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文檔簡介
1、ZigBee無線遠程燈監(jiān)控系統(tǒng)方案 廈門四信通信科技有限公司Xiamen Four-Faith Communication Technology Co; Ltd 1、 引言當代社會,城市照明已經(jīng)成為展示城市魅力的名片和窗口,因為城市照明不僅是一門科學,而更是一種文化,是一種藝術(shù)。城市路燈照明在帶來輝煌、絢麗和方便的同時,也遇到了諸多預料不到的問題,如:管理問題、費用問題、用電問題、電纜被盜的問題等等。照明自動監(jiān)控與管理系統(tǒng)能夠靈活開/關(guān)燈,隨時了解運行參數(shù),及時發(fā)現(xiàn)故障,將傳統(tǒng)的人工“巡燈”制度改為“值班”制度,極大地提高照明系統(tǒng)的管理效率。系統(tǒng)能將采集到的數(shù)據(jù)自動進行存儲、統(tǒng)計,并能隨時進行
2、查詢和打印,極大地提高管理水平,同時還能通過全夜燈、半夜燈和智能調(diào)壓等手段,降低能耗,提高設備使用壽命,獲得良好的經(jīng)濟效益。在城市路燈照明面臨的諸多問題中,節(jié)能問題是一個迫切需要解決的問題。它不僅涉及到降低城市路燈照明經(jīng)費的問題,還涉及到電力能源問題,特別是在電力能緊張的背景下,通過智能照明控制裝置,合理調(diào)整照明時間,不僅可以節(jié)省照明系統(tǒng)20以上的用電量,而且照明燈具的使用壽命也得到了極大的延長。ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡技術(shù)。目前已經(jīng)廣泛應用于無線網(wǎng)絡監(jiān)控行業(yè),并取得了較好的效果。提出了基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡的通訊系統(tǒng)。在降低成本的同時能夠克服電力線載波通訊中
3、不能換相的問題,另外使用Mesh網(wǎng)絡進行通訊保障了無線通訊的可靠性。二、項目分析2.1 系統(tǒng)組成2.1.1路燈控制終端路燈采集控制終端由一級終端路燈控制監(jiān)控柜和二級終端組成,監(jiān)控柜包括工控機、電能測量單片機、多路控制板、監(jiān)控板;二級終端安裝在每盞燈里,包括電力載波模塊(EPCW)和輸入輸出接口板;路燈控制終端可實時監(jiān)控每盞路燈的亮滅情況、電能負荷狀態(tài)、燈桿損壞報警,漏電報警等功能。2.1.2無線傳輸設備前端采用四信F8914 ZigBee模塊,通過232/485(端子接口)和路燈監(jiān)控終端內(nèi)的PLC相連,Zigbee作為一種無線連接,可工作在2. 14 GHz(全球流行) 、868 MHz (歐
4、洲流行)和915 MHz (美國流行) 3個頻段上,分別具有最高至250 kbit/ s、20 kbit/ s、40 kbit/ s的傳輸速率。該型號設備一般為終端節(jié)點,互相之間不能通訊,完成信息的發(fā)送和接收。實物如圖1圖1 F8914ZigBee中心節(jié)點采用四信F8114 ZigBee+GPRS模塊,中心節(jié)點收到的數(shù)據(jù)可以通過串口直接是輸出到服務器上(前端與服務器的距離較近);還可有通過GPRS把其收到的數(shù)據(jù)發(fā)送的遠端的服務器上,GPRS部分采用國際標準TCP/IP通信協(xié)議,且兩種方式都是實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。省去了每個終端的GPRS模塊,只需要中心節(jié)點一個,節(jié)約了成本。實物如圖2 圖2 F
5、81142.1.3數(shù)據(jù)管理中心1) 遙控:主站計算機按設定好的經(jīng)緯時間曲線自動控制全市路燈的開/關(guān)狀態(tài),也可在主站手動控制任意的一級終端和二級終端的開/關(guān)狀態(tài)。 2) 遙測:自動巡測或隨機檢測各個終端亮燈率、電壓、電流、功率因數(shù)、有功和頻率等工作參數(shù),在自動運行時只要終端有變化,它便立即將變化數(shù)據(jù)向主站傳輸,無須主站巡檢。 3) 遙信:對各個終端開/關(guān)狀態(tài)、故障和報警等信息的獲取,保證系統(tǒng)有效正常地運行。2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)2.2.1 F8914 - F8914組網(wǎng)F8914(前端)通過標準的232/485與路燈監(jiān)控一級終端里的PLC連接通信,獲取的數(shù)據(jù)直接通過2.4G頻率發(fā)送到F8914(中心
