ZIGBEE無線智能照明管理系統(tǒng)講課稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ZIGBEE無線智能照明管理系統(tǒng)-ZIGBEE無線智能照明管理系統(tǒng)-解決方案V3致力于：環(huán)境節(jié)能第一章:緒論.第二章:無線照明系統(tǒng)的概述.第三章:無線照明系統(tǒng)功能介紹.第四章:無線照明系統(tǒng)特點.第五章:管理系統(tǒng)的介紹.緒論ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離無線通信技術(shù)，由IEEE802154標準定義，網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用支持子層由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定。ZigBee技術(shù)具有低速率、低功耗及組網(wǎng)靈活等特點，在消費電子、智能家居、建筑自動化、工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。道路照明是城市公共設(shè)施的重要組成部分，

2、目前國內(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)域為單位對照明設(shè)備進行簡單的開關(guān)燈控制，這樣的控制方法不能實時的獲得每盞路燈的狀況，也無法根據(jù)具體情況調(diào)整路燈亮度，不能有效的節(jié)省電能。目前國內(nèi)多數(shù)城市路燈的開、關(guān)控制仍由每臺變壓器(配電箱)分散控制，很少有對路燈進行監(jiān)控，缺乏靈活多變的操作系統(tǒng)，因此存在著一系列的問題：(1)系統(tǒng)復(fù)雜，難以統(tǒng)一管理。(2)路燈覆蓋面廣，維護困難，維護力量嚴重不足，疲于應(yīng)付。路燈損壞情況不能及時掌握以及反饋，給快速維護帶來困維，同時給道路上行駛的人們帶來不便。(3)開關(guān)控制效率低，用電浪費現(xiàn)象嚴重。目前大部分城市燈光采用的是人工管理模式：一是使用人工開

3、關(guān)燈控制，由工作人員在需要的地段和需要的時間，人工開關(guān)燈；二是使用機械鐘控開關(guān)燈控制方式，如果需要調(diào)整開關(guān)燈時間，則必須人工到各現(xiàn)場調(diào)整每一個機械時鐘控制器，工作難度大，造成開關(guān)燈時間不能及時變更，難以做到合理開關(guān)燈，用電浪費嚴重。(4)存在安全隱患，無法快速掌握路燈運行狀態(tài)，無安全保障，統(tǒng)計困難。道路照明路燈系統(tǒng)龐大復(fù)雜，對各種漏電、觸電、短路、跳閘，電纜和燈具被盜、破壞等現(xiàn)象不能及時發(fā)現(xiàn)，存在較大安全隱患。也無法對整個系統(tǒng)每盞燈的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)進行每天統(tǒng)計，不能及時快速地掌握燈光系統(tǒng)的運行狀態(tài)。針對上述的缺點及道路照明監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀中提到的不足，利用ZigBee技術(shù)與LED路燈的

4、結(jié)合能很好解決路燈的監(jiān)控和節(jié)能問題。主要原因如下：ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容量十分巨大，理論上一個協(xié)調(diào)器能容納最大節(jié)點個數(shù)可以達至65535個，每個路由器也能容納255個節(jié)點。這在照明監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用上是其它技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。通常，我們可以把一個區(qū)域的路燈用一個協(xié)調(diào)器來控制。在路燈控制系統(tǒng)中，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很少，只需幾分鐘甚至幾十分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)。每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量也很小，所以ZigBee技術(shù)的低速率的特點恰好適合應(yīng)用在這個控制領(lǐng)域中。利用ZigBee技術(shù)低功耗的特點，實現(xiàn)節(jié)能的目的。ZigBeeI作在2.4G的免費頻段上，不會像使用GPRS一樣浪費許多無線電的資源。ZigBee技術(shù)是一種自組織網(wǎng)

