基于3G信號傳輸?shù)牡缆泛途坝^照明無線控制系統(tǒng)研究

傅曉燕　等

摘要：文章所述系統(tǒng)通過WCDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，以解決信號線不能布線或布線代價(jià)大的應(yīng)用場合?？刂葡到y(tǒng)硬件采用ARM9，軟件采用Linux實(shí)現(xiàn)對資源的管理和控制。數(shù)據(jù)協(xié)議遵從標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP，將需要顯示的數(shù)據(jù)編碼后由主控端發(fā)送到各個(gè)接收子系統(tǒng)，并由子系統(tǒng)解碼主控端傳輸過來的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)景觀的遠(yuǎn)程式控制。

關(guān)鍵詞：3G信號傳輸；道路；景觀；照明無線控制系統(tǒng)；ARM-Linux；WCDMA 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）19-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.010

城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路上的路燈及各類照明景觀燈設(shè)施是與我們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的市政公共設(shè)施建設(shè)，它既關(guān)系到夜間道路交通安全和百姓生活方便，又承擔(dān)著美化城市，展示城市時(shí)代性魅力的重任。城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)照明的發(fā)展優(yōu)化了我國的人居環(huán)境要求，但同時(shí)給耗能、耗材、管理等方面帶來了昂貴代價(jià)。尤其在類似于高架橋梁、偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及部分樓宇的景觀控制中，有些控制的信號線不能敷設(shè)，因此信號的長距離無線傳輸在景觀照明控制系統(tǒng)中變得越來越重要?，F(xiàn)如今，3G通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，具備更快速、更完善、更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，更低的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行費(fèi)用也給照明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了可能。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理

整個(gè)控制系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程主控端和各個(gè)子系統(tǒng)（如圖1），通過3G通信網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)主從式星狀網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)為一個(gè)獨(dú)立的單體照明系統(tǒng)。按照系統(tǒng)功能模塊可分為以下四個(gè)部分：

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 遠(yuǎn)程主控端

遠(yuǎn)程主控端是整個(gè)景觀照明無線控制系統(tǒng)的信息中心，也是系統(tǒng)的控制中心，主要負(fù)責(zé)對所有子系統(tǒng)景觀照明數(shù)據(jù)協(xié)議編碼、子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，輸出數(shù)據(jù)接入無線互聯(lián)網(wǎng)。

1.2 3G網(wǎng)絡(luò)接入

3G網(wǎng)絡(luò)模塊是無線通信與有線通信的界面，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)景觀照明無線控制系統(tǒng)的信息通信的橋梁，即負(fù)責(zé)接收和傳送主控端發(fā)送的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)為有線信號傳輸模式，通過路由器接入各個(gè)控制系統(tǒng)。

圖2 遠(yuǎn)程主控端框架 圖3 3G網(wǎng)絡(luò)接入模塊

1.3 控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)采用ARM嵌入式平臺，通過嵌入式Linux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的資源管理和控制，以及對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼分配和實(shí)時(shí)傳輸。

1.4 數(shù)據(jù)協(xié)議輸出端口

根據(jù)所需要控制的景觀燈具的輸入數(shù)據(jù)界面模式，控制子系統(tǒng)可以提供多種的輸出數(shù)據(jù)模式，景觀照明用的界面主要有DMX512、SPI、DALI、0～10V D/A輸出協(xié)議。

圖4 控制子系統(tǒng) 圖5 輸出端口模式

2 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

子系統(tǒng)設(shè)計(jì)由軟件及硬件兩部分組成。本子系統(tǒng)硬件以三星公司S3C2440A嵌入式微處理器（ARM9處理核心，64M SDRA——64M Flash，100M網(wǎng)卡，linux開放操作平臺）、E1750通信模塊（2Mbps的上傳速度和7.22Mbps的下載速度，USB通用界面）和照明數(shù)據(jù)模塊組成為例，圖6為硬件結(jié)構(gòu)。

圖6 子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 圖7 子系統(tǒng)工作流程

軟件負(fù)責(zé)完成對照明效果的管理和控制，子系統(tǒng)軟件核心部分主要包括bootloader、操作系統(tǒng)、根文件系統(tǒng)和用戶程序。需要設(shè)計(jì)完成的主要工作包括：（1）Bootloader部分采用U-boot 1.1.6，主要負(fù)責(zé)初始化處理器及硬件設(shè)備，引導(dǎo)操作系統(tǒng)啟動；（2）操作系統(tǒng)采用Linux 2.6.22內(nèi)核，此內(nèi)核擁有良好的調(diào)度、中斷、內(nèi)存管理等性能以及支持各種根文件系統(tǒng)，具備良好的可移植性；（3）根文件系統(tǒng)使用YAFFS2；（4）編寫3G網(wǎng)絡(luò)的接入?yún)f(xié)議。驅(qū)動采用USB-ModeSwitch+libushb針對E1750進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了在ARM-Linux下驅(qū)動WCDMA模塊。輸出協(xié)議模塊驅(qū)動支持DM512協(xié)議，SPI串行數(shù)據(jù)協(xié)議，DALI協(xié)議，0～10V模擬輸出；（5）照明控制軟件設(shè)計(jì)。通過照明控制軟件完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的譯碼，重新編碼和傳輸?shù)娇刂茻艟摺?/p>