6、節(jié)點)。F8914(中心節(jié)點)通過串口與服務器連接,把數(shù)據(jù)送到后臺,后臺管理軟件對數(shù)據(jù)進行分析。如圖3所示 圖32.2.2 F8914-F8114組網(wǎng)2.2.2.1 原理框架F8114首先進行GPRS撥號上網(wǎng),然后自動向數(shù)據(jù)管理中心發(fā)起TCP連接,握手成功后開始數(shù)據(jù)透明傳輸。路燈監(jiān)控終端把數(shù)據(jù)集中采集通過PLC把數(shù)據(jù)傳給F8914,F(xiàn)8914接到數(shù)據(jù)后即時的將數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡傳送到F8114。F8114通過GPRS數(shù)據(jù)管理中心將上傳的數(shù)據(jù)進行分析處理,得出直觀的結(jié)果和相應的指令通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送給F8114,再通過ZigBee網(wǎng)絡傳送到F8914即時通過232/485傳送給PLC,P
7、LC根據(jù)指令對路燈做出相應的控制處理,以此達到遠程控制路燈的效果。如圖4所示 圖42.2.2.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡接入方式1.專線接入中心采用APN專線, 所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡,雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接,在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN,普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN,防止其他非法用戶的進入。用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務器,作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務器(或在APN路由器內(nèi),啟用路由器本地認證功能)。只有通過認證的用戶才允許接入,
8、用以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務器(或在APN路由器內(nèi),啟用DHCP功能),為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離,并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性,安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高,適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。2. ADSL撥號連接(動態(tài)公網(wǎng)IP地址)中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務的??蛻粝扰cDNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名,IP MODEM先采用
9、域名尋址方式連接DNS服務器,再由DNS服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP,建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用,但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定,所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。3. 通過固定公網(wǎng)IP連接中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務,中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定,推薦此種方案。2.3系統(tǒng)實現(xiàn)功能1、 根據(jù)經(jīng)緯度精確計算出每天的日出日落時間。進而計算出每天的開關(guān)燈精確時間。對路燈運行進行合理、可靠的控制:達到節(jié)省用照明系統(tǒng)10%-2
10、0%用電量。2、 對路燈全年的開關(guān)時間,可以按照:臨時、周、節(jié)假日、經(jīng)緯度等方式進行設計。3、 對路燈開關(guān)燈控制可按設計的時間進行合理控制:根據(jù)經(jīng)緯度計算每天的日出日落時間,實現(xiàn)全年365天每天精確的開關(guān)燈時間,可以把全年節(jié)假日的特殊開關(guān)燈時間進行設置, 有突發(fā)事件時,可以設置臨時時間方案。使城市照明更具人性化。4、 對路燈運行狀態(tài)進行全自動的監(jiān)控。5、 自動和手動遙控系統(tǒng)可以根據(jù)不同類型的路燈與景觀燈控制要求,把全市路燈、景觀燈分成若干個組,采用時控方案,自動遙控開/關(guān)全市全夜燈、半夜燈、市政景觀燈、樓宇景觀燈;也可以手動對各種燈型進行遙控開/關(guān)操作??刂颇J娇梢匀我馓砑印8鶕?jù)不同控制模式控
