勤上光電基于ZigBee+GPRS的LED路燈遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù)；GPRS技術(shù)；節(jié)能；無線監(jiān)控系統(tǒng)


引言

 使電力耗費成為負擔(dān)。在大部分城市，零點以后道路上幾乎空無一人，在低交通流量的道路上仍然保持較高亮度顯然是沒有必要的；對路燈的亮度進行調(diào)節(jié)尤為重要，對減少用電量是十分必要的。

    因此，“基于ZigBee+GPRS的LED路燈遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)”就是在這樣的背景下產(chǎn)生的，它具有自動化程序高、運行可靠、高效節(jié)能、便于控制、準(zhǔn)確定位、維護方便等顯著特點；節(jié)能系統(tǒng)和自動化監(jiān)控系統(tǒng)的啟用為城市的照明建設(shè)和管理構(gòu)筑起一個新的平臺。本文將重點針對“基于ZigBee+GPRS的LED路燈遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)”的通信方式選取實現(xiàn)、系統(tǒng)簡介、運行實效分析等進行詳細說明。以填補國內(nèi)在LED節(jié)能環(huán)保、路燈現(xiàn)場控制和通信定位等方面的空白。


1 通信方式選取實現(xiàn)

 在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中主要采用GSM短消息通訊、GPRS分組無線業(yè)務(wù)等無線通訊方式，下面就分別簡單介紹一下各自的優(yōu)缺點。

a) 利用短消息技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)具有傳輸快捷、出錯率低、價格低廉等優(yōu)點。但同時它也有不足之處，它的傳輸存在不同程度的延遲，特別是節(jié)假日等短信高峰時期，而且在頻繁傳輸大量數(shù)據(jù)的情況下，它的價格優(yōu)勢就不復(fù)存在了。

b) GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的英文簡稱，GPRS適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。但是，GPRS模塊的價格較高，如果在每盞路燈上都綁定一個GPRS模塊，勢必會增加大量成本。同時，每個GPRS模塊連接到移動GPRS網(wǎng)絡(luò)都需要至少數(shù)十秒時間，對監(jiān)控數(shù)據(jù)的及時性產(chǎn)生了很大影響。

c) ZigBee是較近幾年發(fā)展起來的一種低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)。它采用小范圍自組網(wǎng)的方式，不受其他網(wǎng)絡(luò)的限制，并且使用的ISM（工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)）頻帶，不需許可即可使用。ZigBee技術(shù)采用DSSS擴頻技術(shù)，抗干擾能力強。

綜合以上ZigBee和GPRS技術(shù)的特點，這兩種技術(shù)的結(jié)合正適合于新式路燈監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用。


2 系統(tǒng)簡介

 該系統(tǒng)主要由無線終端、現(xiàn)場控制器和監(jiān)控中心軟件構(gòu)成。

a) 系統(tǒng)方案圖

b) 無線終端

無線終端由ZigBee模塊、天線和控制電路等組成。它是路燈監(jiān)控系統(tǒng)中控制功能的執(zhí)行部分，同時也完成了檢測功能中信號采集等工作。通過ZigBee模塊自身組建的網(wǎng)絡(luò)，無線終端可以接受現(xiàn)場控制器發(fā)出的命令以及與現(xiàn)場控制器進行數(shù)據(jù)交換。

c) 現(xiàn)場控制器

現(xiàn)場控制器由ARM單片機、ZigBee模塊、GPRS模塊、天線、鍵盤和LCD顯示屏等組成，它基于uc/osII操作系統(tǒng)，運行起來穩(wěn)定、可靠。

其中，ZigBee模塊負責(zé)與該路段中所有路燈上的無線終端進行信息傳遞，將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給ARM的單片機進行處理，或者將來自ARM單片機的數(shù)據(jù)無線發(fā)送給其他所有的無線終端或某個無線終端，這樣就實現(xiàn)了對路燈的檢測和控制。ARM的單片機會對這些檢測和控制數(shù)據(jù)處理并通過LCD屏顯示出來，起到了人機交互的作用。GPRS模塊負責(zé)現(xiàn)場控制器與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。

現(xiàn)場控制器可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間周期將接收自無線終端的各種狀態(tài)及檢測數(shù)據(jù)主動上報給監(jiān)控中心。當(dāng)現(xiàn)場控制器檢測到某盞路燈有突發(fā)故障（如供停電、電流值不正常等）出現(xiàn)時同樣以主動上報方式將故障信息上報給監(jiān)控中心。

d) 監(jiān)控中心軟件

①監(jiān)控中心通過GPRS公網(wǎng)連接到分部在各條道路的現(xiàn)場控制器，對現(xiàn)場控制器發(fā)送檢測和控制命令，也能對現(xiàn)場控制器上報的數(shù)據(jù)進行分析、分類、整理并報出相應(yīng)信息。

②監(jiān)控中心軟件可以根據(jù)經(jīng)緯度計算出某地每一天的日出日落時間，根據(jù)這些時間設(shè)定現(xiàn)場控制器在不同時段對路燈實施自動開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)。

③監(jiān)控中心軟件采用數(shù)據(jù)庫相關(guān)技術(shù)，保存有每一盞安裝了此系統(tǒng)的路燈的完整信息，任何時候都可以對這些信息進行統(tǒng)計和分析。

④監(jiān)控中心軟件具有生成曲線報表功能，對每一盞路燈的溫度、電流等信息在某一個特定的時間范圍內(nèi)進行統(tǒng)計。

⑤監(jiān)控中心軟件可以實施主動報警，一旦某盞路燈出現(xiàn)故障，即使在工作人員沒有注意的情況下，它也能主動對數(shù)據(jù)進行分析并提醒管理監(jiān)控中心軟件的路燈管理人員。


3 運行實效分析

a)系統(tǒng)運行以來，我們對LED路燈未安裝系統(tǒng)和已安裝系統(tǒng)的用電量進行了對比分析，下面以某城區(qū)主干道的1000盞LED路燈為例：

注：①已安裝系統(tǒng)的時間為12小時，分別是：18:00 – 24:00期間路燈亮度為100%，24:00 – 03:00期間路燈亮度為30%，03:00 – 06:00期間。路燈亮度為50%；

      ②電費以1.2元/度計算；

      ③人員費用為每人2000/月，共2人；

      ④巡查車油費、折舊費：800元/月；

b)綜上所述，未安裝系統(tǒng)每年的費用為1,336,320元，已安裝系統(tǒng)每年的費用為834,480元，節(jié)省1,336,320 – 834,480 = 501,840元，而系統(tǒng)中平均每盞路燈需要增加的成本僅為100～200元。如果1000盞LED路燈都安裝了此系統(tǒng)，每年在道路方面的投入將節(jié)省50萬元。

4 結(jié)論

該“基于ZigBee+GPRS的LED路燈遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)“使用費用低、實用性強、運行可靠、便于控制和易于安裝維護等優(yōu)點，能夠解決道路照明能耗高及難以維護和管理的問題，在節(jié)能和路燈管理自動化方面起到了十分明顯效果。

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