3 子系統(tǒng)工作流程

工作流程的關(guān)鍵點(diǎn)是數(shù)據(jù)的傳輸。遠(yuǎn)程子系統(tǒng)采用同步傳輸模式，即遠(yuǎn)程控制中心通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸要顯示的控制效果數(shù)據(jù)傳輸給子系統(tǒng)，子系統(tǒng)進(jìn)行邊接收邊進(jìn)行相應(yīng)解碼并以相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議發(fā)送出去，以實(shí)現(xiàn)景觀照明中場景效果的實(shí)現(xiàn)。

子系統(tǒng)流程如圖7所示。

4 發(fā)展前景分析

長距離的無線照明控制，其系統(tǒng)功能是“控制”，其系統(tǒng)特點(diǎn)是控制方式“無線”。眾所周知，傳統(tǒng)照明是手動、有線路的控制，不能達(dá)到隨心所欲的管理。如一盞燈出現(xiàn)問題，一整條線路有可能都受到影響，或者燈具的損壞無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成照明故障，這種現(xiàn)象一直困擾著照明管理者。而這種無線照明控制系統(tǒng)，由于采用3G無線傳輸技術(shù)，一方面在控制上面可以實(shí)現(xiàn)無線化，另一方面具備單燈控制，附帶電流、電壓、功率因數(shù)、功耗統(tǒng)計(jì)等功能，使照明管理更具人性化與智能化。景觀照明講究的是一座城市或一個(gè)區(qū)域的整體效果，包括道路綠帶亮化、游園綠地亮化、建筑物立面亮化、公共設(shè)施亮化、噴泉水池以及各種非公益性的廣告、字牌和店招等構(gòu)成，搭載了3G信號的無線傳輸，解決了有線傳輸?shù)木€路敷設(shè)困難，可實(shí)現(xiàn)“隨心所欲”的設(shè)計(jì)布局。另外，通過無線控制，使照明的效果更加多彩分層。

作為智能照明的一大特色，無線照明控制早在2005年就已經(jīng)開始被應(yīng)用在照明控制中，但由于種種技術(shù)和成本的限制，一直未能廣泛應(yīng)用。但是隨著通訊技術(shù)、智能手機(jī)等發(fā)展，無線照明控制得到大大改善。采用3G通訊網(wǎng)，在每個(gè)控制點(diǎn)配置一個(gè)無線控制器，選用模塊化、數(shù)字式的智能燈光控制模塊，在控制中心（總控室）配置集中監(jiān)控系統(tǒng)軟件，管理人員就可以通過手機(jī)或電子地圖界面控制和管理整個(gè)城市的景觀燈，實(shí)現(xiàn)智能化管理。無線照明控制系統(tǒng)是劃時(shí)代的智能技術(shù)，它把傳統(tǒng)的照明控制與無線結(jié)合起來，開創(chuàng)了一種新型的管理與節(jié)能，真正實(shí)現(xiàn)智能化照明。LED技術(shù)是21世紀(jì)以來發(fā)展最為迅速的照明技術(shù)，它節(jié)能、環(huán)保、穩(wěn)定、高效，已經(jīng)大量的運(yùn)用在商業(yè)照明、景觀照明等領(lǐng)域。而無線照明控制系統(tǒng)因?yàn)榻Y(jié)合了LED、通信、計(jì)算機(jī)、傳感器等技術(shù)，一方面保障正常的照明功能，另一方面兼具節(jié)能、環(huán)保、智能管理等，備受矚目。

5 結(jié)語

本文介紹了3G數(shù)據(jù)傳輸方式下的景觀照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，闡述了整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別介紹了子系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。使用3G網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP技術(shù)，遠(yuǎn)程控制中心通過發(fā)送相應(yīng)命令和編碼后的照明數(shù)據(jù)到各個(gè)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼并傳輸?shù)较鄳?yīng)的輸出數(shù)據(jù)接口，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的無線控制，其發(fā)展前景廣闊。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）