无线路灯控制系统.docx
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无线路灯控制系统
无线路灯监控系统
亿道电子技术有限公司
目录
一、亿道简介3
二、项目背景3
三、系统简介3
四、系统结构4
1、ZIGBEE路灯监控器5
2、子网监控器5
3、系统中心5
五、监控中心软件5
六、系统特点6
（1）节省成本：
6
（2）管理便捷：
6
（3） 灵活监控：
6
（4）自动控制：
6
（5） 安全可靠：
6
七、ZigBee简介7
八、GPRS简介7
九、系统软硬件配置8
十、总结11
一、亿道简介
亿道电子成立于2002年,总部位于深圳,在上海，北京，香港、成都、武汉拥有分支机构。
在全体亿道人的共同努力下,现已成为中国最全面的嵌入式开发工具、嵌入式平台、方案和嵌入式技术提供商，是Microsoft、Altium、ARM、TI、Intel等的中国区战略合作伙伴。
形成了覆盖中国、东南亚、北美的营销、服务网络，客户群涉及高校、科研院所、通讯、工控、医疗、消费电子、军方、航空、航天等众多领域。
依托公司在嵌入式等方面强大的科研实力，2010年在上海成立物联网研发中心，成为我国最早最有实力的物联网企业之一，公司致力于根据客户的需求为广大客户提供个性化的物联网解决方案。
二、项目背景
随着经济的发展，城市建设的不断提升，城市的路灯照明系统规模不断扩大，路灯耗能越来越多，在当今能源异常紧张的时代，如何节约电能、提高各城市的路灯管理水平，已经成为当下十分紧迫的社会课题。
目前，各大城市的路灯利用率普遍不高。
路灯电费和管理费用是政府的一项巨大支出。
传统的路灯节能系统存在着智能化程度低、通讯稳定程度差、路面照亮缝补不均等问题。
寻找一种在社会效益、经济效益上均显著的管理监控系统是城市道路照明的紧迫而必要的发展方向。
三、系统简介
本系统采用ZigBee和GPRS无线网络两层网络。
路由节点安装在路灯灯杆上，控制路灯节能和为其他节点无线节点的信息中继的作用，每100-200杆路灯形成一个子网，通过子网监控器采用GPRS与系统中心联网。
可以实现根据光照情况对照明系统和路灯的实时监控和管理，确保高效稳定，全天候运行，监控不必要的“全夜灯照明”，有效节约电能消耗。
实现能源节约、减少资源浪费、降低费用的目的。
四、系统结构
无线路灯监控系统由一个系统中心（计算机管理系统＋以太网/GPRS/串行口），若干子网监控器（GPRS数传终端 + ZIGBEE子网协调器），每个子网下有若干个ZIGBEE路灯监控器组成无线监控网络。
1、ZIGBEE路灯监控器
控制路灯开关（最多可单独控制9路灯）、亮度调节、电流采集、温度采集、开关状态采集、灯杆倾斜检测、损坏、被盗等。
2、子网监控器
接收和发送子网内的所有路灯控制信号、数据记录、报警处理等。
子网监控器处于系统中心和各子网内路灯监控器的中间，向上通过GPRS或者485、RS232等方式同系统中心通信，向下则是通过ZigBee通讯协议方式，同各个路灯监控器通信。
3、系统中心
通过系统监控管理系统对不同子网下的路灯监控器进行远程数据访问和监控，包括参数配置，监控命令发送、现场灯具状态收集及管理等。
五、监控中心软件
1、监控中心通过GPRS公网连接到分部在各条道路的现场控制器，对现场控制器发送检测和控制命令，也能对现场控制器上报的数据进行分析、分类、整理并报出相应信息。
2、监控中心软件可以根据经纬度计算出某地每一天的日出日落时间，根据这些时间设定现场控制器在不同时段对路灯实施自动开关和亮度调节。
3、监控中心软件采用数据库相关技术，保持有每一盏路灯的完整信息，任何时候都可以对这些信息进行统计和分析。
4、监控中心软件具有生产曲线报表功能，对每一盏路灯的温度、电流等信息在某一个特定的时间范围内进行统计。
5、监控中心可以设置根据光照传感器传回的光照信息数据自动控制路灯。
6、监控中心软件可以实施主动报警，一旦某盏路灯出现故障，即使在工作人员没有注意的情况下，它也能主动对数据进行分析并提醒管理监控中心软件的路灯管理人员。
六、系统特点
（1）节省成本：
安装施工简易快捷，无需铺设专线, 模块化安装，可以系统自动检测生成故障报表。
每个路灯只需要一个路灯监控器，每200个路灯配备一台子网监控器，节省了GPRS流量。
（2）管理便捷：
每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电；可对用电设备进行分区、分线路管理。
（3） 灵活监控：
通过监控灯具的开/关和亮度，从而可以显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。
