路灯远程监控系统

路灯远程监控系统（精选10篇）

路灯远程监控系统 第1篇

路灯是城市居民日常生活中不可缺少的公共设施, 是城市形象和综合实力的具体表现[1]。随着时代的发展, 城市现代化建设步伐不断加快, 人们对城市道路照明及城市亮化工程需求越来越大, 随之能源的供需矛盾也越来越突出, 对节电节能、绿色照明的要求越来越迫切[2]。目前采用的那些传统的手控、钟控等城市照明系统的方法已不能满足要求[3]。如何充分利用高科技手段解决上述矛盾也就成为当前照明控制领域一个新的和紧要的课题。

在这样的背景之下, 城市道路照明系统无线网络传感器智能监控系统的研发及产业化也就理所当然的被提出。它的实施和产业化, 将能整体提高城市照明的照明质量和管理水平, 同时可以降低能耗, 提高设备使用寿命, 获得良好的经济效益。

2 设计目标

本路灯监控系统终端控制器的设计目标主要有以下几点:

(1) 路灯终端控制器能够进行组网, 将路灯的工作状态和采集到的各种参数通过无线的方式传输, 路灯的最大组网距离为42 米;

(2) 监控终端控制器能够分别对路灯的工作状态进行监测 (主要完成对电压、电流和环境光照的监测) ;

(3) 能够自动的根据光照的强度情况, 实现对路灯的自动开关, 达到节能的目的。

3 硬件设计

3.1 硬件系统的总体设计

根据设计目标和所要实现的功能, 本路灯监控终端系统主要由ARM9 S3C2440 核心控制板、电压电流光照采集模块、继电器开关控制模块、无线通信模块、电源转换模块等部分组成。其硬件总体结构如图1 所示。

本终端控制器在核心控制器S3C2440 的控制之下, 控制ADS8341 将电压电流光照传感器转换的电压信号转换为数字信号, 并且定时的读取ADS8341 转换的数字信号, 经过微控制器进行处理之后, 将数据存储并且通过无线网卡将数据传递给监控中心;在控制器工作时间内, 实时监测环境光照强度, 根据所设定的临界光照强度来自动控制路灯的开关 (即当光照强度低于某一设定值时, 自动的将路灯打开;反之, 将路灯断开) ;路灯不仅能向监控中心传输数据, 还能接收来自监控中心的控制命令, 达到对路灯的远程监控;路灯在进行信息传递过程中, 可以与邻近的路灯控制器进行自控组网。

3.2硬件系统详细设计

3.2.1 arm9核心控制板

核心控制板的主控芯片对于系统而言就相当于人的大脑对人的作用, 因而选择一款合适的主控芯片将对整个系统设计起着至关重要的作用。根据具体要求, 本设计采用ARM9主芯片, 具体选用三星公司推出的16/32 位RISC微处理器S3C2440A。S3C2440A采用了ARM920t的内核, 0.13um的CMOS标准宏单元和存储器单元。其低价格、低功耗, 高性能、微小型且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用[4]。控制板图如图2 所示。

3.2.2 电源供电模块

电源供电模块分成两部分:电源转换部分和电源切换部分。

电源转换模块部分的功能是将外接5V直流电或是电池供给的4.2V直流电转换成系统所需的3.3V的直流稳压电, 给整个系统供电。本部分的电路做在核心控制板的底板上。其不仅给核心控制板供电, 还给与核心板连接的无线网卡和采集控制板供电。

电源转换部分的主要芯片选用的是PS7953347ZX85E电源转换芯片。

电源切换部分完成的主要功能是:在正常工作情况下, 由5V外接电源给整个终端控制器供电, 同时通过此电路给电池充电。在外接电源突然断电时, 系统自动的转到由电池供电。电源切换不许认为控制, 自动的切换, 防止因外部供电的断电故障导致控制器工作出现故障。此部分硬件电路图如图3 所示。

3.2.3 无线通信及数据采集模块

无线通信模块采用基于Marvell88w 8686 芯片的Wi Fi模块 (IEEE 802.11 B/G) , 通过SPI接口与主控制板的连接实现无线通信。该无线网卡具有高性能、低价格、低功耗、体积小、可定制接口等特点, 其极高的兼容性, 能够快速、方便的与11b、11g无线设备进行连接。

采集控制板可分为五个部分, 即电压采集、电流采集、光照采集、ADS8341 AD转换和路灯的开关继电器驱动控制部分等。其主要负责对路灯工作的电流、电压和环境光照通过相应的传感器转化为一定的电压信号, 电压信号经调理后送入ADS8341 的模拟输入引脚, 供ADS8341 进行AD转换。核心控制器通过SPI接口与ADS8341 通信, 控制并读取ADS8341转换的数字信号。另外核心控制器通过GPIO引脚来控制路灯的开关继电器, 进而控制路灯的开/ 关。

模/ 数转换器选用的是16 位模/ 数转换器ADS8341, 它是一种比较新的逐次逼近式A/D转换器, 需要2.7V—5V单电压供电, 具有4 通道单独输入或2 通道差动输入, 且转换速率大于100KHZ, 精度比较高, 带有串行外围接口SPI。需要注意的是ADS8341 只能采集单极性的电压信号, 对双极性的电压信号, 需要给其参考基准电压, 将双极性电压信号转换成单极性电压信号在送入ADS8341 进行转换[5]。这些特点给数据采集带来了极大的方便, 比较适合用在要求精度高、结构简单的嵌入式系统中。

电压采集部分。由于路灯工作的电压为强电压, 不便于直接测量。为了安全和方便, 必须将路灯工作的交流强电信号变换成弱电信号, 因此, 选用GPT-262B型号的微型精密电压互感器。它能将0~1000V电压降压到0~8V, 经过信号调理电路后, 转换为符合ADS8341 采样的电压值, 同样的, 使用此互感器, 能有效的进行电气隔离, 安全可靠。由于ADS8341 是单极性的, 只能测量正向电压, 而电压互感器转换的是双极性交流电压信号, 需要再使信号上移变换为单极性并且符合ADS8341 采样电压值范围的电压信号, 所以被测模拟量在进入AD输入端前需加一个偏置电压, 使双极性信号变换为单极性信号。

对于电流采集部分。同样是为了实现强弱电的隔离, 因此电流采集部分选用了电流互感器, 对电流进行间接测量。电流互感器选用的是HKCT020M型号的微型精密电流互感器。它能将路灯工作的电流转换成0~20m A的电流信号输出, 输出经过采样电阻转换为电压, 将转换出的电压信号同样要经过偏置电压调理后送入ADS8341 输入通道。选用此种电流互感器的好处是:体积小、精度高, 电压隔离能力强, 次级输出为引线式, 应用起来安全可靠, 安装也方便。此部分硬件电路图如图4 所示。

AD采集模块主要选用ADS8341 芯片, 采集三路模拟电压信号。电路原理图如图5 所示:

ADS只能采集单极性的电压信号。因此双极性的信号需经过添加直流偏置, 将其整体抬高, 变成单极性的电压信号, 再送到AD的模拟输入端, 供其电压采样。

ADS8341 与核心控制板通过SPI接口进行通信, 只需四根线即可。偏置电压通过两个高精度的电阻串联分压来获得。总电压用3.3V电压, 两串联分压电阻选用高精度的电阻, 阻值为1K。经实验调试和测试, 分压电阻不能取太大, 太大容易受外界影响, 导致电压不稳;电阻太小, 耗能大。综合考虑, 选取为1K。

3.2.4 继电器驱动模块

对路灯开关的控制, 采用继电器隔离的方式, 利用继电器将路灯的工作回路与主控制器的控制部分进行隔离, 通过控制继电器来控制路灯的开关。继电器选用的是Hui Ke品牌继电器KH3FF-DC3V-SH, 驱动电压为3V。继电器驱动电路原理图如图6 所示:

上图中Ctrl连接核心控制器的GPIO口, 当Ctrl为高时, 三极管Q1 导通, 继电器2 和5 两脚之间产生3V以上的电压, 继电器被驱动, 常闭触点断开;当Ctrl为低时, 三极管Q1截止, 此时2 和5 之间电压为0, 继电器常闭触点吸合。通过这样, 就可通过控制Ctrl的电平来达到对继电器的常闭触点的吸合控制, 进而达到对路灯的开关控制。图中COM、ON和OFF为引出的三个接线口。路灯回路一端接COM, 另一端可接ON或者OFF。

4 结语

相比较传统的监控系统, 此系统优点为:路灯监控装置能够进行组网, 将路灯的工作状态和采集的各种参数通过无线的方式传输;路灯监控装置能够分别对路灯的工作状态进行监测, 并根据光照的强度情况, 实时对路灯自动开关, 达到节能的目的;系统维护方便, 易于扩展。

参考文献

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路灯监控安装方案 第2篇

一、路灯安装方案 1.一般情况

1.1 同一公路的路灯安装高度(从光源到地面)、仰角、装灯方向要保持 一致。

1.2 灯杆位置应合理选择，灯杆不得设在易被车辆碰撞地点，且与供电线路等空中障碍物的安全距离应符合供电有关规定。

1.3 基础坑开挖尺寸应符合设计规定，基础混凝土强度等级按设计图纸制安，基础内电缆护管从基础中心穿出并应超出基础平面30,50mm。浇制钢筋混凝土基础前必须排除坑内积水。

