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1、 现代电子技术 2 0 1 0年第 1 期总第 3 1 2期 电子技术应用 智能路灯控制系统设计与应用研究 贺一呜，王 崇贵，刘进 宇(重庆市市政设计 研究院重庆4 0 0 0 2 0)摘要：针对传 统路 灯使 用和监控 系统存在的 问题，分析智能控制型路 灯实现的基 本理论 和应 用优 势，提 出它应具 有的 基本功能：遥控、遥测、遥信、遥监、遥视、自动反馈、自动报警、统计、查 询和打 印。通过通讯 网络和控 制模 式两方 面阐明智能 路 灯控 制 系统的设计和应用。该研 究明确 了智能路灯控制 系统的设计思路和基本 原理，为下一 步的实施及 采用打下基础。关键词：路灯；智能；控制 系统；控
2、制模式；设 计与应用 中图分 类号：T P 2 7 3 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 4 3 7 3 X(2 0 1 0)0 1 2 0 7 0 4 De s i g n a nd Ap pl i c a t i o n o f S t r e e t La mp I nt e l l i g e nt Co n t r o l S y s t e m HE Yi mi n g，W ANG Ch o n g g u i，I I U J i n y u (Cho ng q i ng M un i c i p a l I ns t i t ut e of De s i gn，Chon
3、gq i n g，40 002 0，Ch i na)Ab s t r a c t：Ai mi n g a t e x i s t e d p r o b l e ms i n t r a d i t i o n a l l a mp s u s e a n d mo n i t o r i n g s y s t e m，b a s i c t h e o r y a n d i t s a p p l i c a t i o n a d v a n t a g e s o f i n t e l l i g e n t c o n t r o l t y p e l a mp s a r e
4、 a n a l y z e d，b a s i c f u n c t i o n s a r e p u t f o r wa r d：r e mo t e c o n t r o l，t e l e me t e r，r e mo t e mo n i t o r i n g，r e mo t e v i e wi n g，a u t o ma t i c f e e d b a c k，a u t o ma t i c a l a r m，s t a t i s t i c s，i n q u i r y a n d p r i n t，t h r o u g h t h e t wo
5、 a s p e c t s o f c o mm u n i c a t i o n n e t wo r k a n d c o n t r o l mo d e，d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f i n t e l l i g e n t c o n t r o l s y s t e m s t r e e t l a mp a r e e x p o u n d e d Re s e a r c h c o n f i r ms t h e d e s i g n a n d b a s i c p r i n c i p l e
6、 o f i n t e l l i g e n t s t r e e t l a mp c o n t r o l s y s t e m，a n d l a y s t h e f o u n d a t i o n f o r i t s i m p l e m e n t a t i o n a n d a do pt i on Ke y wo r d s：s t r e e t l a mp；i n t e l l i g e n c e；c o n t r o l s y s t e m；c o n t r o l mo d e；d e s i g n a n d a p p l
