基于物聯(lián)技術的智能路遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計        摘 要 為實現(xiàn)對路燈的實時、高效、遠程控制，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用傳感器技術進行實時路況環(huán)境信息的采集，采用ZigBee無線傳輸技術實現(xiàn)路燈節(jié)點終端與網(wǎng)絡協(xié)調(diào)控制器間的數(shù)據(jù)傳輸，再經(jīng)GPRS網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)较到y(tǒng)控制中心。該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交互、信令傳遞對路燈的開關、亮暗、檢測、報警等進行遠程控制，實現(xiàn)了高效、智能的遠程監(jiān)控。        關鍵詞

2、 物聯(lián)網(wǎng) 智能路燈 ZigBee GPRS 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)控制器 遠程監(jiān)控        0引言        改革開放三十多年來，我國社會的各個方面得到了長足的發(fā)展。城市化進程效果顯著，一些不眠城、不眠夜的新生代詞匯應運而生。燈火通明是現(xiàn)代化城市的一個顯著特點，但是照明在帶來絢麗便捷的同時，電力資源嚴重浪費現(xiàn)象也進入了我們的視野。據(jù)統(tǒng)計， 2013年全國用電總量為53223億千瓦時，而城市公共照明（主要是道路照明）大約占總用電量的13%左右

3、，約為6919億千瓦時。據(jù)調(diào)查，我國大部分城市在午夜12點之后，主要道路行人車輛稀少，由于路燈系統(tǒng)的管理相對落后，造成了區(qū)域供電不平衡， “恒照度”“全夜燈“現(xiàn)象極為嚴重；另外后半夜是用電的低谷期，電力系統(tǒng)的電壓升高，路燈反而會更亮。每年上百億度電能白白浪費，同時極大程度上減少了用電設備和燈具的使用壽命，造成巨大的經(jīng)濟損失。聊城地區(qū)路燈管理系統(tǒng)相對落后，智能化程度較低，區(qū)域性供電不平衡，造成了全燈夜和全黑夜的巨大反差，給市民的出行帶來極大的不便。為了適應城市現(xiàn)代化發(fā)展，路燈系統(tǒng)智能化監(jiān)控變得尤為重要。針對這一現(xiàn)狀，本設計提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)能有效地解決路燈遠程

4、智能控制，向著城市的現(xiàn)代化、智能化、環(huán)保節(jié)約化方向不斷邁進。        1 智能路燈系統(tǒng)的總體設計        1.1 物聯(lián)網(wǎng)        物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，

5、進行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術與普適計算、廣泛應用于網(wǎng)絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。        1.2 系統(tǒng)框架        基于物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)包括路燈監(jiān)控中心、路燈區(qū)域協(xié)同控制器、路燈控制終端，以及監(jiān)控中心與路燈區(qū)域協(xié)同器之間GPRS網(wǎng)絡、路燈協(xié)同控制器與路燈控制終端之間的ZigBee通信網(wǎng)絡。路燈監(jiān)控中心平臺負責所有整合

6、信息、統(tǒng)計、分析和處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對路燈區(qū)域協(xié)同控制器的控制；路燈區(qū)域協(xié)同控制器負責所轄路段路燈亮度的節(jié)能控制、執(zhí)行監(jiān)控中心指令和采集、上報路燈終端采集發(fā)送的數(shù)據(jù)。路燈控制終端負責對路燈的控制和狀態(tài)檢測。路燈區(qū)域協(xié)同控制器和路燈監(jiān)控中心之間采用GPRS網(wǎng)絡進行無線通信，路燈控制終端與所屬區(qū)域的區(qū)域協(xié)同控制器之間采用ZigBee協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。其系統(tǒng)結構圖如圖1所示。        2 硬件設計        2.1 路燈控制終端