1.4 灯具安装纵向中心线和灯臂纵向中心线应一致，灯具横向水平线应与地面平行，紧固后目测应无歪斜。

1.5 在灯臂、灯盘、灯杆内穿线不得有接头，穿线孔口或管口应光滑、无毛刺，并应采用绝缘套管或包带包扎，包扎长度不得小于200mm。

1.6 每盏灯的相线应装设熔断器，熔断器应固定牢靠，接线端子上线头弯曲方向应为顺时针方向并用垫圈压紧，熔断器上端应接电源进线，下端应接电源出线。

1.7 高压钠灯灯泡、镇流器、触发器等应配套使用，严禁混用。镇流器、电容器的接线端子不得超过两个线头，线头弯曲方向，应按顺时针方向并压在两垫片之间接线端子瓷头不得破裂外壳应无渗水和锈蚀现象当钠灯镇流器采用多股导线接线时，多股导线不能散股。

1.8 路灯安装使用的灯杆、灯臂、抱箍、螺栓、压板等金属构件应进行热镀锌处理，防腐质量应符合现行国家标准《金属覆盖及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验》(GB/T9790)、《热喷涂金属件表面预处理通则》(GB/T11373)、现行行业标准《钢铁热浸铝工艺及质量检验》(ZBJ36011)的有关规定。1.9 灯杆、灯臂等热镀锌后应进行油漆涂层处理，其外观、附着力、耐湿热性应符合现行行业标准《灯具油漆涂层》(QB1551—92)的有关规定;进行喷塑处理后覆盖层应无鼓包、针孔、粗糙、裂纹或漏喷区缺陷，覆盖层与基体应有牢固的结合强度。

1.10 各种螺母紧固，宜加垫片和弹簧垫。紧固后螺丝露出螺母不得少于两个螺距。.中杆灯和高杆灯

2.1 基础顶面标高应提供标桩。

2.2 基础坑的开挖深度和大小应符合设计规定。基础坑深度的允许偏差应为，100mm、,50mm。当土质原因等造成基础坑深与设计坑深偏差，100mm 以上时，应按以下规定处理: A、偏差在，100,，300mm 时，应采用铺石灌浆处理;B、偏差超过规定值的，300mm 以上时，超过的，300mm 部分可采用填土或砂、石夯实处理，分层夯实厚度不宜大于，100mm，夯实后的密实度不应低于原状土，然后再采用铺石灌浆处理。

2.3 地脚螺栓埋入混凝土的长度应大于其直径的20 倍，并应与主筋焊接牢固，地脚螺栓应去除铁锈，螺纹部分应加以保护，基础法兰螺栓中心分布直径应与灯杆底座法兰孔中心分布直径一致，偏差应小于，1mm，螺栓应采用双螺母和弹簧垫。

2.4 浇筑混凝土的模板宜采用钢模板，其表面应平整且接缝严密，支模时应符合基础设计尺寸的规定，混凝土浇筑前，模板表面应涂脱模剂。

2.5 浇筑基础时，应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GBJ10)的有关规定。

2.6 基坑回填应符合下列规定: A、对适于夯实的土质,每回填300mm 厚度应夯实一次，夯实程度应达到原状土密实度的80%及以上;B、对不宜夯实的水饱和粘性土，应分层填实，其回填土的密实度应达到原状土的80%及以上。

3.单挑灯、双挑灯

3.1直线路段安装单、双挑灯时，在无障碍等特殊情况下，灯间距与设计间距的偏差应小于2%。

3.2灯杆垂直偏差应小于半个杆梢，直线路段单、双挑灯排列成一直线时，灯杆横向位置偏移应小于半个杆根。

3.3钢灯杆吊装时应采取防止钢缆擦伤灯杆表面油漆或喷塑防腐装饰层的措施。

3.4钢灯杆安装时接线手孔朝向应一致，宜朝向人行道或慢车道侧。3.5灯杆根部应做混凝土结面，且不积水，浇制前应将杆根周围夯实，混凝上厚度不应小于100mm。

4.人行道施工方案

质量标准:压实度:?95,:平整度:5mm:相邻块高差:3mm:横坡:?0.3,:纵缝直顺:10mm:横缝直顺:10mm 井框与路面高差:5mm 材料要求:人行道板要求方正，颜色一致，无蜂窝、露石、脱皮、裂缝等现象，棱角无缺，线形直顺，顶面均匀细密，其尺寸允许误差在2mm以内。3)基槽开挖压实后即可铺设混凝土垫层，人行道板下砼基层应夯实平整、压实紧密。

修整基层:在混凝土垫层上施工水泥砂浆找平层，用水准仪检查基层高程，对凸凹不平处，当低处小于等于1cm时，铺人行道板时用1:2找平;大于1cm时，铺人行道板前将低处凿方，用水泥砂浆补平。(5)人行道板铺砌应纵横两向挂线进行，保证板缝均匀、流畅、板面平整。

二、监控安装方案：

1.本期监控系统的设计与建造以安全可靠、技术先进、经济实用为宗旨，工程需采用成熟的技术和设备，既要满足当前的需求，又要能兼顾未来的业务需求;在保证系统具备安全可靠性、可扩展性的基础上，设计时应采用具有较高性价比的产品，使资金的产出投入比达到最大值，并尽量考虑未来工程及其它设备设施的联动需求。

2.建设要求

本系统包括前端图像信息采集及存储系统、传输系统、监测中心分析系统、流媒体服务系统等。前端图像信息采集及存储系统主要包括高清摄像机、前端供电设备、硬盘录像机存储系统等相关设备。本系统以公司网为依托,实现硬盘录像机存储系统及管理平台的联网，在公司网任意地点能实现实时监控、历史回放等管理功能。

前端设备根据需要配备不同的摄像机。摄像机应根据布点位置、阳光方向、照射距离等要求，达到白天及夜晚均能清晰辨认被监控对象的目的。

系统的设计应考虑设备本身防火、防水、防雷等保护措施。系统总体要求 2.1本地监控监测系统 支持手动切换和自动轮巡。

OSD叠加，时间、位置及格式可调，通道名叠加，叠加位置可调;本地监视器通道录像状态、报警状态显示;多区域遮盖处理，遮盖区域的大小及位置可设置;镜头遮挡报警处理，遮挡报警区域的大小、位置可调，灵敏度可选;多级别、多区域的移动侦测处理;视频丢失报警;非法访问、IP冲突、网线断等异常事件报警;报警输入/输出的布防与撤防、报警联动;本地监视器上的多路回放，支持快放、慢放、暂停、单帧等回放模式，按时间回放时定位准确;PTZ控制，支持众多解码器类型，支持预置点、巡航、轨迹的设置与调用;多种操作方式:前面板按键操作、遥控器操作、RS-485键盘操作(设备级联);本地日志(支持操作、报警、异常类型)记录、查询及上传;用户权限定制。系统管理员可定义操作员的本地及远程操作权限，可限定远程用户在指定物理地址的PC机上进行操作。

2.2网络监控 支持TCP/IP协议簇;网络实时预览:支持TCP、UDP、RTP;网络报警联动，报警信号上传;通过网络控制云台和镜头;通过网络实时记录压缩码流;通过网络下载硬盘上的文件;通过网络远程回放硬盘上的文件;通过网络远程升级，实现远程维护;RS-232和RS-485串口皆支持网络透明通道连接，通过网络控制串行监控设备;3.网络

路灯远程监控系统 第3篇

关键词：无线通信技术；ZigBee；GPRS；远程控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）06-0026-05

目前使用的传统路灯的照明管理系统存在不足之处，如浪费电量大、路灯使用寿命短、不能进行远程控制、无法自动识别故障路灯、人工作业量大等。近年来，随着无线通信技术的发展，无线传感器网络应用范围越来越广泛[1-2]。基于ZigBee技术的无线组网通信技术是一种新兴技术，其用无线通信方式对路灯节点进行管理，具有通讯频段多、组网能力强、无通讯费用、硬件成本低、功耗低等优点[3-5]。ZigBee无线传感器网络具有省电、可靠、安全等优点，能够对路灯进行实时监控，降低管理成本，而且系统容易组建、便于扩展[6]。

本课题设计一种基于GPRS+ZigBee的远程路灯监控系统。控制系统采用ZigBee无线自组织网络技术和GPRS技术进行数据传输，各个节点把采集到的信息实时发送回来，通过串口传送到上位机，可以清楚地看到当前光照强度和各个路灯的运行情况，同时可根据实际情况的不同提供灵活的控制策略，从而使照明系统更智能化、更可靠，并能达到节能环保的目的。

