基于ZigBee的可編程路燈控制系統(tǒng)設計

隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，能源的開發(fā)和利用也顯得日益緊張起來。3月份以來，我國多地出現(xiàn)淡季“電荒”現(xiàn)象，而電能利用效率低下是導致“電荒”的重要原因之一，在這種情況下，提高電能效率迫在屠睫。而隨著城市路網(wǎng)建設的不斷發(fā)展，路燈數(shù)量增多，使得人們對電能節(jié)約以及路燈的管理要求也越來越高。采用先進技術節(jié)約能源以及提高路燈自動化控制與管理水平，已成為城市照明系統(tǒng)建設的當務之急。

　　1 路燈照明管理現(xiàn)狀

　　1）照明設施開關燈統(tǒng)一性差，智能化水平低，不具備遠程修改開關燈時間，不能根據(jù)實際情況修改開關燈時間，能源浪費大，增加了財政負擔;

　　2）路燈設備分散，管理人員少，管理困難，不能實時、準確、全面地監(jiān)控設備運行狀況，缺乏靈活的控制手段;3）人工巡檢工作量大，效率低，成本高，浪費人力、物力、財力，缺乏有效的故障預警機制。

　　2 ZigBee簡介

　　ZigBee是一種新興的短距離、低復雜度、低耗功、低傳輸速率、低成本的雙向無線組網(wǎng)通訊技術。它是一種介于RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）和藍牙之間的技術。

　　3 GPRS簡介

　　GPRS通用分組無線業(yè)務是一種新的承載業(yè)務，提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的數(shù)據(jù)傳輸。GRPS永遠在線，接入速度快，用戶可隨時與無線網(wǎng)絡保持連接，可使遠程數(shù)據(jù)采集的效率大幅提高。

　　4 PLC簡介

　　PLC即可編程控制器，是一種帶有指令存儲器，數(shù)字或模擬輸入/輸出接口，能夠完成邏輯，順序、定時、等功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。

　　5 系統(tǒng)工作原理

　　運用組態(tài)軟件作為上位機的控制平臺，通過GPRS與現(xiàn)場控制器PLC通訊。監(jiān)控中心軟件通過GPRS網(wǎng)絡向各個現(xiàn)場控制器發(fā)送動作指令，使現(xiàn)場控制器完成各種配置和數(shù)據(jù)采集工作，并對現(xiàn)場控制器發(fā)送上來的數(shù)據(jù)進行分析和處理?，F(xiàn)場控制器通過ZigBee無線通訊設備接收單燈控制器所發(fā)送來的信號，進行分析處理并通過GPRS通訊系統(tǒng)向監(jiān)控中心發(fā)送信息，以此來實現(xiàn)對路燈的遠程無線控制，如圖1所示。

　　6 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由3部分組成：現(xiàn)場控制器、單燈控制器、監(jiān)控中心。

6.1 現(xiàn)場控制器

　　由PLC獨立控制模塊、GPRS通信模塊、ZigBee無線通信模塊等組成，完成數(shù)據(jù)采集、控制輸出、數(shù)據(jù)通信、故障報警等功能?，F(xiàn)場控制器通過GPRS與照明管理監(jiān)控中心服務器相連，通過ZigBee無線通信模塊與單燈控制器相連，以此實現(xiàn)實時通信，如圖2所示。

　　6. 2 單燈控制器

　　每盞路燈都裝有單燈控制器，由ZigBee無線通信模塊、完成電量采集和模塊遙信功能的單片機模塊組成。ZigBee無線模塊具有網(wǎng)狀拓撲結構，這樣ZigBee子網(wǎng)就有內置冗余保證，如果網(wǎng)絡中有節(jié)點脫離網(wǎng)絡，無法工作，節(jié)點數(shù)據(jù)將自動路由到一個替換節(jié)點保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定。單燈控制器是路燈監(jiān)控系統(tǒng)中控制功能的執(zhí)行部分，控制路燈的狀態(tài)并監(jiān)測路燈運行的電流、電壓、功率因素等，將這些參數(shù)通過無線方式傳送到現(xiàn)場控制器，同時接收來自現(xiàn)場控制器的所有控制指令，從而實現(xiàn)遠程控制功能，如圖3所示。

　　6. 3 監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心由監(jiān)控中心軟件、GPRS通信模塊組成，對整個照明系統(tǒng)進行集中控制。監(jiān)控中心軟件可實現(xiàn)遠程監(jiān)控、采集數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析等功能，通過GPRS通信模塊實時掃描各路燈電量數(shù)據(jù)和輸出狀態(tài)，也可將監(jiān)控中心軟件發(fā)送的各種有效指令發(fā)送給現(xiàn)場控制器。遇到報警信息，通過GSM短信方式送至巡檢人員手機。

　　7 監(jiān)控中心軟件介紹

　　組態(tài)軟件是用于數(shù)據(jù)采集和過程控制的專用軟件，本系統(tǒng)采用組態(tài)王作為開發(fā)工具，它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點，能充分利用圖形編輯功能，為用戶提供了友好的可視化界面。

　　監(jiān)控中心軟件是整個路燈監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，它負責跟控制現(xiàn)場中的監(jiān)控終端進行遠程通信，對獲取的數(shù)據(jù)進行處理，主要功能如下：

　　1）查詢功能現(xiàn)場控制器將單燈的電壓、電流、功率、設備運行狀態(tài)等參數(shù)通過無線信道發(fā)送回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心主機對這些數(shù)據(jù)進行分析、處理后，以直觀的報表或圖表形式提供管理人員，為決策提供準確的依據(jù)。

　　2）控制功能手控與自控相結合，提供靈活、可靠的開關控制功能，通過“設置參數(shù)”里的開關燈方案及開關燈時間，下發(fā)給現(xiàn)場控制器，讓現(xiàn)場控制器按指定的方案運行。

　　3）設置參數(shù)監(jiān)控中心可自動或手動執(zhí)行全控開關燈，也可控制任一單燈執(zhí)行開關燈，可隨意設置半夜燈或全夜燈模式，并對設置的參數(shù)和要求進行保存。

　　4）報警功能當現(xiàn)場控制器主動報警或檢測單燈控制器時發(fā)現(xiàn)有故障，監(jiān)控中心軟件發(fā)出聲光報警信號提醒工作人員，并在畫面上顯示故障報警位置狀況和類型，保存報警記錄的同時以短信息的方式通知現(xiàn)場巡檢人員。

　　5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計與報表統(tǒng)計備采集參數(shù)的數(shù)據(jù)信息，形成報表，便于分析研究，可打印報表。

　　8 結束語

　　本系統(tǒng)從路燈控制的具體要求出發(fā)，建立了友好的可視化界面，集無線通訊技術、自動化控制技術、監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)于一體，有效的解決了路燈控制的靈活性、實時性、可靠性、經(jīng)濟性等問題，抗干擾力強，通信穩(wěn)定，上位機給監(jiān)控終端發(fā)出的命令能準確到位。不僅大大節(jié)約了鋪設通信電纜的費用，更達到了節(jié)能能源的目的。