在后半夜车稀人少时，则监控路灯保持较低照度的照明，这样做主要优点就是在调光的同时，也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命。
（4）自动控制：
根据天气情况和实际光的照度，自动监控灯具的开/关和灯具的亮度，来自动以最佳的亮度打开路灯，提高公众满意度，在灾害天气使路灯更人性化。
（5） 安全可靠：
通过系统中心设置，防止非授权人操作，确保系统监控安全可靠。
依据采集数据情况，可判断终端设备运行状态情况。
所有运行参数（自动通断电时间，区域划分）可在管理终端随时设置，随时启用，管理方便。
七、ZigBee简介
ZIGBEE技术是IEEE（美国电子和电气工程师协会）研发的新一代无线通讯技术。
可应用在固定、便携或移动设备上的，低成本、低功耗的低速率无线连接技术；2001年8月，美国HONEYWELL等公司发起成立了ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE802．15．4标准；现联盟内有众多的成员企业。
ZIGBEE技术现已被非常的应用，诸多的芯片厂家，如TI,三星，飞利浦等等，都生产出了与该协议技术兼容的芯片，并被大量的应用。
ZIGBEE属于微波段2.4GHZ频率，可实现远距离（0~1000米）传送给路由器；一般有3部分组成：
ZIGBEE传感器标签、ZIGBEE路由器、ZIGBEE协调器组成，需外接2.4~3.7V的电源，当标签检测到现场的数据后，通过电磁波的传导，远距离的无线传输给路由器，路由器在已同样的原理传输给协调器，协调器一方面可以将数据通过串口传送给电脑，以供系统分析控制，一方面可以通过内置的单片系统处理、分析、控制所接受的数据。
整个传输过程均通过无线传输，传送速率在250K/s,且在传送过程中对数据的加密保护，实现了快速、安全的现场数据采集。
ZIGBEE在无线传输的过程中，可以自动的实现自组网、多跳、就进识别的功能，当现场的单个路由出现问题时，其他路由会自动的寻找其他的线路，不会耽误系统的运行；
八、GPRS简介
GPRS是通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService）的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。
GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。
这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统（BSS）从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。
GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。
从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。
特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
九、系统软硬件配置
硬件设备配置方案：
名称
说明
节点WSN-ANTc30（2430）
EMOS基本节点
采用TinyOS2操作系统，可构建实时传感器网络
节点WSN-ANTc91（2430+2591）
EMOS增强型节点
采用TinyOS2操作系统，可构建实时传感器网络
仿真器WSN-AEM
EMOS仿真设备
用于程序下载，在线调试，仿真
SINK节点
EMOS手持式数据测试平台
提供WindowsCE/Linux系统，支持以网络拓扑、数据、曲线等方式显示传感器各节点的数据
在线烧录器WSN-AOP
EMOS专用烧录设备
支持在线烧录节点程序，无需插拔式编程
网络分析仪WSN-ASNF
EMOS网络数据分析设备
可以捕获网络中的所有数据包，进行网络数据分析
传感器模块
EMOS传感器
统一接口设计，根据需要多种配置
应用软件光盘
内容包含：
开发环境、源代码、实验教学体系、应用DEMO、开发工具、EMOS配置系统等
软件配置方案：
名称
说明
应用决策层信息系统
后台管理软件，由数据采集接口、数据处理接口、数据报表系统、实施监控系统、信息发布系统、决策发布系统、流程监控系统、分析系统等组成
TinyOS2
WSN专用操作系统，组件式软件机构，事件驱动多线程机制，硬件抽象层，含Atosenet网络协议，高速路由，低功耗控制。
Z-Stack
完整支持Zigbee所有协议，通用API接口，便捷的应用程序开发。
EMosenet控制台
WSN数据采集分析软件，兼容TinyOS和Z-Stack两种数据模式。
支持数据自动上传SQL服务器，节点地图信息显示，网络拓扑信息显示，历史数据显示/统计/绘图分析，报警设置，自定义解析插件等功能。