7、0;       2.1.1 功能        路燈控制終端具有ZigBee 終端設備功能，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的傳遞，把每個路燈的運行數(shù)據(jù)發(fā)送給路燈網(wǎng)絡協(xié)調(diào)控制器；同時又是單燈控制器，進行路燈光線強弱的控制，能根據(jù)本地運行情況靈活實現(xiàn)單燈節(jié)能控制。        2.1.2 構成        

8、;控制終端由四個部分組成：數(shù)據(jù)采集模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊。        數(shù)據(jù)采集模塊由光敏、聲音傳感器進行所轄區(qū)域內(nèi)光照、聲音信息的采集，并將采集的信號通過信號調(diào)理電路變?yōu)檫m合傳輸?shù)臄?shù)字信號，傳送給微處理器模塊；微處理器模塊負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信，實現(xiàn)信息交換控制和數(shù)據(jù)收發(fā)；電源模塊為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量，采用微型化、高容量的電池。     

9、0;  2.2 路燈區(qū)域協(xié)同控制器        2.2.1 功能        路燈網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器主要用來實現(xiàn)路段控制，負責全路段網(wǎng)絡的啟動和配置，通過無線通信網(wǎng)絡實現(xiàn)信息的傳遞。它接收各路燈控制終端采集到的電、光、聲等信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控中心；也將監(jiān)控中心下達的指令通過ZigBee網(wǎng)絡傳遞給各個路燈控制終端。        2.2.2 構成

10、及原理        路燈區(qū)域控制器的工作原理是光敏傳感器采集到所轄區(qū)域道路上的光照信號通過輸入智能控制器，實現(xiàn)所轄路段路燈的開啟和關閉。道路上的人車流量通過聲音傳感器輸入智能控制器，通過模糊控制算法進行實時處理后，利用晶閘管的移相控制原理，根據(jù)時間和車流量對三相交流調(diào)壓電路中晶閘管的導通角進行控制，進而改變照明電路的輸出電壓，達到平衡供電，實現(xiàn)節(jié)能控制的目的。        同步信號采樣電路是按照三相交流調(diào)壓電路的控制規(guī)律要求，為晶閘

11、管的移相觸發(fā)電路提供同步信號；移相觸發(fā)脈沖電路根據(jù)觸發(fā)角指令的要求，結合同步信號，來控制三相交流調(diào)壓電路中晶閘管的導通角來決定路燈輸出電壓的大??；智能控制器作為整套系統(tǒng)的核心部分，其控制方式選取的為模糊控制算法，采集的光信號與聲音信號通過放大、轉(zhuǎn)換后輸入到控制器的微處理器中，通過模糊控制的方式將采集的數(shù)據(jù)進行處理比對，選取最優(yōu)化的控制信號加以輸出。可變電抗器是用來隔離高壓和低壓，將電抗器的高壓側與路燈相連，在電抗器中增加二次繞組作為低壓側，將二次繞組與晶閘管和具有模糊控制算法的控制系統(tǒng)相連。當晶閘管控制角的發(fā)生變化時，電抗器低壓側和高壓側的電壓大小也隨之改變，進而使得路燈的端電壓發(fā)生變化，改變

12、路燈的照明亮度，以實現(xiàn)路燈的軟起動和調(diào)壓節(jié)能。        2.3 路燈控制終端與區(qū)域協(xié)同控制器的通信連接        要完成區(qū)域協(xié)同控制器和路燈控制終端及二者之間的通信網(wǎng)絡設計，其中區(qū)域協(xié)同控制器完成時間、光照信息的測量，路燈終端完成故障診斷和移動物體的檢測，利用ZigBee無線網(wǎng)絡技術實現(xiàn)區(qū)域協(xié)同控制器和路燈終端之間的通信。因此系統(tǒng)主要包括以下分系統(tǒng)：電源穩(wěn)壓系統(tǒng)、區(qū)域控制系統(tǒng)、ZigBee協(xié)調(diào)器系統(tǒng)、ZigBee 路由和終端系