1 系统硬件设计

系统采用监控中心通过GPRS公网连接到各条道路的现场控制器（GPRS模块），从而实现对远程数据传输，上位机发送控制指令，通过GPRS网络将控制指令传输到现场控制器，GPRS模块通过RS-232接口与ZigBee协调器连接，将数据传给ZigBee协调器，ZigBee协调器采取广播的方式将控制指令发送给各个ZigBee路由器模块和ZigBee终端节点模块，通过控制与之相连的继电器模块的通断，实现远程控制路灯的功能。同时，ZigBee终端节点定时监测各个设备的工作状态，并且实时上传到ZigBee协调器，协调器将收到的数据通过GPRS模块传到监控中心，上位机软件对收到的数据进行分析，并且实时将各个设备的工作状态显示出来，最终达到远程监控的目的。系统的硬件主要由最小系统、串口接口电路、仿真器接口电路、恒流驱动电路、GPRS模块、路灯工作状态监测电路、光照强度监测电路组成。系统总体框图如图1所示。

1.1 最小系统

最小系统的设计如图2所示。采用以CC2530芯片为主要元件构成的硬件平台，并将Z-Stack协议栈移植到该硬件平台，可以实现无线网络的自组网以及网络节点间的数据传递。

1.2 串口通信接口

串口接口电路如图3所示。协调器和GPRS模块之间采用RS232接口通讯，使用简单方便。

1.3 恒流驱动

恒流驱动是指通过LED的电流为一个合适的恒定值，使用恒流驱动旨在提高LED的发光效率和稳定度，减少LED的光衰度[7]。大功率LED都是采用恒流驱动方式。

LED恒流驱动电源采用的是两级变换器，第一级采用UCC28810转换电路，目的是将AC转换成36 V的DC电源。第二级采用UCC2811模式，目的是将恒压源转换为0.9 A恒流源。此方案电源的转化效率更高，保证了系统的高效率。此方案使用TI公司生产的UCC28810EVM-002评估板。恒流驱动模块如图4所示。

1.4 GPRS模块

GPRS模块的作用是实现远程数据传输，可以与管理者之间进行短信的收发，并与ZigBee协调器之间进行无线通信，当现场出现故障时，以最快的速度将故障信息传输给管理者或用户。GPRS模块内部结构框图如图5所示。

1.5 路灯工作状态监测电路

状态监测电路主要对路灯的状态进行监测，可以让值班人员实时看到路灯系统的工作状态，如果发生故障方便及时处理。系统主要是通过监测路灯的工作电流来进行监控的[8]，采用电流检测技术和精密型霍尔磁敏传感器，当检测到路灯出现故障不能正常工作时，ZigBee网络立即发送报警信号到主控端，通知管理人员采取相应的措施。电流型电压测量电路如图6所示。

2 系统软件设计

系统的软件主要包括：ZigBee协调器，ZigBee路由器，ZigBee终端节点，GPRS模块和上位机。系统软件设计框图如图7所示。

2.1 ZigBee协调器软件设计

协调器负责选择一个信道和一个网络ID（也称为PAN ID，即Personal Area Network ID）来建立整个网络。网络建立完成后开始进行数据的传输，并将现场和监控中心之间的数据进行传递，根据信号类型的不同调用相应的处理函数进行处理。网络建立过程如图8所示。

2.2 ZigBee路由器软件设计

路由器模块的功能为：允许其他终端节点设备加入网络，多跳路由和协助它自己的终端设备的通讯。基本路由算法如图9所示。

2.3 ZigBee终端节点软件设计

终端节点用来发送及接收协调器和路由器发来的消息，它可以在睡眠或者唤醒状态之间进行切换。对于新加入的节点，首先搜索所在区域可用的父节点，当检测到可用的网络之后，查找网络中深度最浅的节点，并发出请求加入网络的信号，该父节点收到信号后，发出网络关联的命令。终端节点加入网络开始工作之后，实时检测现场数据，当检测到设备工作不正常时，把故障设备通过GPRS以短信的形式发送给工作人员的监控设备，以便快速处理，提高工作效率。终端节点工作流程如图10所示。

2.4 GPRS模块初始化

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在对GPRS模块进行初始化时，需要对以下几部分进行相应的设置：接通电源，设置串口的波特率，对短信中心号码的设置，对短信收发格式的设置，设置终端进行编码字符等。初始化流程如图11所示。

2.5 GPRS模块软件设计

GPRS模块通过串口芯片与ZigBee协调器之间进行无线通信，并且实现数据的远程传输，当现场出现异常时，能够将信息及时准确地发送给工作人员或用户。当GPRS模块通电后，串口监视和数据发送两个功能模块分别进入监视和监听状态，对数据缓冲区和串口进行实时检测。当串口监听到有数据时，立即将其数据写到缓冲区当中；当数据发送线程监测到有数据写入缓冲区时，GPRS网络会将缓冲区的数据发送出去。GPRS模块软件流程如图12所示。

2.6 上位机软件设置

本系统可以设置为手动控制方式和自动控制方式，其中自动控制方式只需要配置好相关参数即可，控制方便灵活。同时，可以查看各个区域街道的路灯工作状态，并将系统数据自动保存下来，方便查看。路灯管理控制系统如图13所示。

3 结论

设计一种基于GPRS+ZigBee的远程路灯控制系统，利用GPRS技术和ZigBee无线组网技术实现了对路灯控制系统的实时监控和网络化的管理。系统的网络扩展性好，现场安装简单方便，操作界面显示现场数据，有利于用户的远程操作，具有较好的使用价值。

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Abstract： A remote street lamp monitoring system was designed based on GPRS+ZigBee in this paper. The system uses ZigBee wireless self-organizing network technology and GPRS technology in data transmission， and each node sends back the information collected in real time， which is shown on the upper machine. It can monitor the current light intensity and the operation situation of the street lamp in real time， and also can regulate the suitable illuminating brightness according to the current illumination intensity.

Key words： wireless communication technique； ZigBee； GPRS； remote control

路灯远程监控系统 第4篇

关键词：Web Service,GPRS,ZigBee,无线路灯监控,LPC2294,ARM7,CC2530,DTU

0 引言

随着我国城市规模的扩大，农村城镇化进程的不断深入，我国的路政基础设施建设规模在不断的扩大。路灯照明建设与管理是路政基础设施的重要部分，目前却存在着诸多问题，例如城市路灯控制系统大多采用有线网络布局，施工复杂，控制线路浪费更造成了事后管理复杂，故障检修不易，并且还存在着普遍的能源浪费。据统计，许多城市道路在零点以后基本无车辆经过，即便在特大城市如北京、上海等繁华地段，凌晨2点到天亮这段时间车流量也很少。针对这一状况，一些地区采取在后半夜交错点亮或隔二亮一的策略，然而这一措施并不能满足绿色照明的要求，而且会导致路面照度或照度均匀度的降低，产生“斑马效应”[1,2]。近年无线通信与网络技术得到了迅速的发展[3,4,5,6,7]，本文据此设计并实现了一种基于Web Service的无线路灯远程监控系统，该系统具有网络布线简单，可远程智能维护管理，系统可扩展性强，方便实施，性价比高等诸多优点。

1 系统拓扑结构

系统拓扑结构如图1所示。

本系统主要分为四个层次，由下而上分别为现场执行层、汇聚通信层、数据中心层、应用服务层。现场执行层通过ZigBee单灯管理模块采集现场地理位置、照度、电压电流以及路灯继电器开关状态等信息后转发至上层应用，并根据上层命令来执行各路灯控制回路的继电器闭合。汇聚通信层主要通过基于GPRS的ZigBee汇聚节点集中管理模块汇聚就近范围内的ZigBee单灯管理模块信息，并通过GPRS模块将信息上传至远程数据中心。数据中心层主要通过将各集中模块过来的信息组成实时与历史数据库，供应用层调用。应用服务层通过查询数据中心的信息，作出适当的控制与信息呈现。

2 应用服务层设计与实现

应用服务层主要功能为配合GIS地图信息，实现路灯亮暗信息查询与控制、故障记录、人员权限、用电统计等功能。应用层功能框图如图2所示。

应用层所需要的数据主要来自于基于Web Service数据中心。人机界面开发采用了LabVIEW开发，LabVIEW控件丰富，软件可组态，开发过程相对简单，可大大提高与简化客户端的开发流程。LabVIEW人机界面设计的时候结合了GIS信息，从而可以更方便地呈现路灯信息，如图3，图4所示。

应用服务层主要工作流程为首先是连接数据服务器，查询相关信息，然后进行相关数据呈现，历史统计和操作控制。与服务器间的通信，采用公网，Socket通信。

Socket是建立在传输层协议（主要是TCP和UDP）上的一种套接字规范，它定义两台计算机间进行通信的规范（也是一种编程规范）。如果说两台计算机是利用一个通道进行通信，那么这个通道的两端就是两个套接字。套接字屏蔽了底层通信软件和具体操作系统的差异，使得任何两台安装了TCP协议软件和实现了套接字规范的计算机之间的通信成为可能[8,9]。本系统中建立Socket连接是与GPRS信息连接，所以需要具有公网的IP地址，故应保证服务器中心计算机连接到Internet并且取得公网IP地址。

