智能路燈控制系統(tǒng)發(fā)展淺析

1、智能路燈控制系統(tǒng)發(fā)展淺析一、照明控制系統(tǒng)發(fā)展歷程        光作為絕大多數(shù)生物的基礎(chǔ)需求，已經(jīng)歷漫長的發(fā)展過程，從自然界取火、蠟燭、煤油燈、白熾燈、節(jié)能燈，到如今LED光源的使用，人類對(duì)光的需求越來越多樣化。傳統(tǒng)的照明控制主要針對(duì)光強(qiáng)和光分布進(jìn)行控制，達(dá)到舒適或節(jié)能的目的，照明控制方法主要經(jīng)歷了四個(gè)階段：        第一，分組控制。目前廣泛使用的控制方法，通過線束的方式，將若干個(gè)燈具并聯(lián)在一個(gè)或幾個(gè)開關(guān)回路，進(jìn)行控制; 

2、;       第二，區(qū)域控制。在教室、賓館、停車場(chǎng)等公共區(qū)域，人們將聲控、光感、人體紅外等傳感開關(guān)串接至傳統(tǒng)的分組控制回路，使用率較低時(shí)關(guān)閉某些回路，以達(dá)到節(jié)能的目的。        第三，集中控制。國內(nèi)某些省份的路燈配電系統(tǒng)、隧道照明系統(tǒng)，以及廣泛使用的景觀照明及舞臺(tái)照明控制等采用了集中控制，特點(diǎn)是采用了數(shù)字通訊或控制系統(tǒng)。        第四，智能控制。如正在起

3、步階段的智能家居、智能樓宇、智慧城市等項(xiàng)目，均包括智能照明控制的應(yīng)用，特點(diǎn)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。        另外，在特種照明行業(yè)，利用生物的光生物特性，創(chuàng)造有利的光環(huán)境為人類生產(chǎn)生活服務(wù)，目前已經(jīng)廣泛用于植物生長、漁業(yè)、防治病蟲害等，控制參數(shù)不僅僅局限于光強(qiáng)和光分布，已擴(kuò)展至顏色、波長等，也需定制專用的照明控制系統(tǒng)。        隨著LED光源技術(shù)的發(fā)展，因其亮度、色溫、顏色、控制響應(yīng)速度等在控制方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，搭乘物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的

4、順風(fēng)車，針對(duì)LED光源的照明控制系統(tǒng)近幾年正蓬勃地發(fā)展。        二、智能路燈控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀        由于政策大力扶持，加之市場(chǎng)廣闊、利潤相對(duì)較高等因素，市政領(lǐng)域LED照明成為各大LED應(yīng)用廠商競(jìng)相逐鹿的陣地。為避免同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)，提升產(chǎn)品附加值和影響力，研究和發(fā)展智能路燈控制系統(tǒng)就成為他們的首選之一。經(jīng)過幾年的發(fā)展，全國已經(jīng)有數(shù)十家專門研發(fā)路燈控制系統(tǒng)的公司，國內(nèi)外各大LED照明廠商也紛紛大力開展照明控制系統(tǒng)的研發(fā)，并在全國

5、各地建成許多示范基地。        1.系統(tǒng)功能需求挖掘        作為控制領(lǐng)域的新生產(chǎn)物，路燈控制系統(tǒng)的功能需求還在不斷挖掘中，目前主要以節(jié)能、便捷管理為主，已形成普遍共識(shí)的功能需求有：        路燈控制：采用全體、分組或單燈的方式進(jìn)行路燈的遠(yuǎn)程開、關(guān)和調(diào)光控制;       

6、; 情景控制：可以設(shè)定路燈工作情景、控制策略，實(shí)現(xiàn)無人值守工作;        數(shù)據(jù)采集：對(duì)每盞路燈工作狀態(tài)、報(bào)警、工作電壓、電流、累計(jì)電量等進(jìn)行采集并上傳至服務(wù)器;        路燈管理：對(duì)路燈反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，產(chǎn)生維護(hù)報(bào)警和數(shù)據(jù)報(bào)表，報(bào)警內(nèi)容可以及時(shí)通知相關(guān)維護(hù)人員;        地理信息系統(tǒng)(GIS)：利用商用或免費(fèi)的地理信息系統(tǒng)，實(shí)

