基于物聯(lián)網(wǎng)的城市照明無線監(jiān)控系統(tǒng)研究

蔣雪琴

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，智能化城市建設(shè)成為發(fā)展必然趨勢，無線照明技術(shù)為解決城市照明系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)管、系統(tǒng)維護(hù)等問題，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的城市照明無線監(jiān)控系統(tǒng)，以ZigBee作為主要技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)采集點(diǎn)設(shè)備組成。

關(guān)鍵詞：ZigBee；智能化；照明

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）15-337-01

物聯(lián)網(wǎng)的城市照明無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)路線，依賴于電力載波通訊組網(wǎng)， GSM短信控制，ZigBee技術(shù)，Z-STACK協(xié)議等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。能有效降低成本，克服載波通信不可換相缺點(diǎn)，保障無線通訊的可靠性。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，故障分析，發(fā)送短信到管理員手機(jī)上?？筛鶕?jù)不同類型的燈光控制要求，把城市路燈、景觀燈和裝飾燈分成多個(gè)監(jiān)控區(qū)，設(shè)置不同的節(jié)能監(jiān)控方案，實(shí)現(xiàn)公共照明的智能化運(yùn)行。本系統(tǒng)的研究重點(diǎn)是整體解決方案，在提出有效的整體解決方案的基礎(chǔ)上，基于校內(nèi)樓宇照明系統(tǒng)搭建試驗(yàn)原型，驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。

一、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)用于采集城市特定區(qū)域的光信號，并按指定策略控制相應(yīng)照明設(shè)施動作。系統(tǒng)由監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)采集點(diǎn)組成，通過三層交媾智慧系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。其硬件組成包括燈組、光強(qiáng)采集節(jié)點(diǎn)、燈控制節(jié)點(diǎn)、ZiggBee-Wifi網(wǎng)關(guān)等硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，將硬件系統(tǒng)編寫相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)控制，需要網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺作為傳輸保障，運(yùn)行數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的采集服務(wù)軟件，運(yùn)行PC上的Web軟件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示，將路燈節(jié)點(diǎn)設(shè)置路由器，各街頭設(shè)置協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，將協(xié)議植入各節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息傳送到路由器，路由器通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)再繼續(xù)上傳信號到PC機(jī)，再到監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)路燈智能控制。

二、系統(tǒng)功能

（1）節(jié)點(diǎn)添加、編輯、刪除功能；節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)增加和減少，并不能影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（2）節(jié)點(diǎn)的管理通過GIS電子地圖，直觀顯示和查找，某區(qū)域可以任意放大和縮小，終端設(shè)備可以查詢、標(biāo)識、記錄等。

（3）節(jié)點(diǎn)的分級管理，管理中心可以對所有設(shè)備進(jìn)行分區(qū)域管理。

（4）節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)控功能，管理中心可以查詢設(shè)備的工作情況，了解設(shè)備的運(yùn)行情況，能遠(yuǎn)程維護(hù)和升級設(shè)備。

（5）數(shù)據(jù)分析功能：能提供有效的專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，實(shí)時(shí)預(yù)警和報(bào)警。

三、可行性分析

關(guān)鍵技術(shù)：

數(shù)據(jù)采集技術(shù)：基于Cortex M3、TI CC2431的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)設(shè)備應(yīng)滿足多任務(wù)處理需求及低功耗設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)、控制等多種功能、保證有效降低成本。

節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)技術(shù)：采用Mesh組網(wǎng)技術(shù)，基于ARM11構(gòu)建WSN網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，利用自主開發(fā)的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)動態(tài)組網(wǎng)，保證高可靠性、高穩(wěn)定性需求。

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：整個(gè)系統(tǒng)需提供多種工作模式，如Internet、WiFi、3G或GPRS等，保證各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)設(shè)備能實(shí)時(shí)、有效、可靠接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)設(shè)備、WSN網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確同步。

數(shù)據(jù)采集點(diǎn)設(shè)備供電技術(shù)：為達(dá)到節(jié)能、降耗的目的，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)最好能保證不增加城市照明的額外功耗，采用太陽能供電+市電供電是保證在節(jié)能的同時(shí)提高可靠性的有效方式，因此應(yīng)采用MPPT算法開發(fā)高性能、長壽命太陽能電池組件，滿足數(shù)據(jù)采集點(diǎn)供電需求。

數(shù)據(jù)處理技術(shù)：應(yīng)開發(fā)基于GIS及大型數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控中心軟件，提供智能分析及人性化交互功能，保證能對整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。此處的關(guān)鍵技術(shù)包括GIS技術(shù)、專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

可行性分析：作為物聯(lián)網(wǎng)的載體之一，本項(xiàng)目涉及了無限傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件技術(shù)等多門學(xué)科，需要多領(lǐng)域技術(shù)人才才能完成。項(xiàng)目組通過與電子科技大學(xué)、重慶四聯(lián)光電技術(shù)有限公司、成都道惟爾科技有限公司的緊密合作，在物聯(lián)網(wǎng)的多項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)上取得了一定成果，已具備開發(fā)基于ARM9系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、基于TI公司ZIGBEE技術(shù)方案的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接入通訊基干網(wǎng)的通訊協(xié)議等技術(shù)水平，并推出了一定的實(shí)用型產(chǎn)品，在業(yè)界具有領(lǐng)先技術(shù)水平。

學(xué)院已建有嵌入式實(shí)訓(xùn)室，具備了網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)開發(fā)條件。新建的智能電子實(shí)驗(yàn)室則以面向物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和科研為目標(biāo)，在投入使用后，能為本系統(tǒng)提供足夠的實(shí)驗(yàn)條件保障。該系統(tǒng)全面培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、部署調(diào)試、運(yùn)行管理、應(yīng)用開發(fā)等方面的關(guān)鍵技能和職業(yè)素養(yǎng)。

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