Socket设置程序流程如图5所示。

应用服务层也可以采用Android，或者QT开发基于平板电脑或手机的查询应用，使得用户能够更方便地查询到相关信息。

3 数据中心层设计与实现

数据中心层为系统的核心环节，既承担着GPRS集中管理模块的监控与管理，也承担着数据服务的响应。此次系统设计中主要采用了.net+sqL平台，该组合是较为成熟的Web Service平台，通用编程资源丰富以及编程人群较广，方便沟通交流。

GPRS集中管理模块的监控与管理是此层中主要任务之一，通信采用Socket通信。

Socket通信不仅仅管理GPRS集中模块，也需要集中响应应用端的Web服务查询需求，有效区分各类查询以及命令，要进行自定义协议，数据组织的形式，可依赖于Modbus/TCP。

Modbus/TCP协议是施耐德公司基于TCP/IP协议在网络上的广泛应用于1999年公布，在网络层使用IP协议，在传输层使用TCP协议，用一种比较简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中。Modbus的普及得益于使用它的门坎很低，无论用串口还是用以太网，硬件成本低廉，Modbus和Modbus TCP都可以免费收到，不需交纳任何费用。而且在网上有很多免费资源，如C/C++,JAVA样板程序，Active X控件，各种测试工具等等，所以用户使用很方便。另外，几乎可以找到任何现场总线连接到Modbus TCP的网关，方便用户实现各种网络之间的互联。

Modbus/TCP数据帧包含了报文头，功能代码和数据三部分，如图6所示。

MBAP Header有4个域，如表1所示。

(1）事务标识域，2个字节长，主要用于事务处理的配对，标志某个Modbus请求/应答的传输，响应时由Modbus服务器复制该值；

(2）协议标识域，2个字节长，用于系统内部的多路复用，一般用0代表Modbus协议，1代表NUI-TE协议；

(3）长度域，2个字节，它的作用是为下一个域的字节计数，包括单元标识域和数据域，应答时需由服务器端重新生成该值；

(4）单元标识域，1个字节，该域专门用于串行链路上或其他总线上连接的远程从站的识别，若Modbus客户端在请求中设置了这个域，则响应时服务器端必须从接收的请求中复制这个值。

由于Modbus是开放协议，在实际的应用过程中，可以为了解决某一个特殊问题，自行修改Modbus规约来满足自己的需要[10,11,12]。

4 基于GPRS的ZigBee汇聚结点集中管理模块

集中管理模块主要由电源模块，NCU模块，数据采样模块，继电器输出模块，GPRS+ZigBee通信模块组成。

基于GPRS的分块路灯集中管理模块拓扑结构图如图7所示。

NCU模块主要采用的LPC2294,LPC2294是菲利普推出的基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TD-MI-S CPU的微控制器，带有256 KB嵌入的高速FLASH存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率60 MHz下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，但性能的损失很小。16 KB片内SRAM，片内Boot程序可通过uart0提供在系统下载以及可编程特性，LQFP144封装，极低功耗，4个CAN互连接口，8路10位A/D转换器，2个32位定时器，多个串行接口，双UART，双SPI和高速I2C,PWM单元6路输出，多达112个GPIO口，9个电平或边沿触发的中断引脚，片内资源丰富，可加密，可在系统编程，非常适合工业、楼宇、现场总线控制应用[13]。

LPC2294尽管已内置8路A/D转换器，但NCU路灯集中管理模块，采集数据大于8路，因此还外扩了A/D数据采集模块，采用的是TI的tlc1543,10位，11通道，串行控制，价格低、性价比高、与单片机和ARM等接口方便。数据采集模块采用分块独立设计与NCU模块之间的通信采用了CAN总线，采集模块中的数据管理与处理采用了单片机STC89C54RD。NCU模块最多可以外扩4路数据采集模块，1路数据采集模块有11通道，所以系统最多可以采集44路模拟数据。

继电器输出模块与数据采集模块采用的是一致的方案，只是外加了驱动电路，主要用来断开局部整条线路，可以根据实际情况灵活配置。与数据采集模块一样，NCU模块最多可外扩4路继电器输出模块，每1继电器输出模块有11通道。

本系统构建的时候可以根据实际实施情况，采用集中管理模块进行片区直接控制，也可以采用集中管理模块通过ZigBee节点对单灯进行控制。ZigBee是近年来提出的一种面向低功耗、低成本、低复杂度、低数据速率的近距离双向无线通信技术，其物理层与媒体控制层协议为IEEE 802.15.4协议标准，ZigBee网络一般有星型、对等型和混合型3种拓扑结构，本系统中采用星型拓扑结构，即汇聚节点结构，收发器模块均采用CC2530,CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈（Z-StackTM），提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案[3,4,5,14,15]。

集中管理模块与上级数据中心层通信主要依赖GPRS模块，采用的是WG-8010 GPRS DTU,WG-8010内置工业级GPRS无线模块，提供标准RS 232/485数据接口，可以方便地连接RTU、PLC、工控机等设备，仅需一次性完成初始化配置，用户设备就可以与数据中心通过GPRS无线网络建立连接，实现数据的全透明传输。

集中管理模块中还包括了传感器模块、电源模块、液晶显示模块。传感器模块中主要包括了电压互感器、电流互感器、温度传感器。电源模块主要为开关电源用来给系统供电，液晶显示模块是方便模块的内部参数以及输入/输出点的动态配置。

5 基于ZigBee的单灯管理模块

单灯管理模块主要是传送现场层信息以及接收集中模块过来的指令，为现场执行层，主要组成为ZigBee节点、电源模块、传感器与信号处理电路。

路灯现场控制方式上位机可以动态配置，主要有以下4种控制方式，默认选择为光照度控制开关。

方式1：路灯经纬度控制定时开关，单灯节点有精确的定时功能与集中管理模块之间也需要对时，通过路灯的经纬度，以及时间来计算太阳升起与落山的时刻，从而控制路灯的开关[16]。

方式2：路灯光照度控制开关，根据光照传感器传回来的照度，判断是否进行路灯开关。

方式3：路灯上位机智能控制，若上位机能与匝道交通通信，根据当时车流量与人流量的情况以及照度情况和车流量情况控制路灯开关。

方式4：路灯上位机手动控制，单灯管理模块也可接收上方指令进行路灯控制。

单灯管理模块将相关信息实时上传，为灵活控制、线路检修带来了方便。

6 结语

路灯智能化控制管理系统 第5篇

1 城市道路照明相关情况概述

城市道路照明工程是一个城市建设的重要基础，随着城市化扩大发展，城市的形象备受关注，城市路灯照明管理系统的监控程度将成为衡量城市道路照明工程建设优劣的重要指标，直接代表一个现代化城市的形象。城市道路照明工程对城市治安、城市美化、夜间交通以及城市文明建设起重要作用，为城市人民生活和经济活动提供了重要的保障。现有路灯照明管理控制系统大多数仍在采用人工巡视手动控制路灯照明的供电回路传统模式，现有模式与当前城市路灯照明飞速发展的需要极为不匹配。因而在城市道路照明规划中，路灯智能化控制管理将成为重要环节。

2 路灯智能化控制管理系统

路灯智能化控制管理系统，将推动城市路灯智能化控制管理步入物联网时代、节能时代，实现对城市路灯照明系统的集中控制、远程控制、智能控制、实时控制和灵活控制。路灯智能化控制管理系统通常由监控中心、集中控制器、监控终端（单、双灯控制器）及终端组成，集中控制器安装在配电柜内，通过GPRS无线网路与监控中心进行通信，监控终端安装在照明终端，以电力载波通信方式与集中控制器进行通信。集中控制器接收、执行、转发监控中心的命令，并通过监控终端对每盏路灯进行开关控制和亮度调节，实现灵活的远程控制。同时，集中控制器可通过内置输出端口实现对各路灯回路的监控，并通过监控终端监控每盏路灯的实时状态，还可以通过模拟量、数字量的输入端口，将现场的光照、温度等信息反馈至监控中心，以实现对城市路灯的智能化控制管理。

3 路灯智能化控制管理系统设计方案

以下介绍一种路灯智能化控制管理系统设计方案，该路灯智能化控制管理系统如图1所示，主要包括主控中心、集中控制器、监控终端（双灯控制器）及终端组成。该系统采用DCMS由主控中心、集中控制器、监控终端等共同组成三级网络结构，满足城市路灯管理部门的各种功能需求，实现对路灯照明系统进行科学性管理、安全性管理、节能降耗管理。具有回路控制、分组控制、单灯控制、多种控制方式、分组分时采用不同的控制方式。同时还具有数据备份、升级（支持对集中控制器进行远程升级，支持数据库导入、导出便于数据备份、保护数据安全）、数据报表查询（支持远程抄表、自动生成用电量、亮灯率统计报表）、故障检测功能、数据采集等功能。

路灯智能化控制管理系统主要由以下部分构成。

3.1 主控中心

主控中心是整个路灯智能控制的核心，是其指挥中心。主要包括视频监控中心、DCMS监控服务器、数据存储中心、各个监控中心工作站、打印输出设备、视频监控设备、电源供给设备等。对路灯的各种控制指令和设置指令由此发出。监控中心软件系统是DCMS的核心监控平台，采用B/S架构和浏览器访问形式通过人性化的人机交互界面，实现城市路灯管理的各项功能需求。同时系统具有网络接口，只要接入服务器，管理工作站等，系统就可以很方便地组建为路灯管理所局域网，通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。

