基于ZigBee+GPRS物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的LED智能照明管理系統(tǒng)的研究

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)日益成熟，逐漸應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域之中，影響著社會(huì)生活的方方面面。本文在分析了我國(guó)照明管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)述了LED智能照明管理的業(yè)務(wù)流程、ZigBee+GPRS的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、ZigBee+GPRS的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)軟硬件配置，并對(duì)ZigBee+GPRS在LED智能照明管理平臺(tái)上的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行研究，讓科學(xué)技術(shù)為社會(huì)發(fā)展服務(wù)，為人民生活服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；LED智能照明；照明管理系統(tǒng)

1、國(guó)內(nèi)ZigBee+GPRS技術(shù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的路燈控制使用的是有線技術(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大、可靠性不高、資源消耗高都使得這種技術(shù)難以得到持續(xù)的發(fā)展，終究會(huì)被社會(huì)淘汰。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)靈活度差、控制精度差，難以實(shí)現(xiàn)高效智能控制。如今發(fā)展起來(lái)的新型無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，能夠很完美的解決這一問(wèn)題。

目前使用的無(wú)線智能控制中，ZigBee以其低功耗、低成本、低復(fù)雜度的優(yōu)勢(shì)被廣泛使用。然而，ZigBee發(fā)展時(shí)間短，技術(shù)很不夠成熟，導(dǎo)致還存在不少使用缺陷和技術(shù)問(wèn)題。理論網(wǎng)絡(luò)容量巨大，但受技術(shù)水平的限制實(shí)際能夠利用的只有幾百個(gè)。為了解決網(wǎng)絡(luò)容量和網(wǎng)絡(luò)深度的技術(shù)問(wèn)題，上層技術(shù)應(yīng)該結(jié)合使用GPRS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市交通照明的大范圍監(jiān)視和智能化控制。

2、LED智能照明管理業(yè)務(wù)流程

LED智能照明管理的業(yè)務(wù)流程主要分為以下幾點(diǎn)：

第一，服務(wù)場(chǎng)景，包括公路、廣場(chǎng)、園林不同的場(chǎng)景中使用不同的情景模式來(lái)控制路燈。

第二，控制單元，包括遙控、遙測(cè)、遙信、遙調(diào)。其中，遙控是由計(jì)算機(jī)監(jiān)控和統(tǒng)一管理，根據(jù)不同的時(shí)間點(diǎn)和光照強(qiáng)度進(jìn)行路燈照明管理開關(guān)。遙測(cè)對(duì)路燈電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行周期、隨機(jī)檢測(cè)。遙信獲取路燈的狀態(tài)和控制開關(guān)狀態(tài)。遙調(diào)實(shí)現(xiàn)與配電柜和單燈的調(diào)壓、節(jié)能設(shè)備對(duì)接。

第三，分組功能，其功能包括節(jié)點(diǎn)任意分組，分別采用時(shí)控、光控、工作日、節(jié)假日、重大節(jié)日多套控制方案。

第四，故障告警。采用聲光、語(yǔ)音和短信多種形式報(bào)警。

第五，GPS授時(shí)功能，通過(guò)采用衛(wèi)星GPS系統(tǒng)，確保監(jiān)控中心、燈光節(jié)點(diǎn)控制器、單燈控制器時(shí)間精準(zhǔn)。

3、ZigBee+GPRS的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

ZigBee+GPRS的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為以下幾種：

第一，局域網(wǎng)。是指在某一區(qū)域內(nèi)由多臺(tái)計(jì)算機(jī)互聯(lián)成的計(jì)算機(jī)組。在照明管理系統(tǒng)中，智能路燈管理軟件的WEB服務(wù)器與工作人員一般都處于同一個(gè)局域網(wǎng)中。

第二，以太網(wǎng)。屬網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議，通常在OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層操作，傳輸介質(zhì)采用雙絞線或是光纖。在照明管理系統(tǒng)中，工作人員的網(wǎng)絡(luò)主是以一個(gè)以太網(wǎng)的方式存在。

第三，英特網(wǎng)。在照明管理系統(tǒng)中，英特網(wǎng)主要是外圍有權(quán)限的操作員（外線維修員）及連接智能硬件GPRS網(wǎng)絡(luò)。

第四，GPRS網(wǎng)。通過(guò)利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞，以達(dá)到無(wú)線控制路燈集中控制器的目的。