7、現(xiàn)路燈等相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)定位，提高可操作性。        另外，與大量客戶接觸后，部分客戶提出的需求如下：        配電箱控制：目前部分省市對(duì)配電箱采用了“三遙”控制，起到了示范作用。有客戶要求在路燈控制系統(tǒng)中加入配電箱電源遠(yuǎn)程控制及電力參數(shù)監(jiān)測(cè)功能，或?qū)⒁延械呐潆娤淇刂葡到y(tǒng)集成至路燈系統(tǒng)中;        電纜失竊及偷電報(bào)警：某些地區(qū)電纜盜竊和偷電情

8、況非常嚴(yán)重，客戶提出可以加入電纜失竊和偷電報(bào)警功能;        照度檢測(cè)及控制：檢測(cè)環(huán)境光亮度，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)光;        活動(dòng)檢測(cè)：分時(shí)段通過人體紅外傳感、圖像模式識(shí)別等方式識(shí)別是否有人員活動(dòng)，分區(qū)域調(diào)節(jié)亮度;        擴(kuò)展攝像頭功能：用于監(jiān)控路燈運(yùn)行狀態(tài)及有無人員破壞等。      

9、  未來可能產(chǎn)生和引導(dǎo)用戶使用的功能需求主要來自網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和技術(shù)融合，如：        功能領(lǐng)域擴(kuò)展：由于照明控制系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、分布廣，一旦形成規(guī)模后，可以用于城市環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、治安等;        可見光通訊：利用LED光源的快速響應(yīng)特性，可以進(jìn)行可見光通訊，目前已經(jīng)有多家研究機(jī)構(gòu)和高等院校對(duì)此展開研究，并在一些領(lǐng)域產(chǎn)生一些應(yīng)用，如果將這一技術(shù)應(yīng)用用在路燈控制系統(tǒng)和路燈上，無疑將會(huì)產(chǎn)生更多的應(yīng)用;&

10、#160;       傳感器應(yīng)用：傳感器技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)給照明控制系統(tǒng)的功能帶來更大的擴(kuò)展空間。        2. 路燈控制系統(tǒng)常用架構(gòu)        路燈控制系統(tǒng)延續(xù)了物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層構(gòu)成。        其中應(yīng)用層由一系列軟件構(gòu)成，目前多數(shù)公司采用B/S架構(gòu)，

11、也有公司采用C/S架構(gòu)和組態(tài)軟件。一般包括：        數(shù)據(jù)采集和控制組件：用于連接網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，獲取數(shù)據(jù)或發(fā)送控制命令;        配置組件：用于進(jìn)行系統(tǒng)平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫初始化，設(shè)備列表的導(dǎo)入等;        管理組件：用戶通過該組件可以操作和查看路燈等設(shè)備，執(zhí)行生成列表、報(bào)警等功能。     

12、0;  網(wǎng)絡(luò)層在路燈控制系統(tǒng)中稱為集中器，一般采用ARM內(nèi)核和Linux或VxWorks等操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)路由和一些簡單的控制、數(shù)據(jù)采集功能。        感知層主要由大量照明控制器構(gòu)成，用于執(zhí)行燈具的調(diào)光/開關(guān)操作和采集燈具數(shù)據(jù)等功能。如若需要，也可以擴(kuò)展其它傳感器或執(zhí)行器件，如照度儀、人體紅外傳感器、震動(dòng)器等。        3.路燈控制系統(tǒng)設(shè)備及設(shè)計(jì)需求     