5、絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可以隨意變動，而且ZigBeeN絡(luò)具有自愈功能，網(wǎng)絡(luò)不會因為一個或幾個節(jié)點壞掉而癱瘓；也不會因為增加一個或幾個節(jié)點而影響整個網(wǎng)絡(luò)的工作。ZigBee技術(shù)可以多跳路由，與普通的多跳不同，自組織網(wǎng)絡(luò)的多跳路由是一塊普通的節(jié)點來完成的。這些優(yōu)點應(yīng)用在道路照明監(jiān)控系統(tǒng)中是十分有利的，因為道路的環(huán)境比較復(fù)雜。假如兩盞路燈之間遇到大的障礙物時，我們可以通過增加冗余節(jié)點的方式來改變網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，從而繞過障礙物使整個網(wǎng)絡(luò)暢通。利用ZigBee技術(shù)可以節(jié)省監(jiān)控系統(tǒng)的成本，因為zigBee技術(shù)比GPRS等技術(shù)成本要低很多，而且可以在監(jiān)控中心控制路燈的開關(guān)，更加靈活的操作。無線控制智能路燈管理系統(tǒng)

6、概述無線控制智能路燈管理系統(tǒng)由一個控制系統(tǒng)中心（計算機系統(tǒng)+GPRS數(shù)傳終端）、若干移動控制終端（GPRS數(shù)傳終端）、若干子網(wǎng)控制器（ZigBee協(xié)調(diào)器+GPRS數(shù)傳終端）、如干路燈路由器和若干個路燈控制器組成無線控制網(wǎng)絡(luò)。通過子網(wǎng)控制器采用GPRS通信方式（也可以采用互聯(lián)網(wǎng)internet方式）與系統(tǒng)中心聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)中心通過子網(wǎng)控制器發(fā)布命令可以任意控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一盞路燈。路燈控制器除了常規(guī)控制開關(guān)、報警功能外，同時可以采集路燈的電壓、電流、功率因素等信息，也適用于LED路燈的控制。在系統(tǒng)各子網(wǎng)內(nèi)路燈控制器通信采用ZigBee協(xié)議，無需通信費用，子網(wǎng)控制器是采用GPRS數(shù)傳終端，對子網(wǎng)內(nèi)采用Z

7、igBee協(xié)議與路燈控制器通信，對系統(tǒng)中心通過GPRS通信。該無線控制網(wǎng)絡(luò)由GPRS網(wǎng)絡(luò)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)組成，系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：ZIGBEE控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖無線控制智能路燈管理系統(tǒng)的組成單元：路燈控制器(SZ10系列)主要功能有：控制路燈開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、電流采集、電壓采集、計算功率以及功率因數(shù)等。單燈控制器分為模塊式（內(nèi)置燈具中）和外掛式（可內(nèi)置燈桿中），分別滿足路燈企業(yè)和工程商的使用需求。路燈路由器(SZ10系列)在有限的路由深度和網(wǎng)絡(luò)容量的前提下，不但具有路燈控制器的各項功能，而且中繼路由路燈控制器的無線傳輸信號。子網(wǎng)管理器（ZigBee協(xié)調(diào)器+GPRS數(shù)傳終端）主要功能有：接

8、收和發(fā)送子網(wǎng)內(nèi)的所有路燈控制信號、數(shù)據(jù)記錄、報警處理等。它負責控制子網(wǎng)內(nèi)的路燈控制器運行，將系統(tǒng)中心的命令下達給路燈控制器，將路燈控制器及線路信息反饋系統(tǒng)中心。子網(wǎng)控制器處于系統(tǒng)中心和各子網(wǎng)內(nèi)路燈控制器的中間，向上通過GPRS方式與系統(tǒng)中心通信，向下則是通過ZigBee通訊協(xié)議方式，同各個路燈路由器通信。系統(tǒng)中心（計算機系統(tǒng)+GPRS數(shù)傳終端）系統(tǒng)中心主要實現(xiàn)通過系統(tǒng)控制軟件對不同子網(wǎng)下的路燈控制器進行遠程數(shù)據(jù)訪問和控制，包括參數(shù)配置，控制命令發(fā)送、現(xiàn)場燈具狀態(tài)收集等。能夠顯示路燈狀態(tài)（亮度、電壓、電流、功率和功率因數(shù)）信息，能夠遠程控制路燈的開關(guān)和調(diào)節(jié)路燈的亮度，可以實現(xiàn)時序調(diào)度事件、讀取數(shù)