3.2 集中控制器

集中控制器是路灯照明系统中电能信息采集和远程控制的关键设备，安装在路灯箱变中低压配电变压器的低压侧。通过电力线以载波通信方式实现对所属控制节点的管理和控制，并通过GPRS无线通信方式，或者通过以太网接口及多种协议与主控中心连接，实现与监控中心的通信。集中控制器内置相关软件程序，在电力线上形成智能控制网络，实现对所属回路及路灯的管理和控制。可实现查询所属回路及路灯的开关状态和运行参数，可根据设定对所属回路及路灯进行开关控制。

3.3 监控终端

该路灯智能化控制管理系统采用双灯控制器作为监控终端如图2所示，该双灯控制器为一种基于电力载波的双灯控制器，包括MCU主控电路、供电电路、控制开关、载波通信电路、PWM 输出电路、电压/电流采集电路和过载保护电路，具有结构简单、功能多样，可同时控制单个或者多个路灯并能够实现路灯全天候实时监控与管理功能。该双灯控制器采用载波通信方式来实现单个灯具或多个灯具的开关控制、故障监测、工作状况信息跟踪。解决了单灯控制器无法满足现场的实际需要问题，降低工程成本。

该路灯智能化控制管理系统采用集散控制监控方式，采用电脑智能化控制系统后，每个单灯的状态可以及时反馈到主控中心，运行和管理人员足不出户即可了解到各处开关灯情况，既节省了巡灯运行费用，又大大缩短了响应处理时间，并可通过完善的故障诊断功能，及时发现故障隐患，做到防患于未然，提高了路灯控制的实时性，提高亮灯的一致性，可以根据各种需要，控制城市区域任何一盏路灯的开关，完全满足现阶段对城市智能照明监控需求，同时可避免传统路灯监控系统模式中由于控制器失控而造成的电能浪费，实现路灯控制的实时监控。

4 结 语

随着我国现代化城市的发展和扩大，城市路灯照明工程取得了巨大的成绩，成为一项蓬勃发展的公共事业，同时为了符合节约型、可持续发展社会的标准，路灯智能化控制管理系统在实现对城市路灯智能化控制管理过程尤为重要，它能有效增强路灯的控制效果，提高路灯的使用效率，延长路灯的使用寿命，是节能降耗的重要途径和有效方法，城市道路照明自动化控制和智能化管理作为城市现代化的标志之一，它带来的经济和社会效益十分显著，它的推广和实施也将是市政工程建设中的一项重要内容。

参考文献：

[1] 杨飞，谢世满.城市路灯照明智能控制系统的应用及探讨[J].科技与企业，2013，（12）.

[2] 李健，蒋全胜，任灵芝.智能路灯控制系统设计[J].工业控制计算机，2010，（6）.

功能的基础上，结合现代城市建设对路灯控制管理的要求，提出了一种路灯智能化控制管理系统设计方案。

关键词：路灯；智能化；管理；监控

路灯远程监控系统 第6篇

太阳能是一种高效无污染能源,对于太阳光照充足、不适宜特别铺设电源电缆的场合,采用太阳能供电已成为当前的电源解决方案之一[1]。因此,太阳能路灯作为道路照明的产品之一,已得到广泛的应用。

目前,太阳能路灯控制器一般为单机独立工作,单台控制器只是监测太阳能电池电压控制路灯的开启或关闭,充电控制一般为恒流。而这种单机独立工作方式不能实时监控路灯的状态,如灯具损坏、太阳能电池板损坏等故障[2]。需要由巡视人员进行定期检查,增加了太阳能路灯的维护成本。网络版太阳能路灯控制器需要利用现有的Internet有限网络进行监控,并且需要独立铺设网络路线,对于偏远山区等不适合铺设线路的场所较难应用。针对以上问题[3],本文设计了一种基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制系统,结合光控和时空可实现多台太阳能路灯的同时远程无线控制。手机GSM网络几乎遍及世界的每一个角落,利用GSM网络实现远程数据的传输易于实现,并可降低通讯设备成本[4]。

1 工作原理

本设计借助手机通讯网络,完成太阳能路灯、控制等指令的远距离无线传输。利用单片机自身的AD实现太阳能电池电压和电流、蓄电池电压和电流、路灯亮度信息的采集,将模拟信号转换为数字信号,由单片机算法完成各参数的计算,计算结果由单片机自身的DA输出,实现太阳能电池输出电流、蓄电池电流的控制和系数参数的闭环调节与控制。太阳能路灯的各种开关状态由单片机的输入总线收集,并与算法所得的各参数打包,通过GSM通讯单元收集通讯网络传输到远处控制计算机,实现各状态和参数的传输。此传输为双向传输,远程控制计算机的各种控制指令和参数也可以借助收集通讯网络传输给太阳能路灯控制器,进行相应的控制。本设计系统原理图如图1所示。

该系统包括核心处理单元、功率控制单元、路灯状态监测单元、GSM通讯单元、键盘与显示单元和备用状态监控单元。核心控制单元利用远程中央控制室计算机发送的远程通讯控制命令、本机键盘命令和监测的路灯状态等指令实现系统的控制,通过功率控制单元实现太阳能电池输出功率控制与蓄电池充放电。GSM通讯单元利用GSM网络提供无线服务。键盘与显示单元完成系数参数的设置与显示。备用状态监控单元可实现其他外接设备的检测与控制。路灯状态监控单元对路灯的开启关闭状态、亮度状态进行监控。

2 硬件控制设计

2.1 核心处理与功率控制

采用单片机80C51作为控制核心,利用单片机自身集成的AD、DA实现对各模拟信号的采集和输出功率控制单元输出电流的控制,并利用算法实现蓄电池的充放电控制,利用远程通讯控制命令、键盘命令、检测路灯状态等指令实现系统的控制。

该系统功率控制单元由太阳能电池电压电流测量、蓄电池电压电流测量、蓄电池电流控制功率管和多路模拟开关组成。太阳能电池电压测量实现电池输出电压的测量,并使取样值达到单片机AD输入量程要求;太阳能电池电流测量实现输出电流的实时监测,由取样电阻串联太阳能电池电源回路中实现电流-电压转换,实现电流测量。蓄电池电流控制功率管由大功率三极管实现蓄电池充电电流的连续调节和脉冲控制;多路模拟开关由多选-模拟开关实现4路模拟输入信号分时连接单片机AD输入端口,实现单片机的分时模拟信号的采集。功率控制采用电流调整方式,通过检测太阳能电池输出电压和输出电流、蓄电池当前电压,调整太阳能电池对蓄电池的充电电流,使得太阳能电池板充电电流始终保持最大状态,实现蓄电池的高效充电。功率控制单元方框图如图2所示。

2.2 光时控制

光控部分采用光敏元件传感器模块,利用光敏电阻实现对周围环境光照度的采样,根据照在光敏电阻上光线的强弱不同[4],而产生电流或电压的变化,该变化信号通过ADC0832器件进行模数转换后提供给单片机,C8051按照预设的方案实现光控路灯开关功能。其中,自动测光功能使路灯在光线强时熄灭,光线暗时自动点亮;感光度可调,可根据需要调节在任意光线下工作;同时为防止瞬间强光的干扰,提高路灯的利用效率,特设延时关闭功能,即光线达到强光时,开关延时20秒左右才自动关闭。

2.3 GSM通讯模块

GSM通讯模块主要由天线、无限功率放大电路、GSM信号处理电路,RS232接口电路组成。天线选择适于GSM手机通讯的900MH天线组件;无线功率放大电路实现无线调制信号的放大、滤波等处理,实现GSM手机信号的功率调节与控制;GSM信号处理电路由基带处理器及FLASH组成,实现GSM手机信号的调制与解调;RS232接口电路由电平转换电路及外围电路组成,实现TTL电平和标准串口逻辑电平的转换。该通讯模块采用SMS短消息传输命令和GPRS网络传输命令,通过RS232接口实现与核心处理单元进行太阳能路灯控制器的命令、状态的数据通讯。GSM通讯功能结构如图3所示。

3 软件设计

本文设计的太阳能路灯控制系统具有手机网络远程监控功能,其软件部分主要包括自动控制模块、数据采集模块、显示及打印模块、GSM通信模块、自检及报警模块等[6]。系统中的各无线终端处于无人值守状态,在软件系统的控制下。无线终端自动完成上电、复位、自检,并自动进行各种路灯参数的检测、数/模转换、自动处理及存储等操作。系统主模块工作流程如图4。

GSM通信程序设计是系统的关键功能模块,包括发射和接收通信。根据系统拟定的通信协议,准确、可靠、快速通信并具有检错子模块。

当手机通过短信向无线终端发出命令后,无线终端机首先对命令的类型及内容进行分析。继而调用并执行相应的子程序。若是开/关灯命令,则驱动控制电路,通过交流接触器,完成对路灯的开、关控制,并将执行结果及时返回给手机。若是检测命令,单片机将接收到的路灯状态参数经过鉴别、处理,判断出路灯处于“正常”或“故障”状态,并将检测结果及时发送到控制端。

4 结束语

本设计解决了太阳能路灯或其它太阳能供电设备的远程无线监控问题,提高了太阳能供电系统的可靠性;采用单片机智能控制,结合光控、时控和基于GSM网络的遥控等手段,综合调整LED路灯的开关时间和功率控制。实验结果表明,本设计的系统光控误差不大于5%,时控误差不大于1%,遥控距离不小于200米,能与路灯无线通讯实现应答功能,能达到方便使用和节能降耗的目的。

摘要：设计了一种基于手机网络(GSM)的远程太阳能路灯监控系统,以单片机为控制核心,结合光控和时控,通过与手机通讯网络的双向传输控制,实现太阳能路灯的远程无线状态监控,多台太阳能路灯的同时控制及提高太阳能路灯充放电的效率。

关键词：太阳能路灯,远程监控,GSM,双向传输控制

参考文献

[1]Huang Chubui,Li Fuyou,Huang ganyi.Ultrathin Film for optics andElectronics[M].Beijing:Peking University Press,2001.