第五，ZigBee區(qū)域網(wǎng)。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。他有效節(jié)省大規(guī)模部署路燈的GPRS 模塊的成本，使一個(gè)區(qū)域的路燈在個(gè)區(qū)域的集中器的集中操作。

4、ZigBee+GPRS網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件配置

在基于Zig Bee/GPRS/互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)被分成主干網(wǎng)和二級(jí)子網(wǎng)兩層，主干網(wǎng)運(yùn)行的是TCP/IP協(xié)議，通過(guò)GPRS連接；二級(jí)子網(wǎng)運(yùn)行ZigBee協(xié)議。兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)分別使用不同協(xié)議，需要網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)完成協(xié)議的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)的透明傳輸。

Zigbee與GPRS網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)GPRS接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)Zigbee模塊和所轄線路的單燈控制器相連，收集單燈控制器上傳的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并下傳控制信令。另外，經(jīng)由GPRS模塊將收集到的數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進(jìn)行相應(yīng)處理。

5、ZigBee+GPRS在LED智能照明管理平臺(tái)上運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

ZigBee+GPRS在LED智能照明管理平臺(tái)上運(yùn)用優(yōu)勢(shì)明顯，主要有以下五點(diǎn)：

第一，ZigBee屬于近距離無(wú)線通訊技術(shù)，而GPRS屬于長(zhǎng)距離傳輸模式，這種遠(yuǎn)近距離優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的、長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸，又能保證在小范圍內(nèi)形成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，保證傳輸質(zhì)量、降低傳輸成本。達(dá)到整個(gè)城市的路燈信息監(jiān)控，為L(zhǎng)ED智能照明管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息傳輸路徑。

第二，軟硬件結(jié)合使用，降低成本，可行性強(qiáng)。同時(shí)使用Zigbee與GPRS兩套傳輸網(wǎng)絡(luò)和兩套傳輸協(xié)議，保證數(shù)據(jù)透明傳輸。硬件作為軟件的運(yùn)行基礎(chǔ)，軟件作為硬件的運(yùn)行指令，軟件分層結(jié)構(gòu)，使用 應(yīng)用程序，保證軟件實(shí)時(shí)、高效運(yùn)行。

第三，GPRS的實(shí)時(shí)在線性，能夠讓整個(gè)系統(tǒng)順利、高效、有序進(jìn)行，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞也能保證數(shù)據(jù)延時(shí)時(shí)間短，傳輸效率高，傳輸質(zhì)量有保證。

第四，GPRS頻分復(fù)用機(jī)制，讓遠(yuǎn)距離傳輸變得更加可靠，其抗干擾能力也很強(qiáng)。ZigBee 技術(shù)則采用碰撞避免機(jī)制，丟包率極低、容錯(cuò)性能強(qiáng)大。這兩者的完美結(jié)合，讓整個(gè)系統(tǒng)的信息收集和數(shù)據(jù)傳遞的可靠性顯著提升。

第五，兩層通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)讓找米國(guó)管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率大，基本覆蓋了所有網(wǎng)絡(luò)。小范圍的照明管理使用ZigBee結(jié)構(gòu)，成本低、復(fù)雜度低、保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。針對(duì)大范圍照明管理系統(tǒng)，加入GPRS上層連接，增大網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，頂端以GPRS連接傳輸，底部使用ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)，既保證大范圍信息傳遞，又提升小范圍的傳輸精度，兩層通訊優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為照明管理系統(tǒng)提供了可靠的傳輸模式。

綜上所述，ZigBee與GPRS的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將LED照明管理系統(tǒng)引入到了一個(gè)新的技術(shù)層面，智能化程度高、自動(dòng)化趨勢(shì)明顯。LED智能照明系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)必將是集可靠性、經(jīng)濟(jì)性、功能性于一身的現(xiàn)代智能控制模式。為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)的現(xiàn)代化進(jìn)程，需要相關(guān)技術(shù)人員深入探究、研究實(shí)踐，不斷發(fā)展進(jìn)步。ZigBee+GPRS物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的LED智能照明管理系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、利用率高、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)具有高精度和低丟包率，又在經(jīng)濟(jì)性上優(yōu)勢(shì)顯著，使得ZigBee+GPRS物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，發(fā)展空間和應(yīng)用潛力巨大，滿足了智能化、節(jié)約化的社會(huì)需求，也促進(jìn)了LED智能照明技術(shù)的快速發(fā)展，并推動(dòng)了向智能化交通、智能化城市、智能化社會(huì)方向前進(jìn)，科技的發(fā)展讓生活更美好。

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