物联网技术单灯控制系统应用

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1单灯控制系统组成

莱州市单灯控制系统框图由路灯监控中心、GPRS无线数据通信系统、路灯监控终端和安装于每基路灯灯杆处的单灯控制器组成。该系统利用中国联通烟台有限公司莱州分公司的GPRS网络进行大区组网，将监控中心局域网与联通GPRS核心网络接入平台进行专线链接，为每台监控终端安装移动SIM卡（SIM卡只开启数据传输功能），并且配置监控中心的IP地址后，即可实现监控中心与监控终端的数据传输，达到远程监控的目的。而监控终端通过RS-485接口与单灯集中器连接，采用ISM无线小区组网方式与安装在每基灯杆处的单灯控制器进行通信，并完成与监控中心的通信中转任务。

1.1单灯控制系统组网方式

1.1.1单灯有线方式（电力线载波）

电力线载波通信的发展已有很多年了，它是借助电力线，将高频信号叠加在电力线上进行低速数据传输的技术，广泛应用于自动抄表、智能电网等领域。优点：借助原先路灯电力线进行通信，无需铺设电缆和安装天线，可实现长距离数据通信；网络协议简单；维护方便。缺点：由于路灯线路复杂多变，灯型和阻抗各有不同，单一载波频率很难适应各种线路，通信成功率不到90%；变压器对载波有阻隔作用，电力载波信号只能在一个变压器配电区域使用，无法实现跨越。

1.1.2单灯ISM无线方式（433MHZ）

ISM为国际通用的无线频段，433MHz无线网络广泛应用于工业、科学和医学领域，国内在远程抄表、工业控制、电子消费产品和无线传感网中均有成功应用。优点：频率免费使用，穿透性和绕射能力强，传播距离最远可达2000米；发射功率低，接受灵敏度高，稳定可靠；经济适用。缺点：单一的433MHz频点易受干扰，可通过无线模块自身特有的十组频点跳频技术来解决；

1.1.3单灯ISM无线方式（Zigbee）

ZigBee是一种无线连接网络，工作在2.4GHz频段，具有最高250kb/s的传输速率，它的传输距离在10-75米的范围内，类似于WIFI技术，多用近距离数据传输。优点：功率低，时延短；协议通用、开放；采用加密算法和避免碰撞机制，安全性高，可切换16个信道。缺点：波长短，只能直线传输，无法绕开障碍物；传输距离短，超过75米需增加中继，可靠性大大降低，中继故障将导致后面链路所有通信中断。

1.2单灯集中器

单灯集中器安装于路灯控制箱处，与监控终端通过RS-485接口对接，主要实现承上启下的作用。一方面，单灯集中器负责集中采集所管辖路段所有路灯的电压、电流、有功、无功、功率因素等参数，向单灯控制器发送开关灯指令；另一方面，单灯集中器与三遥终端进行数据传递，由三遥终端向监控中心实时传输数据。单灯集中器主要技术指标如下：（1）处理器采用Corex-M332位ARM芯片，运行速度快，可靠性高；（2）软件可远程升级；（3）可容纳单灯控制器容量≥256个；（4）内置锂电池，停电后可使用8小时以上；（5）具有自身和单灯控制器参数掉电保存功能；（6）较好的接收灵敏度和抗干扰性能，信道冲突自动检测；（7）单灯集中器自身故障，可根据自带时钟及常闭触点确保路灯正常开关。（8）供电范围：AC220V±20%；（9）工作温度：-40～+70℃；（10）防护等级：IP51；（11）防雷等级4级；

1.3单灯控制器

单灯控制器主要应用于路灯照明，可以实时在线监控每一个灯杆每一盏灯的工作，采用国际上先进的物联网技术，经精心研制而推出的新产品。单灯控制器安装于路灯灯杆底部，防尘、防水设计，达到IP54防护等级，可根据灯杆尺寸和内部空间采用永磁吸附灯杆内壁或内壁悬挂固定。主要技术指标如下：（1）采用军品级MCU处理芯片和电力计量专用芯片，运算速度快，采样数据精度高；（2）采用无线或载波通讯方式与单灯集中器通信，通信距离最远可达2KM；（3）检测回路：2路，可检测电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数；（4）数据采集精度优于1％；（5）采用IP54防护等级，防水、防潮；（6）采用看门口电路、软件优化等方法进行抗干扰设计；（7）可适应高压钠灯、金卤灯、LED灯和节能灯等不同光源；（8）外形尺寸设计小巧，安装方便，采用透明外壳和指示灯，方便现场接线和维护；（9）工作温度：-40～+70℃；防护等级：IP65；（10）输入电压：220±20%VAC；（11）绝缘等级ClassI；

2单灯控制系统主要功能

（1）实现单、双、三头（臂、火）的控制、调光和检测；（2）通过中心站软件或手机APP指令实现片区、街道、间隔和一侧（单、双数）等控制方案，以及主道开灯、辅道开灯、主辅全开、主道调光、辅道调光和主辅调光等控制模式；（3）可实现3路0-10V独立调光输出控制；（4）具有异常开关灯、电压电流超限、灯具故障、灯杆漏电、通信失败等报警功能；（5）可按照周计划、日计划自主独立运行；（6）能够检测各个灯头的电压、电流、有功、无功和功率因素；（7）实现了通过更换通信模块，即可实现433MHZ、Zigbee和电力线载波三种不同得通信方式，确保通信无盲区覆盖。（8）实现白天修灯只开启需要维修的单盏路灯，无需开启整条路段路灯。

3结语

莱州单灯控制系统建成后，只要在监控中心就可掌握全市主要路段每盏路灯的亮灯情况，路灯故障可直接定位，准确及时的维修，大大提高工作效率，同时也为管理者精细化管理奠定了技术基础。另外通过设置各路段每天亮灯方案，隔灯亮、半夜关闭广告灯箱、奇偶日轮换亮灯等方式不仅节约了大量电费还大大延长了灯具的使用寿命。因此该系统的建设获得了很好的社会效益和经济效益。

作者：李宁华 单位：南京理工科技系统有限公司