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1.引言

道路照明是城市公共設(shè)施的重要組成部分，目前國(guó)內(nèi)的道路照明系統(tǒng)大部分沒有采用網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控管理，只能以區(qū)域?yàn)閱挝粚?duì)照明設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的開關(guān)燈控制，多數(shù)城市路燈的開關(guān)控制仍由傳統(tǒng)變壓器(配電箱)分散控制，不能對(duì)路燈進(jìn)行有效監(jiān)控，缺乏靈活多變的操作系統(tǒng)，因此存在著壹系列的問題：如系統(tǒng)復(fù)雜，難以統(tǒng)壹管理;路燈覆蓋面廣，維護(hù)困難;開關(guān)控制效率低，電能浪費(fèi)嚴(yán)重等。針對(duì)目前城市對(duì)路燈照明控制和管理水平的不足，筆者設(shè)計(jì)了壹套路燈無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，能對(duì)城市路燈實(shí)現(xiàn)智能化控制并有效節(jié)約電能。本系統(tǒng)主要分為三層，分別是具有人機(jī)交互界面功能的路燈管理中心、匯聚路燈節(jié)點(diǎn)信息和發(fā)送路燈控制命令的路燈監(jiān)控子站以及采集路燈節(jié)點(diǎn)信息的路燈控制終端。采用GPRS通信和ZigBee無(wú)線通信相結(jié)合的技術(shù)手段，取代了傳統(tǒng)的有線傳輸。其中，路燈管理中心和路燈監(jiān)控子站之間的通信采用GPRS技術(shù)，具有覆蓋范圍廣、傳輸速率高的特點(diǎn)，且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異地操作;路燈監(jiān)控子站和路燈控制終端以及路燈控制終端之間的通信采用ZigBee技術(shù)。

2.路燈監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)采用GPRS技術(shù)與ZigBee技術(shù)相結(jié)合的方案，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，既節(jié)約成本，又降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。系統(tǒng)采用“路燈管理中心壹壹路燈監(jiān)控子站壹壹路燈控制終端”三層模式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的遠(yuǎn)程控制操作。其中，路燈管理中心與路燈監(jiān)控子站之間的通信采用GPRS技術(shù)，路燈監(jiān)控子站與路燈控制終端以及路燈控制終端之間的通信采用ZigBee技術(shù)。系統(tǒng)操作的對(duì)象是城市道路成千上萬(wàn)盞路燈，通過(guò)管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)路燈的各項(xiàng)運(yùn)行狀況，如監(jiān)測(cè)當(dāng)前路燈節(jié)點(diǎn)的電壓、電流、功率等指標(biāo)是否符合規(guī)范，并且能實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈開關(guān)的簡(jiǎn)單控制。整個(gè)路燈監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為三類：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)和樹狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析，考慮到路燈監(jiān)控覆蓋范圍面廣，所處的自然環(huán)境易受天氣、障礙物和電磁輻射等的影響，難免會(huì)出現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)失效的情況，星形網(wǎng)絡(luò)和樹形網(wǎng)絡(luò)都不宜采用。因此，本系統(tǒng)采用網(wǎng)狀形ZigBee網(wǎng)絡(luò)，它具備較大的通信范圍，能實(shí)現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)的功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)修復(fù)實(shí)現(xiàn)愈合，從而大大提高了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使用路由功能傳輸。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ZIGBEE組網(wǎng)意示圖

在壹個(gè)路燈無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)中，包含有多個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，壹條街道附近區(qū)域的路燈就組成壹個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。由於路燈均勻分布於道路兩旁，且每?jī)杀K燈的間距壹般為25~30m。所以，本系統(tǒng)首先要選取壹個(gè)合適的地點(diǎn)安置ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，由ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，通常情況下，用ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)路燈監(jiān)控子站的功能，負(fù)責(zé)維護(hù)街道上路路燈節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況。路由節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)后，路燈監(jiān)控系統(tǒng)中控制終端的角色。實(shí)際應(yīng)用中，為了方便管理，每壹個(gè)路燈控制終端只能加入壹個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)單燈控制。當(dāng)所有的路由器節(jié)點(diǎn)都成功加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器根據(jù)網(wǎng)狀形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為路由節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址。