7、 i c a t i o n 随着中国城市和经济的迅速发展，城市照明交通安 全和灯饰美化工程也越来越受到普遍关注，同时为了符 合节约型、可持续性发展社会 的标准，产生了对路灯、灯 饰工程监管改革的需求。传统路灯 的照明和管理存 在 浪费大，路灯使用寿命短，远程操 控、巡查无法监控，人 工作业量大，故障维修反应效率低，统计查询功能弱等 现象。对于“全夜灯”照明造成的浪费和“半夜全灭或半 灭灯”带来的交通安全问题，都是可以实现智能管理的。故如何通过智能控制系统对路灯进行科学和智能的监 管，采用何种通讯网络技术 和智能控制器，运用何种路 灯控制模式都是值得关 注和研究的。本文从智能控制 型路灯实现的
8、基本原理和优势着手，分析了它应具备的 一般功能：遥控、遥测、遥信、遥监、遥视、自动反馈、自动 报警、统计、查询和打印，同时通过通讯网络技术和控制 模式阐明了智能路灯控制系统的设计和应用。1 智能控 制型 路灯 实现 基本 理论 和优 势 智能控制型路灯是运用先进的通讯手段，计算机网 络技术、自动控制技术、新型传感技术与 自动检测技术 等构成的无线监控系统，快速准确地对道路照 明、城市 收稿 日期：2 0 0 9 0 7 2 4 灯饰工程、广场照明、桥梁和隧道照明等系统进行智能 监控 ，实现对远程 路灯和 电源实施遥控、遥测、摇监、遥视、摇信等功能I 2 ，便于 了解路灯运行状 况以及它 的 维
9、修和保养，能提高路灯运行质量和效率，为能源节约 和创造节约型社会打下基础。路灯智能控制系统一般 由控制中心主站、各点测控 分 站、通讯 系统 三 大部分 组成。主站 主要 由电脑和 网络 构成，负责管理、控制整个系统的运行，其兼容性和容量 大小可灵活配置l 3 ；通讯一般采用无线或无线与有线相 结合的方式，目前无线技术有 GS M 短信息网、GP RS数 传电台、C D P D公共无线数据 网，或利用单 片机实现路 灯控制器的 T C P I P协议(实现 自己数据的高速传输和 实时控制)等技术；而各分站点通过安装单 片机或新技 术装备(如 L O NwOR KS技术)构成其控制器，从而达 到
10、与主站通讯、接受命令、执行开关、控制 电压、控制时 间、反馈数据信息等功能。智能控制型路灯实现过程可 以是多种多样，但无外乎都是：主站电脑控制 中心+合 适的通讯手段或方式+各分站集 中智 能控制器+路灯 控制系统的模式，其一般实现原理如图 1 所示。随着科 技和信息产业的发展，图中任一个环节实现起来都可以 采用其他方式或方法，在此不赘述。2 O 7 贺一鸣等：智能路灯控制系统设计与应用研究 图 1 智 能控 制 型路 灯 实现 基 本 原 理 针对传统路灯使用缺陷，采用智能控制型路灯的优 势如 下：(1)节约 电力资源和保护路灯。减少了“全夜灯”、“后夜灯”、电灯在后半夜的高电压状态下工作的
11、情况，这样 不仅节 约 了 电能资 源，而且 还 保 护 了 电灯，延 长 了 其使用 寿命。(2)可实施远程监控和管理。智能控制路灯系统的 采 用将可对全 部路 灯进 行 实时、全程 全 天候 地 监 控 和管 理，集 中控制、监视 和检 查，大 大减 少 了后 期 人 力、物力、财力的投入，同时提高 了巡查设 备和路灯 时 的工作 效率。(3)及时反应和采取恰 当措施保证低故 障率。由 于能实时对分 站设 备和路灯进行远程遥控、遥测 和摇 视，同时它们也能 自己通过报警系统将数据反馈给主站 系统 这样能及时发现故障和问题，并联系工人点对点 地进行维修，避免逐站逐点巡查和发现问题、反应缓慢
12、的情况。(4)智 能化、信 息 化、数 据 化 程 度 高。由 于 主 站 和 分站大量采用 电脑 和网络技术，路灯 的整体控制智 能 化、信息化程度相当高，且从分站收集、反馈给主站的数 据量也较大，这为智能系统开发决策和优化、维修和维 护提 供 了基础。2智能控 制 型路灯 实现 基本 功 能 2 1远 程 遥 控 功 能 采用智能控制系统的路灯开关、亮度调节、时间控 制等方式都能实现远程遥控，达到时控模式、光控模式、压控模式、声控模式、旁路模式 的 目的。下载开关灯 时 间表到分站控制器，根据经纬度、季节、节假 日及不 同的 天气情况进行的“时控”，可实现路灯全夜灯和半夜灯 自 动定时控制
