基于無線智能控制的城市路燈系統(tǒng)分析

周道強(qiáng)

【摘 要】提出城市路燈智能單燈控制系統(tǒng)的通信技術(shù)。包括監(jiān)控終端主機(jī)、ZigBee、電力載波 PLC、NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用。分析控制系統(tǒng)中的路燈監(jiān)控中心、區(qū)域路燈控制終端、路燈節(jié)點(diǎn)控制器等組成模塊。在階段我國的城市路燈照明正在朝著智能控制的方向發(fā)展，本文就城市路燈照明的智能控制系統(tǒng)存在的優(yōu)越性進(jìn)行了總結(jié)，并就城市路燈照明的智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成和應(yīng)用進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】城市路燈;無線智能;單燈控制系統(tǒng)

路燈的照明已經(jīng)成為體現(xiàn)城市化重要標(biāo)志之一，而城市路燈的無線智能控制系統(tǒng)的完善是體現(xiàn)城市步入現(xiàn)代化城市的重要標(biāo)志之一。城市的路燈照明已經(jīng)是城市居民生活中不可或缺的重要組成部分，不管是清晨還是夜間的出行都離不開路燈的照明。因此，近年來，人們通過將研究對(duì)象集中在路燈的照明控制上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的智能管理。此外，智能單燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅降低了路燈能耗，且實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈的智能化監(jiān)控，信息化程度大大提高，更加符合現(xiàn)代化城市的發(fā)展理念。

1 城市路燈智能單燈控制系統(tǒng)

1.1 控制系統(tǒng)的組成

智能單燈控制系統(tǒng)的實(shí)際作用就是實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過給路燈安裝監(jiān)控設(shè)備，然后利用通信技術(shù)將監(jiān)控信息傳輸至監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)路燈的照明狀況的管控。例如，在發(fā)現(xiàn)路燈的信息出現(xiàn)異常時(shí)，說明路燈出現(xiàn)了故障，這時(shí)再安排工作人員去對(duì)路燈進(jìn)行檢修，將大大提高路燈的維修效率。智能單燈控制系統(tǒng)的組成部分主要有三部分，分別是：路燈監(jiān)控中心、集中單元和控制單元。其中最為重要的部分的是路燈監(jiān)控中心，因?yàn)槁窡舻乃锌刂贫际怯杀O(jiān)控中心執(zhí)行的;集中單元負(fù)責(zé)通信任務(wù)，被安裝在路燈控制柜監(jiān)控點(diǎn);而控制單元?jiǎng)t負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)整理，被安裝在路燈里面便于收集數(shù)據(jù)。

1.2 智能單燈控制系統(tǒng)

城市路燈智能單燈控制系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)主要為層次式組織結(jié)構(gòu)，它具有層層相關(guān)的特點(diǎn)，次一級(jí)的系統(tǒng)員工的信息被上一級(jí)保存，此外，它的緊密協(xié)調(diào)性讓控制系統(tǒng)更加簡潔。對(duì)于采用層次式組織結(jié)構(gòu)的智能單燈控制系統(tǒng)來說，它主要包含了三部分，分別是：路燈監(jiān)控中心、區(qū)域路燈控制終端以及路燈節(jié)點(diǎn)控制器。單燈控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于路燈是被節(jié)點(diǎn)控制器所控制，這樣路燈的電壓就可以受節(jié)點(diǎn)控制而穩(wěn)定調(diào)節(jié);區(qū)域路燈控制終端是管理和控制單元，負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)區(qū)域的路燈;路燈監(jiān)控中心是智能單燈控制系統(tǒng)的管控中心，所有區(qū)域均是由監(jiān)控中心控制的。此外，GPRS 負(fù)責(zé)在區(qū)域之間負(fù)責(zé)通信，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域間的城市照明。

2 控制系統(tǒng)的通信技術(shù)

2.1 監(jiān)控終端主機(jī)

監(jiān)控終端主機(jī)主要負(fù)責(zé)監(jiān)控中心和節(jié)點(diǎn)控制器之間的通信，通信分為上行和下行，上行和下行的通信方式有所不同。并且，上行和下行的通信連接處均位于監(jiān)控終端主機(jī)。

對(duì)于上行的通信來說，主要是 GPRS 的通信方式;對(duì)于下行的通信來說，主要的通信方式有 ZigBee 通信技術(shù)、電力載波通信技術(shù)以及 NB-IoT 通信技術(shù)。此外，監(jiān)控終端主機(jī)還能夠收集路燈控制箱內(nèi)的數(shù)據(jù)，可以通過電腦遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的控制。

2.2 ZigBee

ZigBee通信技術(shù)是雙向無線的，其具有功耗低、成本低、容量大以及靈活等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有通信距離短、容易受到同頻無線電的影響、樹形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差以及容易受到天氣的影響等缺點(diǎn)。

2.3 電力載波 PLC

電力載波通信（Power Line Communication，PLC）技術(shù)媒介分為高壓、中壓以及低壓三個(gè)部分，它的優(yōu)點(diǎn)在于可以直接通過電力線傳輸數(shù)據(jù)或者語音，因此投資成本較小，回報(bào)率較高。同時(shí)也具有抗信號(hào)干擾能力弱以及通信成功率較低等缺點(diǎn)。