13、;   在路燈控制系統(tǒng)中，部分設(shè)備需要重新定義和開發(fā)，如集中器和照明控制器。        其中集中器的基本功能需求如下：        第一，上行數(shù)據(jù)接口一般采用GPRS路由器或GPRS透?jìng)髂K，同時(shí)配備網(wǎng)口，可以接入以太網(wǎng)或光端機(jī)，采用TCP/IP與應(yīng)用層軟件進(jìn)行通訊;第二，下行數(shù)據(jù)接口根據(jù)廠家實(shí)際需求，可以接入ZigBee無線通訊、電力載波、RS485等通訊模塊，與感知層設(shè)備進(jìn)行通訊;第三，RS485

14、通訊接口，用戶擴(kuò)展功能模塊，如電表、照度傳感器等;第四，數(shù)字和模塊I/O若干，用于控制接觸器或采用相線電路電壓等;第五，輪詢功能，可以定期對(duì)所管理的感知層設(shè)備進(jìn)行輪詢，并將輪詢結(jié)果上傳服務(wù)器;第六，可以脫機(jī)運(yùn)行，當(dāng)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)故障或不存在時(shí)，可以使用本地控制策略進(jìn)行感知層設(shè)備控制。        照明控制器的基本功能需求如下：        第一，數(shù)據(jù)接口可以為ZigBee無線通訊、電力載波或RS485等通訊;第二，具有一路或多路開關(guān)功能

15、，用于開關(guān)后級(jí)設(shè)備(如燈具);第三，具有一路或多路調(diào)光接口，如PWM、010V或420mA電流輸出等，用于后級(jí)燈具調(diào)光功能;第四，可以采集工作電流、電壓、累積電量等工作參數(shù)，并根據(jù)集中器要求上傳數(shù)據(jù);第五，有過壓、過流、過溫等報(bào)警功能;        此外，集中器和照明控制器均為戶外使用，除要考慮其防水防塵等防護(hù)性能參數(shù)外，還要考慮高溫、外殼老化、防雷、靜電等相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。使用環(huán)境必須適應(yīng)路燈系統(tǒng)電力環(huán)境，還需滿足國家對(duì)電子產(chǎn)品強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求。      

16、  4.路燈工程施工及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫初始化        相對(duì)于傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)，每盞(或幾盞)路燈會(huì)安裝一個(gè)照明控制器，且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，需要安裝若干集中器。無線控制器一般由于安裝位置對(duì)信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有影響，安裝在燈具內(nèi)部;而電力載波或RS485等對(duì)位置要求則不是很高，可以安裝至燈桿的維護(hù)窗內(nèi)。一般無線集中器安裝至電桿或路燈上，而其它集中器可以安裝至路燈控制系統(tǒng)在工程施工需要增加的工作量有：        使用環(huán)境前期評(píng)估：如

17、電壓是否穩(wěn)定及諧波是否滿足要求;對(duì)于電力載波還需要檢測(cè)載波頻率附近是否干擾，無線通訊需要查看現(xiàn)場(chǎng)同頻無線干擾的情況及阻擋物的情況等;        網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：根據(jù)節(jié)點(diǎn)分布、網(wǎng)絡(luò)狀況、配電情況等，規(guī)劃集中器安裝位置等;        設(shè)備安裝：照明控制器和集中器的安裝，控制室設(shè)計(jì)等;        設(shè)備檢測(cè)及組網(wǎng)：檢測(cè)設(shè)備是否安裝正確，并記錄網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)收及維護(hù);檢

18、驗(yàn)集中器和照明控制器的接線及安裝等是否符合規(guī)范，定期檢測(cè)節(jié)點(diǎn)連通率等。        其中組網(wǎng)過程，獲取大量路燈節(jié)點(diǎn)信息并輸入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的工作量非常大，現(xiàn)有的系統(tǒng)基本為手動(dòng)或半自動(dòng)完成。        三、智能路燈控制系統(tǒng)當(dāng)前存在問題及難點(diǎn)分析        1.相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺乏      &#

