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接口功能包括:1个MiniUSB接口

人气:发表时间:2018-06-06 16:33
摘要:先进的途径照明不只可以提升城市的形象、提高交通运输效率,减少交通事故,还能节约年夜量的公共电能耗损。但对付年夜多半城市,由于缺少的必需根基设施(路灯级的通信链路),无法实...

  1弁言

  随着城市经济和规模的成长,各类类型的途径越来越长,灵活车数量迅速增加,夜间交通流量也越来越年夜,途径照明质量直接影响交通平安和城市成长。如何提高途径照明质量、低落能耗、实现绿色照明已成为城市照明的症结问题。途径照明的首要任务是在节约公共能源的根基上,提供平安和舒适的照豁亮度,达到减少交通事故,提升交通运输效率的目的。由于根基设施的条件所限,目前广泛缺少路灯级的通信链路,路灯控制方法一般只能对整条途径统一控制,无法测量和控制到每一盏灯。本文基于物联网,设计了一种嵌入式无线路灯控制模块,实现了每盏路灯的无线自主组网,使每一盏路灯都能遥测和遥控,与路灯设施中的一些单元(如电子镇流器等)连接,达到路灯的亮度(或照度)在30%~100%无级可调,在包管途径照明质量、改良识别可靠和视觉舒适环境下,依据情况光强度和时段,节约电能20~30%。

  2系统布局

  基于物联网途径照明系统的布局如图1所示,通过在每盏路灯嵌入一个无线通信模块,使它们自组网络,接受控制中心的命令并将路灯的状态反馈给控制中心;HG-2控制箱采纳ZigBee技巧与所管辖途径的所有路灯通信,采纳GPRS与控制中心通信,依据控制中心的指令或光阴和日照亮度对每盏路灯发出控制命令(路灯开启、关闭、照明度(功率年夜小)等),自动调节整条途径的功率平衡;控制中心由办事器、年夜屏显示、CenterView中央控制系统软件平台等构成,CenterView中央控制系统软件平台采纳3D设计,通过缩放变换以俯视的角度察看和控制到整个城市、一个街道、一条途径、甚至一盏路灯的照明环境;移动盘算对象(笔记本电脑、PDA、手机)和路灯维护车也能通过控制中心进行长途遥测和遥控。

 

  3无线通信模块

  3.1模块设计

  无线通信模块的MCU为Freesclae公司MC13213,MC13213采纳SiP技巧在9×9mm的LGA封装内集成了MC9S08GT主控MCU和MC1320x射频收发器。MC13213拥有4KB的RAM、60KB的FLASH,具有1个串行外设接口(SerialPeripheralInterface,SPI),2个异步串行通信接口(SerialCommunicationsInterface,SCI),1个键盘中断模块(KeyboardInterrupt,KBI),2个准时器/脉宽调制模块(Timer/PWM,TPM),1个8通道10位的模数转换器(Analog/DigitalConverter,ADC),以及多达32个的GPIO口等。如图2所示。

  无线通信模块采纳ZigBee技巧、IEEE802.15.4协议,通信笼罩半径可达150m,能与在其笼罩范围内的任何路灯节点自组网络和进行通信,除了实现路灯的物物相联以外,还具有调节电子镇流器的功率输出(30%~100%),实现节能和绿色照明,检测供电线路的电流、电压、功率因数以及、每一盏灯的工作状态,当发生故障(如灯具毁坏、灯杆撞击、人为破坏)时,及时向监控中心和相关部门报警等功能。

  无线通信模块还进行了防雨、防潮、防雷电、防电磁干扰设计,并充分考虑了安装方便、维护简单和可规复性(接入两根线就实现了路灯级的无线控制,拆除两根线又规复到本来的状态),可以嵌入在路灯的不合地位(灯杆底部、灯杆内、灯罩内)。

  3.2通信协议

  无线通信模块的通信协议如下:对比明实施按路段次序编号,通过命令转发和状态返回实现节点之间“手拉手”的通信。命令转发机制:每个节点通过一个位示图布局来记录哪些帧已经被转发(位示图最多可以表示256帧),如果节点接收到命令帧后,断定该帧是否已经被该节点转发,如已转发则丢弃该帧(节点只对收到的命令帧进行转发,对帧的内容不做改动),从而包管了以最快的速度控制一条线路,并且有效防止了某个节点故障影响整条线路的工作;状态返回机制:命令帧发送到达指定节点后,该指定节点则接收该命令并立即返回状态;转发规则:只有节点号比目标节点号小才转发,状态返回进程则相反。

  3.3与中央监控的连接

  一条传输通信链路由多少个ZigBee节点构成,在这些节点的中间设置一个簇节点(一条途径可以设置1个或多个簇节点),其作用是以GPRS的方法与控制中心通信(命令接受和状态返回),簇节点采纳Freescale公司32位CodeFire系列MCF52223芯片作为控制单元,GTM900B(华为GPRS通讯模块)和EM770W(华为WCDMA的3G通讯模块)作为远距离无线通信模。MCF5222x系列利用常用的V2ColdFire内核构建而成,在80MHz的频率下性能高达76MIPS(Dhrystone2.1),接口功能包括:1个MiniUSB接口,支持USBOTG功能,3个2线串口,1个麦克风输入接口,1个HEADSET输入/出接口,1个HANDSET输入/出接口,1个8Ω/16Ω扬声器输出接口,1个132*96点阵LED,1个5*5按键键盘,支持RTC、ADC、PIT&GPT、PWM等;GTM900B和EM770W则完成远距离的GPRS通信。