13、，管理人员可针对具体的情况对某一个或多 个终 端随 时 进 行 开 关 控 制(分 组、分 区、全 市 开 关 等 方 式)；还可 根据季 节 和天气 的变化进 行 的“光 控”和“压 控”，通过分站集中控制器调节特殊天气 和时段条件下 的 电压，从而实 现路 灯 的光 照 强 度 的 改 变，达 到“光 控”的 目的。这 样不 仅节 约 电能，而 且也 保护 了路 灯，延 长 了 它们的使用寿命；还可根据路灯上的传感器感应公路上 2 0 8 行车和行人的声音、速度，将这些信息反馈给分站控制 中心，由分 站 智能控 制 器 决 定 是 否 打 开灯，以及 打 开 灯 的数量和光照强度。上述设计
14、遥控模式，可根据具体情 况 酌情 考虑 选 用。2 2遥测、遥 信功 能 通过分站集 中控制器对区域 内路灯数据(如实时电 压、电流、接触器状态、有功功率、无功功率、功率 因数、用 电量 等)的检 测和 采集，再 由无 线或 有 限通讯 手 段，将 数据反馈给主站控制 中心，进而分析各区域 内每盏路灯 的工作情况，了解它们的实际使用功率，开关次数、关照 强度、亮灯率、节约电能资源等方面。2 3 遥 监、遥视 功 能 对于现场检测的数据和信息，通过网络传输给控制 中 t5，可 由控 制 中心 的 电脑 L C D进 行 图文显 示，如 配上 G I S和 GP S的相关 硬件 和软件，则可对这些
15、数据 和信 息，进行实时监视和管理，真正意义上体现 出管理无人 化、系统 服务 高效 化、反应 维护 快速 化 的特点。2 4 自动检 测、反 馈、报 警功 能 通过 中心控制 主 站对 分站 集 中控制 器 的命令，集 中 控制 中心对区域内各路灯进行实时监控和巡查，如果发 现异常情况，如在不该亮灯和熄灯的时候发生“时控”失 灵故障、电流和电压超过高低 限造成“光控”失灵、还有 导致电灯无法正常工作 的其他设备和控制器故障等，就 将 这些 数 据通 过通 讯手 段反 馈 给 中心控 制 主站，主站 通 过声 音报 警来 引起 注 意，如有 GI S地 理 信 息 系 统，则 能 迅速显示出故
16、 障点 区域信 息，再 由中心 职务人员或 电 脑、网络 自动联系相关维修人员，这样不仅大大提高检 测、巡查工作的效率，减少了人员工作强度，而且提高了 整个路灯系统的反应机制和处理突发事件的能力。2 5统计、查 询和 打 印功 能 智能控制系统中心能对采集反馈的实时数据 和信 息 进行存 储、统计 和 分 类，以表 格、曲线、直方 图 等显 示 出来，可根 据年、月、日统 计数 据 进 行 查 询，同 时 可通 过 本文打印出来作分析和研究。还可配上相关管理软件，对实测数据和信息进行管理和分类，以便更加直观地了 解整体路灯运行情况，如每月故 障类别分类统计，某 区 域内路灯开关、持续工作时间、
17、亮灯率情况，电源点电量 统计，电源过负荷故障分析情况，“时控和光 控”条件下 的 电量节 约 情况 等。2 6 其 他 功能 可根据需要，进行卫星校时、信息存储管理、终端设 置管 理等 功 能。3基于 通讯 网络 的 智能路 灯控 制 系统 设计 与应 用 无论是何种智能路灯控制系统，都需要进行远程监 l现代电子技术 2 0 1 0年第 1 期总第 3 1 2期 电子技术应用司 测和管理，这必然需要通讯 网络，而通讯方式有很多种，如采用电信系统 网络、I n t e r n e t、或其他网络等。其中属 I n t e r n e t 功能最强大、速度 和效 率最快，它可以通过各 地域的分控制
18、器或控制柜，嵌入计算机模块，实现它们 的 T C P I P协议，从而能够使得分控制器能够接受主控 制中心的远程命令和管理，同时它也能根据需要就信息 数据给予中心及时的反馈，这种方式是值得提倡和推广 的。现介绍几种其他通讯方式的应用。3 1 基 于 GS M GPRS的 智 能 路 灯 控 制 系统 设 计 与 应 用 智能控制型路灯的远程通讯方法很多，采用电信系统中 的 GS M(Gl o b a l S y s t e m f o r Mo b i l e Co mmu n i c a t i o n，全 球移 动 通 信 系 统)或 GP R S(Ge n e r a l P a c k