19、160; 由于路燈照明控制行業(yè)發(fā)展時(shí)間不長，尚處于發(fā)展階段，各廠家在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上還是百家爭(zhēng)鳴，無法實(shí)現(xiàn)互通，且產(chǎn)品功能和性能無法保證。當(dāng)前需要規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)有：        系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)范：定義路燈控制系統(tǒng)主要功能、網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)和主要設(shè)備等;        基礎(chǔ)通訊協(xié)議：包括應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層與感知層的協(xié)議;        集中器：規(guī)范集中器輸

20、入電壓、功能定義、通訊接口、防護(hù)性能、電氣及機(jī)械參數(shù)等;        照明控制器等終端設(shè)備：規(guī)范照明控制器等設(shè)備的輸入電壓、控制輸出、接口、防護(hù)性能、電氣及機(jī)械參數(shù)等。        2.國內(nèi)路燈電網(wǎng)施工質(zhì)量和管理無法保證        國內(nèi)很多路燈電網(wǎng)的施工采用層層轉(zhuǎn)包的方式，驗(yàn)收也不夠規(guī)范，導(dǎo)致路燈控制器的使用環(huán)境比較惡劣，比如：電壓波動(dòng)過大，某些地區(qū)

21、的某些時(shí)段可以高達(dá)300多伏;線材或布線不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，容易造成短路、相線斷或零線斷等，導(dǎo)致控制器損壞;個(gè)別地區(qū)有盜割電線或私接電的情況，造成三相不平衡，電壓波動(dòng)過大，導(dǎo)致控制器損壞;電網(wǎng)接地不規(guī)范或路燈無接地等這些問題都給路燈控制系統(tǒng)的使用和推廣帶來很大的困難，且增加產(chǎn)品成本和維護(hù)成本。        3.技術(shù)成熟度仍需提高        主要體現(xiàn)在應(yīng)用層軟件通用化、感知層通訊穩(wěn)定性和可靠性、通訊協(xié)議優(yōu)化和組網(wǎng)便捷性等。 &

22、#160;      4.路燈系統(tǒng)成本高        (1)產(chǎn)品成本高        導(dǎo)致目前產(chǎn)品成本較高的原因主要有:第一，用戶需求的不確定性使得需求頻繁變更，產(chǎn)品類型過多，開發(fā)和維護(hù)成本過高，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大;第二，由于發(fā)展階段和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)所限，暫未形成較優(yōu)化的系統(tǒng)功能和架構(gòu)設(shè)計(jì)，部分功能冗余或效益不高;第三，國內(nèi)路燈電網(wǎng)質(zhì)量不良導(dǎo)致產(chǎn)品保護(hù)成本過高。  &#

23、160;     (2)施工及組網(wǎng)成本        路燈控制系統(tǒng)的施工有一定的繁雜度，需要對(duì)施工隊(duì)伍進(jìn)行專門的培訓(xùn)。組網(wǎng)技術(shù)目前還不夠成熟，浪費(fèi)大量人力財(cái)力。        (3)維護(hù)成本        經(jīng)過幾年的發(fā)展，產(chǎn)品的失效率已經(jīng)大大降低，但由于照明控制器數(shù)量較大，還無法滿足要求，產(chǎn)品穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步

24、提高。另外，產(chǎn)品維護(hù)需動(dòng)用工程車，會(huì)帶來附加費(fèi)用。        5.路燈控制產(chǎn)業(yè)格局仍需調(diào)整和優(yōu)化        目前直接進(jìn)行路燈控制系統(tǒng)研發(fā)的企業(yè)較多，除專門研究控制系統(tǒng)的公司外，許多LED照明、電源、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及通訊公司也開展相同的研究，導(dǎo)致重復(fù)投入和無序競(jìng)爭(zhēng)。在市場(chǎng)發(fā)展引導(dǎo)下，這種格局必然會(huì)逐漸優(yōu)化，進(jìn)行分工和整合，如：        物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通用平臺(tái)的建設(shè)：隨著Java、C#和.Net Framework(尤其是WPF和SilverLight等)等開發(fā)工具的發(fā)展和逐步完善，