[2]黎洪生,刘苏敏,胡冰.基于无线通信网络的智能路灯节能系统[J].计算机工程,2009,35,(14):190-192.

[3]赵丽敏,岳宁.基于ARM9的嵌入式电力监控系统的设计与实现[J].电子技术应用,2010,(4):71-74

[4]李晶,张维戈,王健强.基于PLC单片机的太阳能路灯控制器[J].微计算机信息,2009,25,(2):51-53.

[5]李建秋,林辛凡,华剑锋,徐梁飞.基于ARM9和MPC56x的燃料电池发动机双核主控制器的研制[J].电子技术应用,2010,(2):23-29.

基于iOS的远程路灯控制系统研究 第7篇

随着全国新型城市化进程的不断推进, 我国市政基础设施建设步伐也迅速加快, 市政设施总量日益增多。同时随着生活水平的提高, 人民群众对市政设施完好率的要求也越来越高, 管养工作任务也日益艰巨。新时代的发展对市政维护管理提出了更高的要求, 为切实提高市政维护管理水平, 需要综合运用现代信息技术来创建市政维护管理的新模式。远程路灯控制系统用于移动作业, 其拥有先进的平台支持管理工作的高效运转, 为城市市政管理部门的发展提供了一种全新的且十分优秀的维护管理新思路。

远程路灯控制系统的建设目标主要是充分运用先进的信息处理技术, 提高外业人员快速反应能力, 缩短维护及维修时间, 提高设施运行可靠性, 提高照明管理服务水平, 达到将信息系统延伸到工作现场的目的。

1 系统总体设计

1.1 需求分析

远程路灯控制系统实现照明数字化管理事务流转一体化, 实现基于工作流的指挥中心外业人员之间协同工作, 减少信息传递的中间环节, 加快应急响应速度;用户可通过移动平板电脑查看竣工资料、安全施工手册等资料, 不仅避免了携带大量纸质资料至现场, 也为资料查询提供便捷。

系统可在现场对安装在配电箱内的照明监控控制箱实施远程启闭操作, 并可实时获取工作状态和运行参数, 在现场即可分析和评估照明情况。同时作业人员可方便地在现场就对照明监控控制箱进行参数设置, 及时保证设施的正常、稳定运行。系统沿用城市照明监控系统的部分数据库设计, 以实现与现有城市照明监控系统保持无缝对接, 并保持即时更新。

1.2 系统概况

远程路灯控制系统运行在i Pad系列平板电脑上, 通过运行在服务器端的消息中间件与服务器和控制箱进行通信。系统分为两个主要过程:一是路灯控制箱操作过程, 二是数据库同步过程。具体运行方式如下:系统通过3G无线网络访问架设在服务器上的消息中间件Web Service;通过调用消息中间件的接口, 发送指令 (如开关灯、选测、参数设置等) ;消息中间件收到指令后, 将指令转发给指定路灯控制箱;控制箱接受命令后进行操作, 然后将操作结果返回消息中间件;消息中间件再将信息 (如开灯成功、开灯失败、电压电流参数等) 返回给系统。系统对控制箱进行参数设置后, 需通过消息中间件将本系统的数据库与服务器端的数据库进行同步。

1.3 系统结构及功能模块介绍

远程路灯控制系统由前台应用层及后台处理层组成。如图1所示, 前台应用层和后台处理层分别包含各自的功能模块。前台应用层的功能模块旨在给用户操作, 对于后台处理层, 用户虽然看不到但实际在整个系统中也是不可或缺的。在此罗列各个模块分别具有的功能:

(1) 用户登录模块:用户需要登录方可进入系统, 系统用户数据资料都已录入数据库, 只有认证的用户才会发放数据库权限给予运行系统。

(2) 地图浏览模块:用户可以在界面中直观地浏览地图 (平移、放大、缩小) 。

(3) 应急开关灯模块:用户可以对指定终端进行开关灯控制, 用来检查终端故障或检验维修成效。

(4) 控制箱选测模块:用户可以通过系统选测指定终端的进行状态, 用来检查终端故障或检验维修成效。

(5) 运行参数设置模块:用户可以通过系统对指定终端进行参数设置。

(6) GPS数据采集模块:系统可以自动获得当前GPS数据, 并在地图上显示。

(7) 数据库读写模块:系统通过对数据库读写进行编写, 可方便快捷地调用所需要的函数, 进行数据的显示与操作。

(8) 消息中间件模块:用户可以将系统随时与服务器进行相互同步, 使两边系统保持一致。

(9) XML解析模块:系统可以通过Web Service与任何返回系统的XML格式的数据, 经过解析后, 得到可在本系统显示的数据。

1.4 关键技术和控件

1.4.1 MapKit控件

MapKit控件是i OS3.0版系统新增的API, 它可以在i Pad上通过网络直接调用Google Map进行显示。MapKit控件是系统的和谐控件, 提供地图的显示, 可以通过手势实现地图的放大、缩小、平移、定位等基本功能。

1.4.2 GPS技术

GPS全球定位系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS在户外作业中的应用主要有用于城市照明空间基础信息的采集与更新和最优路径的导航。

系统首先发送GPS定位的请求, 然后调用GPS模块来获取定位信息, 之后得到GPS数据显示在地图上。这些看似繁琐的步骤, 在系统中的运算在一瞬间即可完成。

1.4.3 XML解析模块

XML解析模块专门用来解析由消息中间件子系统的返回值, 将解析后的数据传给路灯控制模块, 显示操作结果。

1.4.4 Web Service技术

Web Service技术是一种构建应用程序的普遍模型, 可以在任何支持网络通信的操作系统中实施运行, 它是一种新的应用程序分支, 是自包含、自描述、模块化的应用, 可以发布、定位、通过Web调用。Web Service是一个应用组件, 它逻辑性地为其他应用程序提供数据与服务。各应用程序通过网络协议和规定的一些标准数据格式 (Http、XML、Soap) 来访问Web Service, 通过Web Service内部执行得到所需结果。Web Service可以执行从简单的请求到复杂商务处理的任何功能。一旦部署以后, 其他Web Service应用程序可以发现并调用它部署的服务。

系统的主要接口是与消息中间件Web Service之间的接口。主要功能是负责传递系统与服务器或路灯控制箱之间的数据。如图2所示, 消息中间件部署在服务器上, 由远程路灯控制系统与客户端数据库进行数据传递, 系统通过3G网络可以查看Google Map, 而系统的控制箱操作与数据同步都将通过服务器消息中间件与服务器数据库和路灯控制箱进行交互。系统只需调用消息中间件提供的接口, 即可进行与服务器或路灯控制箱之间的数据交换, 而不用去设计每条命令的具体格式。这大大减轻了系统的运行负担, 同时使得系统整体运行效率显著提升。

1.4.5 GDataXML库

由Web Service返回系统的是XML格式的数据, 系统需要进行解析后, 才能得到有用的信息。

GDataXML库是i OS系统下性能十分优秀的XML解析库, 它封装了多种XML解析算法, 使用起来非常方便。

1.4.6 数据同步算法

由于系统可同时运行在多个移动设备上, 故数据同步功能是必不可少的。

系统的数据同步通过消息中间件Web Service进行。对于需要同步的数据, 在本地的SQLite数据库和服务器端数据库均有一个记录上次同步时间的字段。i Pad端每次读取服务器端最新任务数据时, 对这个时间进行判断, 如果服务器端的时间较新, 则同步;而在i Pad端每进行一次任务完成上报等操作, 则将新的任务信息强制同步给服务器端, 以保持服务器端最新。

具体同步流程:系统首先通过Web Service转发发送的同步请求给服务器, 然后服务器进行判断, 如果需要同步则同步数据并通过Web Service转发回系统, 此时数据需要经过XML解析, 随后把返回的结果显示在i Pad的系统上;如果不需要同步则返回无效应答, 同样由Web Service转发并经过XML数据解析显示在i Pad的系统上。

