监控系统的成本，而且可以在监控中心控制路灯的开关，更加灵活的操作。

　　二、无线路灯智能管理系统概述与构成

　　本系统针对目前LED路灯、高压钠灯、金卤灯、太阳能路灯以及景观亮化实现智能化控制和单灯监控。

　　使用智能照明控制系统可及时了解每盏灯的系统运行状态，对发现的异常情况做出处理，降低人工劳动强度，提高设备可靠性、稳定性，缓解设备运行和管理上的压力。系统还可以按实际的需求对灯进行 策略控制、任意组合控制、奇偶控制等方式，把节能减排落到实处。

　　研究对道路照明智能管理和通过管理的模式进行节电，并形成数据存储在控制中心软件，为环境和节能减排管理者分析当地的能源利用情况提供了科学依据。

　　无线智能路灯管理系统的组成单元：

　　1、路灯控制器

　　主要功能有：控制路灯开关、亮度调节、电流采集、电压采集、计算功率以及功率因数等。

　　在有限的路由深度和网络容量的前提下，不但具有路灯控制器的各项功能，而且还具备中继路由功能。

　　2、集中管理器（ZigBee协调器+GPRS数传终端）主要功能有：接收和发送子网内的所有路灯控制信号、数据记录、报警处理等。它负责控制子网内的路灯控制器运行，将系统中心的命令下达给路灯控制器，将路灯控制器及线路信息反馈系统中心。集中控制器处于系统中心和路灯控制器的中间，向上通过GPRS方式与系统中心通信，向下则是通过ZigBee通讯协议方式，同各个路灯控制器通信。

　　3、系统中心（计算机系统+监控平台+集中管理器）系统中心主要实现通过系统控制软件对不同（集中管理器）下的路灯控制器进行远程数据访问和控制，包括参数配置，控制命令发送、现场灯具状态收集等。能够显示路灯状态（亮度、电压、电流、功率和功率因数）信息，能够远程控制路灯的开关和调节路灯的亮度，可以实现时序调度事件、读取数据记录、监视事件和报警应答等操作。

　　三、监控功能实现

　　采用这套先进的路灯无线控制智能管理系统，可以对城市的路灯实施统一启闭，对夜间照明系统和路灯的实时监控和管理，确保高效稳定，全天候运行，控制不必要的“全夜灯照明”，有效节约电能消耗。对于城市公共照明系统来说，采用智能化的管理系统是实现能源节约、减少资源浪费、满足人们生活要求、显示现代化城市靓丽风景的科学解决方案。

　　(1)自动巡测功能：系统中心可以自动巡测每路路灯的开关状态。

　　(2)数据采集功能：采集电流电压、电量、功率因素等数据。

　　(3)节能评估：方便客户进行有功功率，无功功率的计算,为节能评估打下数字基础。

　　(4)电量计算：带有电表计量采集可统计每天每月的用电量生成报表显示.

　　(5)控制功能：系统中心可以随意开关任何一路路灯或开关自定义群组的路灯。

　　(6)自动控制功能：现场按预先设计好的时间计划自动调节路灯开关时间。

　　(7)报警功能：将过去的巡逻式维护报警改为预防式等待报警，这样系统中心可以得到第一手资料从而迚行调度协调。故障出现后，系统中心可以准确获取故障灯的位置信息，工作人员可以在最短时间内赶到现场迚行维护。通过采集电力线的电流、电压值，通知系统中心，从而进行防盗处理。

　　(8)数据存储功能：可对路灯安装和时间、地点、运行参数、工作时间等用户关心的信息进行记录存储。

　　(9)数据查询功能：系统中心可以通过互联网查询任意时间段每路路灯数据信息。

　　(10)报表功能：可以生成电流、电压、功率因素、亮灯率、开关时间的分析曲线和报表。

　　(11)远程维护功能：进程网络维护，控制模块具备远程参数设置和维护功能。

　　(12)拓展功能：如调光控制，配合LED调节灯光亮度，在不影响照明前提下，达到最大节能效果。系统可自由增减路灯控制器的数量；路灯控制器可以扩展其它功能，配合其他节电控制技术进一步降低路灯能耗。

　　四、系统特点

　　(1)节省成本：安装施工简易快捷，无需铺设专线；每个路灯只需要一个路灯控制器，最多每100至500个路灯配备一台集中控制器，节省了GPRS流量。不用改变既有的电力线架设和配电控制网络，一方面节省了人力物力；一方面自动组网的ZigBee模块不受天气和地形的影响，也保证了通讯的可靠性。

　　(2)每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电；可对用电设备进行分区、分线路管理。

　　(3)控制灯具的开/关和亮度，从而可以显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。可以远程设置节点控制参数，实现节点的灵活控制。在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明（或者实行“半夜灯”调节控制）。这样做主要优点就是在调光的同时，也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命。

　　(4)根据天气情况和实际光的照度，自动控制灯具的开/关和灯具的亮度，如在不好的天气时及时打开路灯，对于安装在桥下或隧道的路灯，路据实测光强，来自动以最佳的亮度打开路灯，提高公众满意度，在灾害天气使路灯更人性化。

　　(5)通过系统中心设置，防止非授权人操作，确保系统控制安全可靠。依据采集数据情况，可判断终端设备运行状态情况。所有运行参数（自动通断电时间，区域划分）可在管理终端随时设置，随时启用，管理方便。

　　五、方案适用范围

　　一．道路照明：可以结合LED路灯,高压钠灯，金卤灯等配套使用。

　　二．太阳能路灯：可结合太阳能路灯或风光互补路灯。

　　三．景观灯：可实现对景观灯的开关等多路控制方式。

　　四．厂房照明：可对厂房内的照明进行监控和控制