2.4 NB-IoT

NB-IoT 通信技術(shù)是一種新興通信技術(shù)，不僅能夠解決以往對(duì)單燈控制不及時(shí)、易受干擾等等問題，還具有覆蓋廣、速率低、成本低、能耗低以及架構(gòu)優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。NB-IoT 通信技術(shù)是目前各大運(yùn)營商的主流技術(shù)選擇，具有較高的穩(wěn)定性，節(jié)能效果明顯。

3 城市路燈智能單燈控制系統(tǒng)的主要組成部分

3.1 路燈監(jiān)控中心

路燈監(jiān)控中心作為整個(gè)智能控制系統(tǒng)的核心部位，其所需要使用的設(shè)備也是足夠多的，如打印機(jī)、交換機(jī)、計(jì)算機(jī)、收發(fā)器以及 GPS 時(shí)鐘等等。每個(gè)設(shè)備所承擔(dān)的角色也有所不同，如收發(fā)器的主要作用是負(fù)責(zé)通信，而標(biāo)準(zhǔn)天文時(shí)鐘的接收工作，則是由GPS時(shí)鐘負(fù)責(zé)。此外，路燈監(jiān)控中心的軟件配置主要兩部分組成，分別是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、路燈監(jiān)控管理應(yīng)用軟件包。不同的軟件有著不同的作用，如其中的地理信息系統(tǒng) GIS，它能夠增強(qiáng)監(jiān)控管理的可視化效果，在一定程度上體現(xiàn)了人與機(jī)器的相互作用。因此，只有這些設(shè)備和軟件配置之間相互協(xié)同，才能提供更加安全可靠的智能單燈控制系統(tǒng)。

3.2 區(qū)域路燈控制終端

區(qū)域路燈控制終端能夠?qū)⒙窡艄?jié)點(diǎn)控制器和監(jiān)控中心相連接，相當(dāng)于在路燈節(jié)點(diǎn)控制器和監(jiān)控中心之間架起一座橋梁。區(qū)域路燈控制終端主要由四部分組成，分別是通信模塊、機(jī)箱、電源模塊以及電量采集控制模塊。區(qū)域路燈控制終端負(fù)責(zé)一片區(qū)域內(nèi)的路燈節(jié)點(diǎn)控制器，同時(shí)也能夠?qū)ο鄳?yīng)的路燈變壓器進(jìn)行管理和監(jiān)控，這樣便能夠同時(shí)了解到路燈節(jié)點(diǎn)控制器和路燈的具體狀況。

此外，無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的存在，讓區(qū)域路燈之間的控制更為智能方便，并且，若某處路燈出現(xiàn)狀況，可以通過控制系統(tǒng)及時(shí)感知并安排工作人員維修，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈的智能管理，節(jié)能控制。

3.3 路燈節(jié)點(diǎn)控制器

路燈節(jié)點(diǎn)控制器能夠?qū)螣暨M(jìn)行監(jiān)控，是智能單燈控制系統(tǒng)中的基本組成部分。路燈節(jié)點(diǎn)控制器采用模塊式結(jié)構(gòu)，其主要的模塊有五類，分別是：控制模塊、通信模塊、電源模塊、規(guī)則庫模塊以及測量模塊。由于以往所使用的控制系統(tǒng)功能不夠完善，所以無法應(yīng)對(duì)不同環(huán)境、不同路面的照明控制，只能集中控制路燈，并且不能分區(qū)域進(jìn)行控制，因此無法滿足節(jié)能管理的目的。對(duì)于智能單燈控制系統(tǒng)來說，在每個(gè)路燈中均安裝上節(jié)點(diǎn)控制器，便能夠?qū)崿F(xiàn)單燈控制的目的，再結(jié)合區(qū)域路燈控制終端便能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)域控制路燈，節(jié)能效果顯著。再加上節(jié)點(diǎn)控制器智能自主的特性，這讓路燈節(jié)點(diǎn)控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)單燈監(jiān)控，同時(shí)還能夠采集環(huán)境信息。

節(jié)點(diǎn)控制器特有的特性能夠讓其在路燈控制系統(tǒng)中具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如路燈節(jié)點(diǎn)控制器具有良好的電壓調(diào)節(jié)能力，特別是在供電電壓不足的情況下，它的調(diào)節(jié)能力能夠快速穩(wěn)定電壓;并且，路燈節(jié)點(diǎn)控制器能夠感知路燈亮度，可以通過控制路燈來調(diào)節(jié)其亮度從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

此外，路燈節(jié)點(diǎn)控制器具有良好的故障檢測能力;對(duì)于一些路燈照明強(qiáng)度不夠時(shí)，還能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)鄰近路燈亮度實(shí)現(xiàn)亮度補(bǔ)充，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)城市路燈的智能管控。

4 結(jié)語

城市路燈智能單燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，它能夠有效加強(qiáng)對(duì)路燈的管理，節(jié)能效果顯著，智能化的管理大大降低了人力成本，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在更為方便管理路燈的同時(shí)也提高了經(jīng)濟(jì)效益。雖然城市路燈智能單燈控制系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣問題，但智能單燈控制系統(tǒng)獨(dú)有的優(yōu)勢必將成為今后城市路燈控制管理的發(fā)展方面，只有國家和企業(yè)重視對(duì)智能單燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用，才能促進(jìn)其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)我國現(xiàn)代化綠色照明工作的進(jìn)步。

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