2 用户体验

系统用户为路灯维修人员及市政人员。系统实现照明数字化管理事务流转一体化, 实现基于工作流的指挥中心外业人员之间协同工作, 减少信息传递的中间环节, 加快应急响应速度;用户可通过移动平板电脑查看竣工资料、安全施工手册等资料, 不仅避免了携带大量纸质资料至现场, 也为资料查询提供便捷。

图3所示的图片即为系统运行时的主界面。用户登录的小对话框里, 只有当用户名和密码都填写正确方可解锁整个系统界面, 进入系统进行地图浏览等各项功能的操作。系统界面简洁明了, 节省了用户的系统熟悉时间, 提高了用户对系统的体验感受。

3 结语

远程路灯控制系统使路灯控制系统更具人性化, 为维护人员外出作业提供了便捷, 可以在任何有无线网络的地方迅速通过操控i Pad对终端进行测试。系统通过平板电脑和已经非常稳定的无线网络技术使维修人员在城市照明维护管理中实现真正的移动作业, 该系统将成为已经跨入无线网络和便捷操作时代的领头先锋。

摘要：首先介绍基于iOS的远程路灯控制系统的建设原因及目标, 随后对系统总体设计进行分析, 包括系统的功能介绍、关键技术和控件的阐述以及系统使用的用户体验, 最后总结了该系统的应用前景。

关键词：iOS,远程路灯控制系统,总体设计

参考文献

[1]Joe Conway, Aaron Hillegass.iOS编程[M].第2版.夏伟频译.华中科技大学出版社, 2012

[2]Mark Dalrymple.Objective-C基础教程[M].高朝勤, 杨越, 刘霞译.人民邮电出版社, 2009

路灯远程监控系统 第8篇

本研究在城市路灯远程报警及开启的应用背景下, 结合其传输数据少和非连续性工作的应用特征, 研制了利用AVR系列单片机控制GSM模块TC35I以短消息 (SMS) 的方式进行远程报警和开启的装置。装置中单片机以查询方式检测传感器信号, 通过串口与GSM模块通信以控制路灯启动和短信的报警等。远程控制端即上位机软件发送开启命令与读取路灯工作情况, 从而减少维修人员每天检查路灯工作情况的时间和人员的投入。本装置结构简单、传输可靠, 稍做改进即可应用于多种需远程交互的场合。

2、系统总体结构

系统主要由GSM通信模块TC35I、AT MEGA128和光电传感器组成, 其系统结构如图1所示。

ATMEGA128是远程控制装置的主控单元, 具有128k字节可在系统编程Flash, 4k字节RAM, 53个I/O口线, 2个全双工串行口。多个I/O口线确定了几路路灯检测的反馈, 此控制器可代接49路路灯, 即49路路灯为一个控制单元。光电传感器通过对晚间光照度的检测, 实现对城市路灯工作情况的反馈。

系统的工作过程:远程控制中心检测外界环境的亮暗程度, 当达到要打开城市路灯的暗度后, 控制中心通过上位机软件自动发送打开路灯命令。基于ATMEGA128的远程控制装置接到短信 (即控制命) 令后, 开启路灯。同时, 路灯开启后, 路灯内部的光电传感器会检测光强, 并把这一光强信息转送给A TMEGA128, 经过AT MEGA128查询检测后判断此路灯是否工作完好, 如出现问题后, ATMEGA 128通过GSM模块发送给远程控制中心, 控制中心报警并保存下此路灯的位置, 使控制中心记录并制定维修计划。

3、系统硬件电路设计

硬件系统主要包括:电源电路、TC35I模块、ATMEGA128控制电路和其它电路。 (1) 电源电路。TC35I的供电电源为3.3-4.8V, 典型值为4.2 V。当电压低于3.3V时, 模块可自动关机, 同时模块在不同工作模式时电流不同, 在发射脉冲时电流峰值高达2 A, 在此电流峰值时, 电源电压下降值不能超过0.4V, 所以对电源的要求很高。本设计中稳压电源部分由LM2576将外部+5V的直流电压转换成为4.2 V, 为整个系统提供供电电压同时产生MAX3232所需的高电平。 (2) TC35I通信模块。TC35I ZIF40P IN接口插座, TC35I通过接口电路获得电源, 与SIM卡相连接获得GSM网络, 与单片机ATMEG A128进行串口数据通讯。 (3) ATMEGA128控制电路。ATMEGA128控制电路主要包括:最小系统、串口接口电路和继电器驱动电路。

4、软件设计

(1) 上位机软件。通过LABVIEW平台开发的远程控制软件, 软件界面如图2。该软件可以设置自动与手动两种模式。自动设置为在无人值守的情况下自动根据设置参数:开启光强度判断是否达到一定黑暗程度, 当达到设定值以下, 软件自动发送开启路灯命令。手动设置为在设置时间到达时开启和关闭路灯。路灯损坏记录为保存各个路灯单元发回的路灯工作情况, 并保存记录。使得维护人员可以快速和准确对路灯维护。

(2) 单片机控制软件。1) 启动与初始化。装置上电后首先必须对单片机、系统变量等进行初始化, 然后通过拉低IGT启动TC35I, 并通过发送AT命令进行模块的初始化设置, 初始化流程如图3。单片机的初始化包括设置波特率、设置外部中断 (电平触发方式) 和串口中断等, TC35I的初始化包括设置短信到达时提醒方式、接收短信的存储位置、电话薄的寻址位置等。2) 远程开启与报警框图。

5、结语

本设备模拟调试完成, 在调试过程中运行稳定。系统制造成本和使用成本低廉, 监视控制设备简单, 能应用到很多需要远程监视控制场合, 有着广泛的应用前景。

摘要：本文主要介绍由TC35I模块构成的GSM Modem。并实现单片机通过串口数据线接收和发送A T指令, 完成短消息的读取与发送, 完成城市路灯的远程控制和报警。通过基于LABVIEW的上位机软件对TC35I写AT指令从而定时发送短消息实现城市路灯的远程控制, 并读取路灯损坏的地址方便维修人员维修。

关键词：TC35I,LABVIEW,AT指令,ATMEGA128

参考文献

[1]杨建秋, 张福仲.基于GSM短消息的温度报警系统研究[J].微计算机信息, 2006, 7 (1) :103-105.

[2]宣彩平, 王皓, 邹国良.利用GSM无线模块发送短消息[J].计算机应用, 2004, 24 (5) :148-150.

路灯远程监控系统 第9篇

1 几种路灯控制系统比较

目前,我国大多数地区还在使用传统的路灯控制方式,包括人工控制方式、时控方式、电力载波控制[1]、GSM短消息控制和CDPD (Cellular Digital Packet Data,蜂窝数字分组数据)等几种。

人工控制方式是根据开关灯时间表由值班人员手动进行开、关灯操作;时控方式以时间为唯一的开、关灯依据,不论在任何季节气象条件下,均只能在规定的统一时刻开、关灯,随季节变化, 需要人工干预来调整开关时间;电力载波控制易受电力线强磁场干扰,通信环境恶劣,信号衰减强、时变性大等;GSM短消息控制必须通过手机系统,费用太高,并且不能完全脱离人工干预;CDPD采用专用网无线MODEM,可能出现脱网问题。由此可见,传统的路灯照明控制方式的运行、操作结果不能集中监视、记录和统计,达不到量化管理的要求。显然这几种落后的路灯控制与维护手段已远远不能适应城市现代化发展的要求。

近两年来,Zigbee无线传感器网络技术发展迅速,结合各行业实际取得了许多成果,极大的推动了社会发展[2]。在路灯控制方面,Zigbee技术结合传感器技术组成的网络同样可以解决传统控制方法中存在的问题:选用特殊的光敏传感器可以实时采集光亮强度,大大降低了特殊环境特殊时间误开误关的几率,脱离了人工干预;Zigbee技术采用直接序列扩频技术保证信号传输的可靠性,避免其他信号的干扰[3];再加上CC2430芯片的低功耗、短时延、协议框架简单、安装方便[4]等优点,借助于Zigbee无线传感器网络技术,开发研制一套自动化程度高、运行可靠、高效节电、使用维护方便的路灯监控系统,正是本文要解决的问题。

2 系统组成

2.1 网络拓扑结构

系统结构如图1所示。系统采用“监控中心—路由—终端节点”三层结构[5],由网络协调器节点、路由节点和传感器节点组成。其中网络协调器节点主要是组织网络和产生控制信号,该节点与上位机连接,可以通过相应的软件监控每个路灯的状态,并可根据其状态判断路灯是否需要维修;路由节点作为通信中继,同时利用光敏传感器控制路灯;传感器节点利用光敏传感器采集光照强度,根据其内部烧制的程序中的阈值改变路灯的状态并且直接或者通过路由发送至网络协调器,由上微机软件显示。而子站与数目众多的传感器节点通过无线射频通信,形成特定拓扑结构的控制局域网—控制子系统;各个控制子系统与上位机连接通过GPRS网络与道路照明监控中心相连,形成星型的大区域控制网络。