9、據(jù)記錄、監(jiān)視事件和報警應(yīng)答等操作。移動控制終端（GPRS數(shù)傳終端）用于配備路燈管理和巡查人員，使得路燈管理和維護更加方便和快捷。采用這套先進的路燈無線控制智能管理系統(tǒng)，可以對城市的路燈實施統(tǒng)一啟閉，對夜間照明系統(tǒng)和路燈的實時監(jiān)控和管理，確保高效穩(wěn)定，全天候運行，控制不必要的“全夜燈照明”，有效節(jié)約電能消耗。對于城市公共照明系統(tǒng)來說，采用智能化的管理系統(tǒng)是實現(xiàn)能源節(jié)約、減少資源浪費、滿足人們生活要求、顯示現(xiàn)代化城市靚麗風景的科學(xué)解決方案。為達到最好的可靠性和安全性，無線控制智能路燈管理系統(tǒng)中ZigBee控制器的路由深度為18級，每個單燈控制器繼有路由功能也兼有終端功能，因此最多500多盞路燈組成

10、一個ZigBee子網(wǎng)。ZIGBEE組網(wǎng)意示圖：如圖下第三章系統(tǒng)功能介紹(1)自動巡測功能：系統(tǒng)中心可以自動巡測每路路燈的開關(guān)狀態(tài)。(2)數(shù)據(jù)采集功能：采集電流電壓、電量、功率因素等數(shù)據(jù)，做如下動作：(3)節(jié)能評估：方便客戶進行有功功率，無功功率的計算,為節(jié)能評估打下數(shù)字基礎(chǔ)；(4)過載保護：通過采集到的數(shù)據(jù)進行處理判斷，保證負載處于合理范圍內(nèi)。(5)空載保護：如果采集到電流小于門限值，則不允許進行開燈操作。(6)控制功能：系統(tǒng)中心可以隨意開關(guān)任何一路路燈或開關(guān)自定義群組的路燈。(7)自動控制功能：現(xiàn)場按預(yù)先設(shè)計好的時間計劃自動調(diào)節(jié)路燈開關(guān)時間。(8)報警功能：將過去的巡邏式維護報警改為預(yù)防式等

11、待報警，這樣系統(tǒng)中心可以得到第一手資料從而迚行調(diào)度協(xié)調(diào)。故障出現(xiàn)后，系統(tǒng)中心可以準確獲取故障燈的位置信息，工作人員可以在最短時間內(nèi)趕到現(xiàn)場迚行維護。通過采集電力線的電流、電壓值，通知系統(tǒng)中心，從而迚行防盜處理。(9)顯示功能：可以根據(jù)GIS電子地圖上顯示每路路燈的開關(guān)狀態(tài)及其它重要信息。(10)數(shù)據(jù)存儲功能：可對路燈安裝和時間、地點、運行參數(shù)、工作時間等用戶關(guān)心的信息進行記錄存儲。(11數(shù)據(jù)查詢功能：系統(tǒng)中心可以通過互聯(lián)網(wǎng)查詢?nèi)我鈺r間段每路路燈數(shù)據(jù)信息。(12報表功能：可以生成電流、電壓、功率因素、亮燈率、開關(guān)時間的分析曲線和報表。(13)遠程維護功能：進程網(wǎng)絡(luò)維護，控制模塊具備遠程參數(shù)設(shè)置和

12、維護功能。(14)拓展功能：如調(diào)光控制，配合LED調(diào)節(jié)燈光亮度，在不影響照明前提下，達到最大節(jié)能效果。系統(tǒng)可自由增減路燈控制器的數(shù)量；路燈控制器可以擴展其它功能，配合其他節(jié)電控制技術(shù)進一步降低路燈能耗。第四章系統(tǒng)特點(1)節(jié)省成本：安裝施工簡易快捷，無需鋪設(shè)專線；每個路燈只需要一個路燈控制器，最多每100至500個路燈配備一臺子網(wǎng)控制器，節(jié)省了GPRS流量。不用改變既有的電力線架設(shè)和配電控制網(wǎng)絡(luò)，一方面節(jié)省了人力物力；一方面自動組網(wǎng)的ZigBee模塊不受天氣和地形的影響，也保證了通訊的可靠性。(2)每天可進行自動通、斷電操作；可保證工作日、節(jié)假日按不同的時間自動通、斷電；可對用電設(shè)備進行分區(qū)、