13、統(tǒng)。其中電源穩(wěn)壓包括5 V 穩(wěn)壓和3.3 V穩(wěn)壓；區(qū)域控制系統(tǒng)包括時間模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和光照采集模塊；ZigBee協(xié)調(diào)器包括顯示模塊和鍵盤模塊；ZigBee路由和終端包括微波雷達檢測模塊、故障檢測模塊和路燈控制模塊。根據(jù)ZigBee通信組網(wǎng)技術的特點，將ZigBee 技術與傳統(tǒng)的路燈控制模式相結合，根據(jù)不同路段及時間，對協(xié)調(diào)器設置不同的檢測與控制方式，能及時對路燈進行相應的控制并發(fā)現(xiàn)路燈損壞情況和它的具體位置，方便維修管理，實現(xiàn)按需節(jié)能，達到城市照明系統(tǒng)節(jié)能減排目標。        2.4 監(jiān)控中心

14、0;       監(jiān)控中心對整個城市的路燈進行整體監(jiān)控，將各路燈網(wǎng)絡協(xié)調(diào)控制器及路燈控制終端的電壓、電流、功率、各路燈處傳感器獲得的聲、光等信號進行匯集、分析，一方面以圖、表的形式提供給管理人員，為管理人員做出恰當?shù)臎Q策提供準確的依據(jù)，另一方面也可以根據(jù)控制要求自動作出決策，并通過通信網(wǎng)絡將決策指令發(fā)給路燈網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器。若工作異常，則立即自動報警。        2.5 監(jiān)控中心與區(qū)域協(xié)同控制器之間的通信連接   &#

15、160;    2.5.1GPRS 傳輸方案優(yōu)點        中國移動GPRS 系統(tǒng)可提供廣域的無線IP 連接。在移動通信公司的GPRS 業(yè)務平臺上構建網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)路燈的無線遠程監(jiān)測和控制具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡，縮短建設周期，降低建設成本的優(yōu)點，而且設備安裝方便、維護簡單。經(jīng)過比較分析，選擇中國移動的GPRS 系統(tǒng)作為環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。GPRS 路燈監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：可靠性高、實時性強、監(jiān)控范圍廣、系統(tǒng)建設成本低、系統(tǒng)運營成本低，可實現(xiàn)

16、集中控制、系統(tǒng)的傳輸容量、擴容性能好。        2.5.2通信原理        監(jiān)控中心與區(qū)域協(xié)同控制器之間考慮到距離的問題，我們采用GPRS網(wǎng)絡進行無線通信，從而達到遠程通信實時監(jiān)控的目的。        路燈區(qū)域協(xié)同控制器的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡空中借口進行遠距離無線編解碼傳輸，根據(jù)設定的IP地址，連接到相應的網(wǎng)絡接口處，最終將數(shù)據(jù)送達監(jiān)控中心。&

17、#160;       2.5.2 具體硬件實現(xiàn)        路燈區(qū)域協(xié)同控制器中嵌入相應的GPRS通信模塊，監(jiān)控中心各個協(xié)同器的相應的IP地址號，然后發(fā)送信令，通過GPRS網(wǎng)絡遠程傳輸?shù)较鄳腎P地址號上，區(qū)域協(xié)同控制器通過GPRS模塊接收信令并返回應答 。具體的是各個區(qū)域控制器終端設備上安裝特定的SIM卡，以便接收監(jiān)控中心的信息。        3 系統(tǒng)的軟件設

18、計        該系統(tǒng)軟件設計大體包含兩塊：（1）區(qū)域協(xié)同控制器端的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。（2）監(jiān)控中心的監(jiān)控管理軟件。區(qū)域控制器由采集數(shù)據(jù)和接收/發(fā)送控制命令， 參數(shù)設置等組成。主要任務就是完成系統(tǒng)初始化，對信息進行定時采樣，傳輸。        監(jiān)控中心主機界面是采用VC6.0編寫其功能完善， 人機界面良好。主要任務就是對終端數(shù)據(jù)進行處理分析，發(fā)送實時信令。        4 結束語