11、制不同回路。 6、 定時自動上報,手動迅測操作者可隨時手動巡測各監(jiān)控終端的電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)等各種監(jiān)測數(shù)據(jù)。上述參數(shù)定時上報。參數(shù)變化量取值范圍可以手動設置。達到變化值,下位機自動上報變化值。 7、 自動計算亮燈率能根據(jù)電壓、電流、有功功率和功率因數(shù)的變化自動進行亮燈率估算。為了保證亮燈率的統(tǒng)計,數(shù)據(jù)采集精度優(yōu)于1%。 8、 查詢打印可以對各監(jiān)控終端任意定時數(shù)據(jù)和年、月、日統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行查詢,顯示的表格、曲線圖、均可打印??梢詫θ我庖惶斓膶嶋H開關(guān)燈時間、模擬量數(shù)據(jù)日志,報警日志。日出日落時間等記錄進行查詢,顯示的表格、曲線圖、均可打印??梢詫v史故障進行查詢和打印。9、 控
12、制方案根據(jù)不同類型的路燈、景觀燈控制要求,可以把路燈、景觀燈分別設置成不同的功能組,分別用經(jīng)緯度 和節(jié)假日 的的時間控制方式進行控制。有突發(fā)時間時可設置 臨時時間方案?;蛘咄ㄟ^上位機手動,或者手機短信方式開關(guān)燈。三、方案特點1 、傳輸模塊采用無線接入GPRS網(wǎng)絡,目前GPRS網(wǎng)絡在國內(nèi)已經(jīng)運營了十幾年,網(wǎng)絡穩(wěn)定,技術(shù)成熟,覆蓋率廣。2、傳輸模塊采用工業(yè)級ZigBee模塊,標準頻段IEEE802.15.4 ISM2.4GHz,通信距離90m,戶外通信距離800m,發(fā)射功率22dBm(增加功放),接受靈敏度-104dBm;低功耗設計,支持多級休眠和喚醒模式,最大限度降低功耗,內(nèi)置實時時鐘(RTC)
13、,支持定時開關(guān)機功能,定時關(guān)機狀態(tài)下功耗小于1mA。外接電源DC 12V/500mA(標準);通信電流:50mA-80mA12VDC、115-150mA5VDC;待機狀態(tài):20mA12VDC、35mA5VDC;休眠狀:8mA12VDC、18mA5VDC;工作環(huán)境溫度 -25+65ºC;儲存溫度 -40+85ºC;相對濕度 95%(無凝結(jié));多重軟硬件看門狗設計。適用于戶外工作環(huán)境。3、傳輸模塊具有可靠的網(wǎng)絡連接、智能防掉線、支持在線檢測、在線維護、掉掉線自動重拔,確保設備永遠在線,確保通信通道正常,為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)。4、終端傳輸模塊支持多種激活方式,如語音電話、短信、數(shù)據(jù)
14、等;終端設備故障或異常時,自動發(fā)短信報警信息給維護人員。5、傳輸模塊采用主備份中心與中心自動恢復功能,并同時支持多中心并發(fā)功能(最多五個)。6、方便控制,管理人員不需要親臨現(xiàn)場就可以對現(xiàn)場的設備進行監(jiān)視,完成參數(shù)的調(diào)整與設置,進行有效的故障恢復等,大大提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約了生產(chǎn)的人力資源。7、及時響應,實時的遠程監(jiān)控,可以對故障做出及時的響應,從而大大降低故障帶來的經(jīng)濟和其他方面的損失。8、規(guī)范管理和操作,運行作業(yè)過程全面監(jiān)控是非常必要的,通過過程監(jiān)測,可將機械作業(yè)的過程以數(shù)字方式全部記錄下來,從而既可以對操作人員進行工作量考核提供真實的數(shù)據(jù),也可以規(guī)范操作,對違章作業(yè)提供記錄信息,另一方面還可以監(jiān)控設備的故障狀況,及時找出故障點,同時根據(jù)記錄查出故障原因。9、四信可為客戶提供二次開發(fā)包和多語言版本數(shù)據(jù)中心服務器軟件以便客戶的需要進行二次開發(fā);同時針對客戶的需求,提供多種技術(shù)支持,包括產(chǎn)品網(wǎng)絡組網(wǎng)方案設計、技術(shù)人員技術(shù)培訓、軟件開發(fā)全程技術(shù)配合、設備現(xiàn)場調(diào)試技術(shù)支持等服務四、小結(jié)路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)得到
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