EMosEX控制台
嵌入式平台数据采集分析软件，运行于可移动平台。
支持采集节点数据，历史数据显示/统计/绘图，自动将数据上传至远端服务器，进行网络参数配置等。
EMServer服务器
中央服务器软件，包含大型数据库管理软件。
支持WebService接口，支持WEB浏览器访问，支持多地域数据存储。
EMosMobile客户端
运行于手机客户端，支持无线连接至中央数据库，并即时获取相应的数据，完全兼容所有支持J2ME的手机。
可以显示即时数据信息，获取历史数据信息，并进行数据分析统计，自动接收应用系统的报警信息等。
EMSniffer网络分析工具
基于网络分析设备，可以截取网络中的所有射频数据信息，进行数据分析，诊断网络问题。
EMosAgent协议分析框架
基于TINYOS的协议分析框架，通过OSAgent，用户即可在真实硬件平台和现实环境中，分析现场网络中各网络协议的真实性能，进而帮助用户更好的分析和改进协议。
EMOS配置系统
完善的配置IDE，利用它可以实现整个解决方案的配置，包含传感器、网络、数据存储、数据显示等
软硬件参数说明：
节点板
硬件配置
微处理器
CC2430（SoC设计，工业标准增强型，128KbyteFlashAD10bit1Ch）
2.4GHz（IEEE802.15.4）
传送速率
最大250Kbps
传输通道
16个可选频段
传输距离
0-100m可调（增强型节点可在0-800m可调）
超低功耗
睡眠：
0.6-0.9uA
电源
1.5vAA2
传感器
模块搭配温度，湿度，光及多种传感器
软件配置
TinyOS
开源操作系统，组件式、事件驱动
Z-STACK
TI标准ZIGBEE协议实现
网络协议
兼容XMesh网状协议和ZigBee标准协议，支持Z-MAC（集成CSMA、TDMA机制）、X-MAC等，可实现1000+节点自组网
低功耗协议
实现UltraLowPower，电池使用最大化
安全传输
AES、XXTEA等可选加密方式，实现安全传输
开发环境
NesC编译器、IAR编译器
工具
Atosenet控制台程序、ATOS配置系统工具
仿真板
硬件配置
微处理器
C8501F320（全速USB2.0接口；16KbyteFlash）
节点插座
支持节点模块热插拔，通过标准接口与节点连接
调试接口
网关调试接口，可在线调试节点程序
RS232接口
支持标准RS232接口，速率9600bps~115200bps可选
USB接口
USB2.0Fullspeed
LED调试
3个LED调试信号灯
电源
USB口5V供电/外接5V电源/2.7-3.3V电池供电
软件配置
工具
ISP在线下载工具
IAR在线调试工具
KEIL在线调试工具
网络分析仪
硬件配置
微处理器
CC2430Embedded,128KbyteFlash
USB接口
USB2.0Fullspeed，分析仪接口，传输捕获的数据
软件配置
工具
网络数据抓包及分析工具
在线烧录器
硬件配置
微处理器
C8051F320（全速USB2.0接口；16KbyteFlash）
USB-B接口
烧录器接口，供电及USB通讯
Mini-USB接口
连接节点，可以在线烧录程序
软件配置
工具
ISP在线下载工具
网关（基本型）
硬件配置
处理器
STM32103（RAM：
96KB，FLASH：
1MB）
工业接口
CAN，RS232，RS485
网络接口（可选）
10Mbps网卡
USB接口
供电及USB通讯
GSM模块（可选）
GPRS网络
GPS模块（可选）
软件配置
操作系统
Uc/OS2,FreeRTOS,TRON
应用软件
ISP在线下载工具
网络配置工具
数据采集软件
网络诊断工具
网关（增加型）
硬件配置
处理器
PXA270（520MHz）
LCD
5．6寸LCD屏，分辨率:
640x480，真彩色，LED背光，带四线电阻触摸屏
接口
按键，LED，USBhost/Client接口，以太网，串口，GPS，SD卡座，CF卡座，电池管理等。
蓝牙接口（可选）
BlueTooth2.0接口
WIFI（可选）
IEEE802.11a/b
GSM模块（可选）
GPRS网络
3G模块（可选）
TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000
软件配置
操作系统
Linux2.6,WindowsCE6.0
应用软件
ISP在线下载工具
网络配置工具
数据采集软件
网络诊断工具
十、总结
本系统通过采用ZigBee技术和GPRS技术共同组网的方式实现了对路灯远程无线的智能控制，有利于科学利用路灯、节约能源、降低财政支持，对提升城市形象和美誉度将起到积极作用。
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