13、分線路管理。(3)控制燈具的開/關(guān)和亮度，從而可以顯著延長燈具的有效壽命，減少燈具更換次數(shù)，節(jié)約資源，減少有害氣體污染環(huán)境?？梢赃h程設(shè)置節(jié)點控制參數(shù)，實現(xiàn)節(jié)點的靈活控制。在后半夜車稀人少時，則控制路燈保持較低照度的照明（或者實行“半夜燈”調(diào)節(jié)控制）。這樣做主要優(yōu)點就是在調(diào)光的同時，也大幅降低了電耗，節(jié)約用電，同時還可以延長燈源壽命。4)根據(jù)天氣情況和實際光的照度，自動控制燈具的開/關(guān)和燈具的亮度，如在不好的天氣時及時打開路燈，對于安裝在橋下或隧道的路燈，路據(jù)實測光強，來自動以最佳的亮度打開路燈，提高公眾滿意度，在災(zāi)害天氣使路燈更人性化。(5)通過系統(tǒng)中心設(shè)置，防止非授權(quán)人操作，確保系統(tǒng)控制安全

14、可靠。依據(jù)采集數(shù)據(jù)情況，可判斷終端設(shè)備運行狀態(tài)情況。所有運行參數(shù)（自動通斷電時間，區(qū)域劃分）可在管理終端隨時設(shè)置，隨時啟用，管理方便。第五章智能照明管理系統(tǒng)介紹1、操作系統(tǒng)系統(tǒng)適用于Microsoft公司的Windwos7中文版操作系統(tǒng)，服務(wù)器采用Windows2000Server/2003Server。系統(tǒng)具有多窗口、多任務(wù)、多線程的特點。充分發(fā)揮計算機不斷發(fā)展的硬件資源使最為先進的設(shè)計思想和技術(shù)得以實現(xiàn)，從而使程序運行快捷、穩(wěn)定可靠。同時，系統(tǒng)提供了完備的中文環(huán)境。在此平臺上開發(fā)的照明集中管理系統(tǒng)既能做到實時監(jiān)控、任務(wù)處理，又有極好的友善的中文界面。2、架構(gòu)方式整個系統(tǒng)采用客戶機/服務(wù)器和

15、瀏覽器/服務(wù)器相結(jié)合的組網(wǎng)模式，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、通訊服務(wù)器等多服務(wù)器和多個應(yīng)用工作站就地組成局域網(wǎng)。動態(tài)的負載平衡能力，可以令系統(tǒng)時刻保持最優(yōu)的性能。還可以通過Internet經(jīng)過身份驗證后進行遠程數(shù)據(jù)查詢和控制的。3、軟件的開發(fā)工具本系統(tǒng)采用VisualBasic作為上層開發(fā)工具，底層動態(tài)庫采用C+語言編寫，搶占式多線程多任務(wù)運行方式?；贑OM技術(shù)，采用分層的模塊化結(jié)構(gòu)，層次接口明晰，以后對各個模塊的維護和更新不會影響到其他的模塊。在整個照明集中管理系統(tǒng)的設(shè)計中，還運用了多種著名應(yīng)用軟件在不同領(lǐng)域里的特長，如應(yīng)用ADOBE公司的PHOTOSHOP專業(yè)圖形制作軟件進行圖形設(shè)計，應(yīng)用3DMAX進

