基于LonWorks 控制網(wǎng)的路燈監(jiān)控系統(tǒng)

摘要: 當(dāng)前路燈監(jiān)控系統(tǒng)采用的通信技術(shù)多種多樣，本文分析了各種通信技術(shù)方案的特點(diǎn)，闡述了LonWorks 控制網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于路燈監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了完整的監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由三個部分組成: 路燈節(jié)點(diǎn)、i. LonSmartSever ( 電力線網(wǎng)絡(luò)管理器) 和路燈監(jiān)控軟件，本文重點(diǎn)闡述了路燈節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。經(jīng)模擬現(xiàn)場測試，監(jiān)控系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)對每個路燈節(jié)點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)控，而且節(jié)省了路燈能耗。

　　引言

　　目前，我國的路燈系統(tǒng)主要依靠人工管理，需要工作人員定時開關(guān)燈； 且當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時，不能及時發(fā)現(xiàn)和有效處理。如果采用路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能夠及時發(fā)現(xiàn)路燈的故障情況，減少大量的人力，還能節(jié)省路燈能耗，對城市的節(jié)能改造作出巨大貢獻(xiàn)。

　　在路燈監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信的方案主要有三種:

　　第一種方案采用總線通訊技術(shù)， 如RS485、CAN 總線等。該方案技術(shù)上最成熟，但是需要額外布線，對于改造路段實(shí)施起來難度較大。

　　第二種方案通過無線通信方式， 包括GPRS、藍(lán)牙、ZigBee 等方案。采用GPRS 通信方式成本太高，一般不會考慮。目前最適合的是ZigBee 通信技術(shù)，ZigBee 是一種廉價的低速無線個域網(wǎng)，相對于藍(lán)牙通信具有價格更低、距離更遠(yuǎn)、支持節(jié)點(diǎn)數(shù)目更多等優(yōu)點(diǎn)。ZigBee 適合于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)， 采用DSSS /O-QPSK 調(diào)制，能夠有效克服無線傳輸中的多徑干擾問題，傳輸可靠性高； 但路燈網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)分布在一條直線上，延伸至幾公里甚至幾十公里，并不是ZigBee 理想的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而且無線方式對環(huán)境的依賴性較大，在天氣惡劣的情況下會影響通信質(zhì)量。因此ZigBee 技術(shù)應(yīng)用于路燈監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際效果尚需驗(yàn)證。

　　第三種方案采用電力線通信( PLC，Power LineCommunication) 技術(shù)， 該方案以電力線為通信介質(zhì)，減少了布線成本，而且對外部環(huán)境的依賴性較小，可靠性更高，與前兩種方案相比更加適用于路燈監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。電力線通信分窄帶調(diào)制方式和寬帶調(diào)制方式。由于路燈監(jiān)控系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少，因而對傳輸速率的要求不高，窄帶PLC 技術(shù)就可以滿足通信要求； 而寬帶PLC 技術(shù)則主要應(yīng)用于大流量數(shù)據(jù)( 如多媒體數(shù)據(jù)等) 的高速傳輸，而且由于寬帶通信所占用的帶寬很寬，很容易超出CENELEC規(guī)范所規(guī)定的頻率范圍，所以在監(jiān)控系統(tǒng)中一般不采用。早期的窄帶電力線通信一般采用簡單的模擬調(diào)制技術(shù)，其抗干擾能力不強(qiáng)，應(yīng)用范圍有限。但是隨著信號檢測技術(shù)和DSP 技術(shù)的發(fā)展完善，窄帶通信如BPSK ( 二進(jìn)制相移鍵控技術(shù)) 的抗干擾能力得到很大提高，將會更加適用于PLC 網(wǎng)絡(luò)。

　　綜上分析，本文選擇電力線窄帶BPSK 通信方式作為監(jiān)控系統(tǒng)的通信方案，并根據(jù)路燈系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了可行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； 隨后，本文描述了系統(tǒng)中各個組成部分的設(shè)計(jì)思路，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了路燈節(jié)點(diǎn)。

　　1 系統(tǒng)概述

　　為實(shí)現(xiàn)路燈的優(yōu)化管理，路燈監(jiān)控系統(tǒng)需要收集每盞路燈的狀態(tài)和環(huán)境信息，匯集到電腦終端，集中優(yōu)化處理后，控制每一盞路燈的輸出光通。整個系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖

　　圖1 中，路燈監(jiān)控系統(tǒng)主要包括路燈節(jié)點(diǎn)、i.Lon SmartSever ( 電力線網(wǎng)絡(luò)管理器) 以及在電腦終端運(yùn)行的路燈監(jiān)控軟件。路燈監(jiān)控軟件通過因特網(wǎng)控制LonWorks 控制網(wǎng)中的所有路燈節(jié)點(diǎn)； 每一個LonWorks 控制網(wǎng)相當(dāng)于一個因特網(wǎng)上的站點(diǎn)，配有一個IP 地址， 通過訪問該IP 地址， 實(shí)現(xiàn)對LonWorks 控制網(wǎng)的訪問。

　　i. Lon SmartSever 以主從方式管理LonWorks 控制網(wǎng)，并能通過Ethernet 接口或GPRS 通信模塊以撥號方式接入因特網(wǎng)。這樣， 控制中心通過與i.Lon SmartSever 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 就可以對LonWorks控制網(wǎng)上的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。此外， i. LonSmartSever 帶有多個I /O 端口，用于收集道路的環(huán)境信息( 照度、濕度等) ，作為調(diào)光依據(jù)。

　　在監(jiān)控中心，路燈監(jiān)控軟件不斷巡查各個路燈節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，顯示每盞路燈的工作狀況和輸出功率，既能手動控制每個燈的光通，也可以根據(jù)一定的算法自動調(diào)整路燈照度。

　　以下情況可以采用自動調(diào)光，包括:

　　● 根據(jù)設(shè)定時間段調(diào)節(jié)照度， 如在后半夜時，調(diào)節(jié)到半載功率輸出。

　　● 根據(jù)天氣情況、不同時期的日照情況開、關(guān)燈或調(diào)節(jié)輸出光通。

　　● 根據(jù)特殊照明情況調(diào)節(jié)輸出光通。如城市隧道照明場合，為了避免進(jìn)入或離開隧道時視覺上的不適應(yīng)，單獨(dú)調(diào)節(jié)隧道口的路燈，讓其光通緩變。

　　● 根據(jù)特殊路段設(shè)定輸出光通。如在某一路段發(fā)生事故時，輸出最大光通，以便事故處理，同時提高道路安全。