  4控制中心软件设计

  控制中心的软件设计平台为Windows2003,开发对象是微软VisualStudio2005,数据库使用SQLServer2005,与地舆信息系统相结合,在获取了街道、建筑物以及路灯的地位、形状等特征信息后,设计以路灯为主体的3维虚拟城市,在控制中心年夜屏幕上动态显示途径的照明后果,并可以通过平移,放年夜,缩小等几何变换,察看整个城市、街道甚至每一盏路灯的照明环境。该软件主要有5个功能模块:系统设置、智能控制、电量核算、故障处置惩罚和紧急预案。系统设置中的区域设置有市,区,街道和电控箱4种;路灯设置有路灯的地位、型号、生产单位、施工单位、维护责任人,安装日期、清洗维护日期等;亮灯方法设置有全开,全关,单号路灯开,单号路灯关,双号路灯开,双号路灯关,1/3路灯开,1/3路灯关,1/4路灯开,1/4路灯关,智能控制等11种控制方法;时段设置可依据不合的城市不合的季候设置不应时段的亮灯方法;智能控制有两方面内容:针对安装了电子型路灯的路段,依据季候变更和天气状况,通过及时采样情况光强度,对路灯的照豁亮度进行智能调节;在夜间,分外是深夜当检测到汽车和行人的流量十分稀少时,在不影响识别可靠的环境下,适当低落途径的照豁亮度,节约电耗;电量核算能对市,区,街道、电控箱甚至每盏路灯进行用电量的统计和核算;故障处置惩罚是对灯具毁坏、断电、断相、过流、过压、三相不平衡以及人为破坏等环境,在第一光阴向监控中心报警后迅速生成故障申报;故障处置惩罚的另一个功能是按路段和时段(年、季度、月)统计亮灯率、故障率、每次故障处置惩罚的效率(平均补缀光阴);紧急预案是对一些突发变乱订定度紧急预案,在特殊环境下,尽可能提供适合的途径照明,包管人民生命家当的平安。图3是控制中心软件的运行界面之一。

基于物联网的途径照明系统设计

  5实际应用

  物联网的途径照明系统自2009年5月以来,在某国家级工业园区进行了安装和测试,安装情况为同一条途径两边的各100盏路灯,途径左边的100盏路灯采纳无线传感智能控制,共增加本钱24600.00元人民币,途径右边的100盏路灯采纳通例的控制方法(子夜后单双号间离隔灯18:30~6:30),测试成果如表1所示。

基于物联网的途径照明系统设计

  从表1中可以看出,采纳物联网的智能控制,通过实际测试,物联网控制的100盏路灯在91天中,节约电能15925度,一般环境下在产品投入的半年内就可以收回全部投资。电耗低落有以下几个方面因素:开启关闭光阴的调剂,途径右边的路灯控制方法是依据季候设定开闭光阴(准时控制)并且是全功率开全功率闭,途径右边的路灯控制方法是情况光强度和季候自动控制开闭光阴,开启时,由于路面上尚有较强的情况光,路灯以补光的方法工作,逐渐增加照明强度,路灯关闭控制类似;深夜控制模式,由于深夜时企业与居民用电负荷减少,低压电网电压升高,通例控制方法下的路灯(途径右边)非常豁亮、眩目,往往造成过度照明,不仅年夜年夜增加耗电,同时也导致灯具、电器实际使用寿命迅速下降,年夜量增加维护量和维护费用,深夜控制模式(途径左边),采纳降功率照明,不只低落耗电,还能改良途径照明质量和视觉舒适度,延长灯具、电器的实际使用寿命;途径照明的智能控制,对有学校、居民密集的小区、途径转弯处、事故多发地带等特殊路段,适当提高照豁亮度,别的路段则适当低落照豁亮度。

  采纳物联网智能路灯控制后对故障自动侦测、报警具有及时性好、可靠性强各项长处,极年夜地缩短了由人工按期巡查检测的光阴和劳动强度。

  6结语

  先进的途径照明不只可以提升城市的形象、提高交通运输效率,减少交通事故,还能节约年夜量的公共电能耗损。但对付年夜多半城市,由于缺少的必需根基设施(路灯级的通信链路),无法实现先进控制措施,物联网(物联网)呈现和应用,有效地办理以上问题,本文基于无线传感网络,选择Freesclae公司MC13213芯片,设计了一种嵌入式无线通信模块,使整条途径的每一盏路灯自主联网,使用Freescale公司的MCF52223芯片、华为公司的GTM900B和EM770W作为长途通信模模块,实现了路灯的遥测、遥控,对节约公共资源,建设数字化和节约型城市有较高的实际应用代价。

标签:物联网,无线通信,照明系统

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