16、行三維制作等等，使用戶界面更加精美。4、軟件結(jié)構(gòu)與特點系統(tǒng)軟件的主要目的是向用戶提供友善的人機接口和高級管理功能，配合硬件使各種繁重、復(fù)雜、重復(fù)的工作在極短的時間內(nèi)自動完成。路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)的軟件完成了系統(tǒng)各模塊間的總級聯(lián)和總管理。計算機根據(jù)值班員的意愿，不折不扣地完成各項任務(wù)。5、開放的數(shù)據(jù)庫接口系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用微軟的SQLServer2000，提供強勁的數(shù)據(jù)存貯和快速查詢支持，使用一系列相互協(xié)作的組件，更富有成效的管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。開放的數(shù)據(jù)庫接口，可方便的與第三方廠商的MIS、EMS進行掛接，還可以通過Web服務(wù)器對監(jiān)控系統(tǒng)的各種實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行遠程瀏覽查詢。6、友善的人機界面和高級管理

17、功能系統(tǒng)軟件適用于Windows98/NT/2000/XP/7平臺，簡便易學(xué)。整個操作過程中幾乎不必用鍵盤，只用鼠標點擊即可，非常適用于一般的操作人員掌握。網(wǎng)絡(luò)化信息管理與數(shù)據(jù)共享。采用實時數(shù)據(jù)庫和歷史管理數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的管理模式。采用開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，管理人員可以通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)鏈接成為分控終端，方便查詢系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，并可與常用的數(shù)據(jù)庫如FOXPRO、ACCESS、EXCEL等直接接口，以實現(xiàn)廣泛的數(shù)據(jù)共享，還可以通過Internet對中央控制室數(shù)據(jù)進行遠程調(diào)閱。7、實時/歷史數(shù)據(jù)圖表提供各分站的一次接線圖，實時顯示RTU的運行電壓、電流、亮燈率、運行狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)等。同時可以查詢或打印分站的歷史運

18、行數(shù)據(jù)如電壓、電流圖、亮燈率直方圖等。8、亮燈率計算系統(tǒng)會根據(jù)每個分站的運行電壓、電流、有功功率和功率因數(shù)等自動計算并存貯亮燈率，同時會計算出系統(tǒng)的實時總亮燈率，顯示在主窗口上。策略控制系統(tǒng)可根據(jù)用戶的設(shè)置，實現(xiàn)節(jié)假日及每月，每周，每天，每時段的自行亮燈方式，策略可保存可重復(fù)到指定日期。9、系統(tǒng)身份登記管理計算機操作人員可以分等級，設(shè)定有自己的密碼及值班記錄，只能完成權(quán)限范圍內(nèi)的操作，權(quán)限范圍以外的操作將被屏蔽禁止。超級管理員超級管理員administrator，只有使用此身份登錄才能完成對系統(tǒng)的全面設(shè)置及管理，包括系統(tǒng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、分站參數(shù)設(shè)置、增加及刪除站點、布置燈組等。因此，超級管理員是

19、指制造商、系統(tǒng)維護工作人員或高級用戶。起到系統(tǒng)總管理及協(xié)助日常維護作用。一般管理員一般管理員一般指用戶的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)。系統(tǒng)正常運行后超級管理員隨即向一般管理員授權(quán)，一般管理員可設(shè)置大部分系統(tǒng)參數(shù)，和分站所有的參數(shù)以及將這些參數(shù)傳送到分站RTU中。系統(tǒng)操作員系統(tǒng)操作員指一般值班人員，能夠查看但不允許修改參數(shù)及下發(fā)到分站RTU，但可以進行一般值班性操作比如手控操作、即時查詢等。以上用戶分別持有自己的密碼和用戶名，計算機會把每項操作的具體內(nèi)容和時間存入數(shù)據(jù)庫，供以后查詢和分析。10、遠程診斷和訪問功能可在異地通過Internet經(jīng)過身份驗證后，對用戶的系統(tǒng)進行維護，升級程序模塊或修改數(shù)據(jù)等，對用戶的要求做到及時響應(yīng)。11、分站到主站報文中控室可以根據(jù)用戶預(yù)設(shè)間隔時間向各分站查詢運行情況，并把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，以便以后查詢并生成各種圖表。在GIS的基礎(chǔ)上，以圖形窗口、分層分區(qū)的形式，對設(shè)備進行管理。具