道路照明系统有两个特点:空间位置跨度大、节点的数目庞大。路灯的相对空间位置形成一种“长链型”的结构,要确保端到端的通信稳定性以及合适的选择路由协议。为此,路灯系统空间位置上应当缩短“长链型”结构,使得系统的局部分解为Zigbee典型的星型或者树型结构,从而减少了路由跳数,达到快速稳定访问远端节点的目的。端节点会根据与路由节点通信的信号强度与稳定度,自动寻找最佳的链路连接到路由节点上,形成星型网络。

实验研究证明,单次长距离的数据转发减少转发次数,与单次短距离的数据转发增加转发次数相比,长距离的数据转发更具有优势。我们把节点通信距离设计为1000m(节点包含功率放大),这样在两个路由节点间可以布置多个端节点形成星形网络。一个Zigbee子网的节点容量很大,理论上最大节点数为216个。

如图2所示,系统采用多星、链型的拓扑结构。由于减少了长距离转发的次数,因此由网络协调器到最后的端节点的路由访问速度很快。另外,信号的传输速率为250kbit/s,完全可以满足照明节点信息的传输量。在实际的应用中,50kbit/s的传输速/率已经足够[6]。因此,我们可以配置较低的传输速率来获得较高的数据传输可靠性。

2.2 硬件结构

系统由三部分组成:监控中心、路由和路灯控制终端,这三部分的节点分别为网络协调器节点、路由节点和传感器节点。其中,路由节点和传感器节点的硬件结构如图3,路由节点除了要控制自身的路灯状态,还要起到转发信息的作用。

协调器节点的硬件结构如图4,如果该节点使用FT232芯片与上位机连接,可以实现USB口到RS232的转换,非常容易地建立可靠的连接,提供115.2Kbit/s的传输速率,并可提供5V电源,再通过AMS1117芯片可以转换为CC2430工作电压3.3V,则不需要外加电源模块。

2.3 软件系统

网络协调器节点、路由节点和传感器节点可以共用网络层(NWK.c)、物理层(HAL.c)和MAC层(MAC.c)的程序,但是作为应用层各有不同,最终实现如图5的操作系统OSAL任务列表。

3 系统测试结果与分析

软件环境:IAR 7.20、串口调试工具、数据分析仪、无线龙Zigbee无线网络PC监控软件以及各硬件驱动软件等;

硬件环境:PC(.NET 1.1架构,Windows 98以上,1个串口,1个USB接口)、无线龙C51RF-WSN开发平台(至少包括一个网络协调器和一个终端设备,验证阶段可省略路由设备)等。

在系统研制中,我们构造了1个网络协调器节点、2个路由节点和2个传感器节点的小型网络。整体结构采用主从方式,一般处于休眠状态,当有中断请求时激活节点进行工作,采用串行中断的方法接收和发送数据,利用串口调试工具读出该灯的光敏值如图6所示。

系统可自动监测每盏路灯的状态,当某盏路灯发生故障时,系统通过Zigbee网络以及子站的移动通信(GPRS)传输信息,能快速提供坏灯的编号、位置,利于工作人员及时、准确地更换,节约了大量查询坏灯的资源。若路灯以及电缆线路被破坏,同样可以在监控中心及时报警。此外,该系统通过光敏传感器有效的控制了路灯的开关,在实际工程项目中,系统节能高达30%以上,并能提高路灯使用寿命3倍～5倍。

4 结束语

初步实验结果表明:采用这种模式建立的无线传感器路灯远程监控系统具有较好的稳定可靠性和较高的控制效率,能够很好的达到节能的目的,有着广阔的应用前景。

参考文献

[1]吴家洲,姚远,徐华中.公共路灯远程监控系统研究,微计算机应用,2002,23(2):

[2]王东.协议的无线传感器模块的设计与应用.自动化博览,2007,8

[3] Zigbee Alliance.Zigbee Specification.http://www.zigbee.org,2005-05.

[4] Suggestions for the improvement of the IEEE 802.15.4 standard.http://www.Ieee.org,2003-07.

[5]关耀宗,胥布工.基于ZigBee网络的道路照明监控及节能系统.自动化与信息工程,2007,(4):

路灯智能监控系统 第10篇

城市照明的过快发展加大了对能源的需求和消耗,尤其是一些城市单纯追求高亮度、多色彩、大规模、超豪华,建设和配置不切合实际,不科学,浪费了大量的能源,也造成了污染,加剧了供电的紧张。尤其在当前能源紧缺的大环境下,照明节能已成为社会共同关心的问题。建设部更是在“十一五”城市绿化照明工程规划纲要中明确要求采用先进的技术来提高城市照明的效率和管理水平。

1 系统概述

本系统依据人体工程学中的视觉理论,采用现代控制论中的最优控制方法,实现对路灯电流及照度的动态智能化管理,即TPO管理(TIME时间、PLACE地点、OCCASION场合)。在繁忙的时段,系统控制路灯保持原设计的照度;接近午夜时分,道路上人少车稀时,开始自动调整电流,通过对用电电流的智能控制,减少后半夜因城市整体的用电减少所引起的能源浪费。

系统结构如图1所示。

2 主要功能模块的实现

2.1 单灯控制器的设计

单灯控制器安装在每一个灯杆底部或者顶部灯罩内,可以与多个镇流器通信,或者控制多路灯头电源,负责每个灯头的开关和亮度,采集运行数据并通过电力线载波的方式上传到集中器。其结构如图2所示,主要由STC的单片机、载波模块和控制模块组成。每一个单灯控制器有唯一地址,该地址和灯杆的编码相对应,所以可以很容易地通过监控中心的GIS地图定位到该控制器的位置,从而在主站进行相应的操作。单灯控制器可实现隔一亮一、隔二亮一、熄灭慢车道灯头、深夜调低亮度等各种节能控制。

2.2 集中器的设计

每个变压器台区只需安装一个集中器,主要负责采集故障或者状态信息并上报监控中心,并可按照监控中心的命令执行开关灯以及调光操作。集中器结构如图3所示。其中微控制器使用了ARM7系列的STM32F103芯片,运行UCOS2操作系统,主要完成载波传上来的路灯状态或故障数据的打包、处理,完成每条支路测得的电流等信息的处理,并将处理后的数据组装起来通过GPRS模块传往主站监控中心。该模块上使用了320×240的液晶屏,显示菜单和各种信息,使用8个独立按键来操作,既可以通过远程来获取数据,又可以在现场通过液晶界面查询。

2.3 监控中心

监控中心是整个路灯监控系统操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心,通过GPRS或其他网络与集中器通信,下发维护或控制指令,查询测量数据、支路状态或单灯状态等。该部分主要功能包括:

(1)可以进行远程维护,并对单灯控制器和集中器进行参数设置。

(2)可以随时远程开关任何一路路灯,或者设计好人性化的开关灯方案后,使控制系统自动运行控制。

(3)如果通信中断、亮灯率过低、未按时开关等情况出现,监控中心报警。

(4)可以监测每一支路的通断电状态及电压、电流、电量等信息,还可以监测每一盏路灯的开关状态及亮度。

(5)GIS电子地图显示变压器、路灯的地理位置、运行状态及其它重要信息。

(6)可以生成电流、电压、电能、亮灯率、开关时间的分析曲线和报表,有利于对灯的使用情况进行分析。

2.4 支路测控模块

每个支路测控模块最多可监控4条支路,可根据现场的照明线路数灵活配置。支路测控模块通过RS-485通信方式接收集中器发出的指令,控制路灯支路的开关,并上传测量到的三相电压、电流、功率因数、有功、无功等数据以及支路开关状态。

3 成效分析

按2万盏路灯的规模做投资费用回报和效能费用回报分析。

2万盏路灯累计投资为800万~1000万元。按每盏路灯平均功耗150W、每天平均照明时间10h计算,每天每盏路灯的消耗是1.5度电,全年的耗电:1.5×20000×365=10950000度。

如果启用本系统,按保守节能30%估算,每年节省电能消耗3285000度,相应节省电费开支300万元左右。同时减少了维护人员和出巡的交通费用,每年可以节省费用50~100万元。

通过以上的分析,本系统投资回报可以控制在3年左右。

4 结语

本系统可以实现对道路、广场、码头等需要长时间照明场合的灯具控制,远程控制灯具的开关、检测灯具的工作状态,从而实现高效率、低成本的管理。如果使用的是可调亮度的灯具,系统可以控制灯具的亮度,从而可以显著延长灯具的有效寿命,减少灯具更换次数,并大幅降低了电耗,节约用电。可远程设计灯具的工作方案,方便快捷,可以根据不同地方、不同时间的情况灵活配置,管理非常方便,设计也更加人性化。以电力线载波通信和GPRS通信为核心,具有易实施、免布线等特点,不破坏设施现状和周围环境,不影响正常的工作和生活秩序,施工简捷、工期短。

参考文献

[1]徐建君,宗国华,王胜意.基于GPRS的路灯智能控制系统[J].河海大学常州分校学报,2007,21(4)