19、 e t Ra d i o S e r v i c e，通 用分 组无线 业 务)网络 来 实 现 智 能 控 制路 灯 的远程管理和监 控，利用 G S M 的成本低、频谱利用率 高、系统容量大、保密性好、抗干扰 能力强、自动漫游等 优点，直接把要发的信息加上 目的地址发送 即可；而 G P R S是在 GS M 系统 的基础 上利 用 分组交 换 技术 建立 的，它 在兼 容 GS M 的 同时 能 在 网络 上 传 输 高 速 数 据，利用 G P R S的资 源利用率 高、传 输速度 快、接入 时 间 短、随时在线访 问查询、支持 TC P I P协议 等优 点，故 G P R S网络
20、特别适合于频发小数据量的实时传输 1 ，这 正好符合智能控制路灯的遥控设计思路。路灯智能监控系统是一个分布式、集散型、网络化、全开放的监控系统。监控中心对整体路灯系统控制，向 分控点发出命令，对分控点的运行状态、电流、电压、电 量等参数进行采集，并将 信息反馈给监控 中心，供显示 屏 显示、打 印机 打 印及 管 理人 员 分 析 处 理，同时 对 分 站 内路灯进行开 关控制，如图 2 所示l 5 。图 2 基 于 GSM 的 智 能 路 灯 控 制 系统 随着 计算 机嵌 入 式 技术 的发展，通 常 可 以利 用 G S M 和 G P R S的技 术 模 块 嵌 入 到 现 场 单 片
21、 机 控 制 器 中，从而实现无线远程路灯的智能监 控和管理，为交通 运输工程提供高速、在线、透明的数据通讯网络，如图 3 所示。园 匮拇 囡 因岳 囡 咽抖 图 3基 于 GP RS 网络 和 模 块 的 智 能路 灯控 制 系统 3 2 基 于 Z i g B e e网络 的 智 能 路 灯 控 制 系统 设 计 与 应 用 Z i g B e e 是 I E E E 8 0 2 1 5 4协议 的代名词。根据这 个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技 术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数 据速 率、低 成 本。主要适 合 用于 自动 控制 和远 程控 制领 域，可
22、以嵌入各种设备。简而言之，Z i g B e e就是 一种便 宜 的，低 功耗 的近距 离 无线组 网通讯技 术。它 是一 个 由 可多到 6 5 0 0 0个无线数传模块组成 的一个无线数传网 络平台，在整个 网络范围内，每一个 Z i g B e e网络数传模 块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可根据需 要从标准的 7 5 m无限扩展。正是利用 Z i g B e e网络的特点，将其应用到智 能路 灯无线控制系统中，这使得在路灯管理 中非常适合使用 Z i g B e e 技术。使用 Z i g B e e 无线通信，可实现如下功能：无线控制、信号传递、传递一些辅助控制信号 和监视信
23、 号、快 速巡 检、交 通灯 智 能管理 等 6 。4基 于控 制模 式 的智 能路灯 控 制 系统 设计 与应 用 传统的智能路灯控制一般采用：时间控制 、光照控 制_ 8 等，这类控制一般是根据季节、气候、时差等因素，由 主要控制中心对某一区域内的交通路灯进行开关、时间、光 照强度调控 的方式。这 类控制方 式在特 殊 时段 对交通 熄 灯、减少亮灯 率、减 少 光照 强 度 的做 法，虽然 节 约 了 电 资 源，更加经济，但 是也为交通 安全增添 了隐患。很 多研 究机 构发 现，路 灯 一开 始点 亮 时所需 电 压大 于等 于额定 电压，在 使用稳 定 以后仅 需 要较 低一 些
