一、引言
當代社會，城市照明已經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。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。照明自動監控與管理系統能夠靈活開/關燈，隨時了解運行參數，及時發現故障，將傳統的人工“巡燈”制度改為“值班”制度，極大地提高照明系統的管理效率。系統能將采集到的數據自動進行存儲、統計，并能隨時進行查詢和打印，極大地提高管理水平，同時還能通過全夜燈、半夜燈和智能調壓等手段，降低能耗，提高設備使用壽命，獲得良好的經濟效益。
在城市路燈照明面臨的諸多問題中，節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，合理調整照明時間，不僅可以節省照明系統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技術是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術。目前已經廣泛應用于無線網絡監控行業，并取得了較好的效果。提出了基于ZigBee技術的無線網絡的通訊系統。在降低成本的同時能夠克服電力線載波通訊中不能換相的問題，另外使用Mesh網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控柜和二級終端組成，監控柜包括工控機、電能測量單片機、多路控制板、監控板；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控每盞路燈的亮滅情況、電能負荷狀態、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）和路燈監控終端內的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點，互相之間不能通訊，完成信息的發送和接收。實物如圖1
圖1 F8914
ZigBee中心節點采用四信F8114 ZigBee+GPRS模塊，中心節點收到的數據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把其收到的數據發送的遠端的服務器上，GPRS部分采用國際標準TCP/IP通信協議，且兩種方式都是實現數據透明傳輸功能。省去了每個終端的GPRS模塊，只需要中心節點一個，節約了成本。實物如圖2
圖2 F8114
2.1.3數據管理中心
1） 遙控：主站計算機按設定好的經緯時間曲線自動控制全市路燈的開/關狀態，也可在主站手動控制任意的一級終端和二級終端的開/關狀態。
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、有功和頻率等工作參數，在自動運行時只要終端有變化，它便立即將變化數據向主站傳輸，無須主站巡檢。
3） 遙信：對各個終端開/關狀態、故障和報警等信息的獲取，保證系統有效正常地運行。
2.2 系統總架構
2.2.1 F8914 --- F8914組網
F8914（前端）通過標準的232/485與路燈監控一級終端里的PLC連接通信，獲取的數據直接通過2.4G頻率發送到F8914(中心節點)。F8914(中心節點)通過串口與服務器連接，把數據送到后臺，后臺管理軟件對數據進行分析。如圖3所示
圖3
2.2.2 F8914----F8114組網
2.2.2.1 原理框架
F8114首先進行GPRS撥號上網，然后自動向數據管理中心發起TCP連接，握手成功后開始數據透明傳輸。路燈監控終端把數據集中采集通過PLC把數據傳給F8914，F8914接到數據后即時的將數據通過ZigBee網絡傳送到F8114。F8114通過GPRS數據管理中心將上傳的數據進行分析處理，得出直觀的結果和相應的指令通過GPRS網絡發送給F8114，再通過ZigBee網絡傳送到F8914即時通過232/485傳送給PLC，PLC根據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4
2.2.2.2 數據中心網絡接入方式
1.專線接入
中心采用APN專線， 所有點都采用內網固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯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專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，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，用以保證用戶內部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。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、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
2. ADSL撥號連接（動態公網IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。
3. 通過固定公網IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務，中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。
2.3系統實現功能
1、根據經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燈精確時間。對路燈運行進行合理、可靠的控制：達到節省用照明系統10%-20%用電量。
2、對路燈全年的開關時間，可以按照：臨時、周、節假日、經緯度等方式進行設計。
3、對路燈開關燈控制可按設計的時間進行合理控制：根據經緯度計算每天的日出日落時間，實現全年365天每天精確的開關燈時間，可以把全年節假日的特殊開關燈時間進行設置， 有突發事件時，可以設置臨時時間方案。使城市照明更具人性化。
4、對路燈運行狀態進行全自動的監控。
5、自動和手動遙控系統可以根據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/關操作。控制模式可以任意添加。根據不同控制模式控制不同回路。
6、定時自動上報，手動迅測操作者可隨時手動巡測各監控終端的電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數等各種監測數據。上述參數定時上報。參數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電壓、電流、有功功率和功率因數的變化自動進行亮燈率估算。為了保證亮燈率的統計，數據采集精度優于1%。
8、查詢打印可以對各監控終端任意定時數據和年、月、日統計數據進行查詢，顯示的表格、曲線圖、均可打印。可以對任意一天的實際開關燈時間、模擬量數據日志，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。可以對歷史故障進行查詢和打印。
9、控制方案根據不同類型的路燈、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，分別用經緯度 和節假日 的的時間控制方式進行控制。有突發時間時可設置 臨時時間方案。或者通過上位機手動，或者手機短信方式開關燈。
三、方案特點
1 、傳輸模塊采用無線接入GPRS網絡，目前GPRS網絡在國內已經運營了十幾年，網絡穩定，技術成熟，覆蓋率廣。
2、傳輸模塊采用工業級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，內置實時時鐘（RTC），支持定時開關機功能，定時關機狀態下功耗小于1mA。外接電源DC 12V/500mA（標準）；通信電流：50mA-80mA@12VDC、115-150mA@5VDC;待機狀態：20mA@12VDC、35mA@5VDC；休眠狀：8mA@12VDC、18mA@5VDC；
工作環境溫度 -25~+65oC;儲存溫度 -40~+85oC;相對濕度 95%(無凝結);多重軟硬件看門狗設計。適用于戶外工作環境。
3、傳輸模塊具有可靠的網絡連接、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，為數據中心提供數據。
4、終端傳輸模塊支持多種激活方式，如語音電話、短信、數據等；終端設備故障或異常時，自動發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功能（最多五個）。
6、方便控制，管理人員不需要親臨現場就可以對現場的設備進行監視，完成參數的調整與設置，進行有效的故障恢復等，大大提高勞動生產率，節約了生產的人力資源。
7、及時響應，實時的遠程監控，可以對故障做出及時的響應，從而大大降低故障帶來的經濟和其他方面的損失。
8、規范管理和操作，運行作業過程全面監控是非常必要的，通過過程監測，可將機械作業的過程以數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據，也可以規范操作，對違章作業提供記錄信息，另一方面還可以監控設備的故障狀況，及時找出故障點，同時根據記錄查出故障原因。
9、四信可為客戶提供二次開發包和多語言版本數據中心服務器軟件以便客戶的需要進行二次開發；同時針對客戶的需求，提供多種技術支持，包括產品網絡組網方案設計、技術人員技術培訓、軟件開發全程技術配合、設備現場調試技術支持等服務
四、小結
路燈遠程監控系統已經得到了廣泛的應用，也獲得了很好的效果，不僅對路燈控制進行了優化，而且實現了節電節能，給智慧城市添了一把力。四信通信在智慧城市的建設中也在不斷的做著自己應該做的事情，而且在其他的很多領域例如移動POS終端、金融、供應鏈自動化、智能化運輸、工業自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環境保護、氣象、數字化醫療、遙感勘測、軍事、空間探索、農業、林業、水務、電力、煤礦、石化等行業都不錯的表現，相信四信在物聯網的浪潮中會發揮更大的作用。