24、的 电 压工作即可；据研究，照明亮度 下降 1 0 9 6，人 眼的感光 度仅仅下降仅为 1 ；而道路在后半夜时 属于用 电低 峰时期，电灯 的实际使用 电压会渐渐升高，这不仅加强 了路灯的亮度、造成电资源浪费，而且缩短 r电灯 的使 用寿命。故基于上述观点，出现 了很 多电压控 制的模 式，即在特殊时段或根据具体需要，通过各分控制器调 控路灯的实际使用电压，这有效地克服了 述缺点。现在出现了更加智能、更加节能、且 同时 电不降低 209 贺一鸣等：智能路灯控制系统设计与应用研究 l拧 1 L 一 J 臣 E(2)通过系统研究发现，智能控制型路灯一般应该 具备遥控、遥测、遥信、遥监、遥视、自动
25、反馈、自动报警、统计、查询和打印的功能。(3)从通讯 网络和控制模式的角度，分析 了智能路 灯控制系统的设计，为下一步智能系统的实施和采用打 下基 础。参考文献 1 刘俊伏，刘金娥 基于 GP R S的城市路 灯远 程监控 系统 J 河北工业科技，2 0 0 7，2 4(5)：2 8 6 2 8 8 2 毛永 伟 淮 安 市 路 灯 智 能 监 控 系统 概 述 J 灯 与 照 明，2 0 0 7，3 1(3)：35 3 袁文军 浅谈 西 宁市实 现路 灯微 机智 能监控 的 必要性 J 青海电力，2 0 0 4，2 3(1)：2 O 一2 2 4 春建强 浅析 西 宁市 路灯 智 能化 管
26、理 J 青 海交 通 科 技，2 0 0 8(5)：91 3 I-5 王志 民，李晟 基 于 G S M 短信 通 讯 的 路 灯 智 能监 控 系统 J 自动化与仪器仪表，2 0 0 6(5)：7 2 7 4 6 邵 子扬 新 型 智能 节 能路 灯 的设 计 J 世 界 电子 元 器件，2 0 0 9(2)：7 88 1 7 胡开明，李跃 忠，卢伟华 智能 路灯节 能控 制器 的设 计 与实 现 J 现代 电子技术，2 0 0 9，3 2(9)：1 4 3 1 4 5 8 潘 晶莹，杨思俊 基于 MP P T技术的太 阳能发 电的路灯 控制 系统案例分析 J 现代 电子技术，2 0 0 8
27、，3 1(2 3)：1 2 2 1 2 6 9 辛 红伟，唐慧 强，彭树生 多普勒 路灯 智能 控制 器及 其应 用 方案研 究 J 电力电子技术，2 0 0 7，4 1(1 O)：3 1 3 3 1-1 o 程明明，仇 玲，张少甫 基 于 Wi n d o w s C E的智 能路灯 照明 系统 J 电子产品世界，2 0 0 6(1 0)：9 29 6。作者简介贺一鸣 男，1 9 8 1年 出生，重庆人 主要研 究方 向为 电气设计。(上 接 第 1 9 7页)3 韩 晓茹，肖铁 军 嵌 入式 系 统 中 C P I D器 件 的 在 系统 编程 f-j 计算 机工程，2 0 0 3，2 9
28、(1 4)：1 7 2 1 7 3 4 I E E E S t d 1 1 4 9 12 0 0 1，T e s t Ac c e s s P o r t a n d B o u n d a r y Sc a n Ar c hi t e c t ur e I EEE，20 01 5 Xi l i n x Vi r t e x一 4 C o n f i g u r a t i o n Gu i d e Z V1 5 2 0 0 7 6 X i l i n x C o n f i g u r a t i o n a n d R e a d b a c k o f t h e S p a r t a
29、 nI I a n d S p a r t a n I I E F a mi l i e s Z 2 0 0 2 7 赵 蕙 边 界扫 描 测 试技 术 在 远 程 实 验 系统 中 的应 用 研究 D 镇江：江 苏大学，2 0 0 5 8 吴冬冬 一种基于 F P GA的可重构计算系统设计 l-D 北京：中国科学 院计算 技术 研究所，2 0 0 6 r 9 ARM I t d ARM9 TDMI Te c h n i c a l Re f e r e n c e Ma n u a l r Z 2 0 0 8 作者简介 张宝利 女，1 9 8 4年 出生，陕西宝鸡人，硕士 生。主要研 究方向为空间计 算机技 术与应用。龚龙庆 男，1 9 6 2年 出生，吉林 长春人，研 究员。主要研 究方向为空间计 算机技 术。方 超 男，1 9 8 4年 出生，安徽 东至人，硕 士生。主要研 究方向为空间计 算机技 术与应用。2 1 0