1、 ZIGBEE無線智能照明管理系統 -解決方案V3 致力于：環境節能 第一章:緒論. 第二章:無線照明系統的概述. 第三章:無線照明系統功能介紹. 第四章:無線照明系統特點 . 第五章:管理系統的介紹.第1章 緒論 ZigBee技術是一種新興的短距離無線通信技術，由IEEE802154標準定義，網絡層、應用支持子層由ZigBee技術聯盟制定。ZigBee技術具有低速率、低功耗及組網靈活等特點，在消費電子、智能家居、建筑自動化、工業控制等領域具有廣闊的應用前景。 道路照明是城市公共設施的重要組成部分，目前國內的道路照明系統大部分沒有采用網絡化監控管理，只能以區域為單位對照明設備進行簡單的開關燈控

2、制，這樣的控制方法不能實時的獲得每盞路燈的狀況，也無法根據具體情況調整路燈亮度，不能有效的節省電能。 目前國內多數城市路燈的開、關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控，缺乏靈活多變的操作系統，因此存在著一系列的問題： (1)系統復雜，難以統一管理。 (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)開關控制效率低，用電浪費現象嚴重。目前大部分城市燈光采用的是人工管理模式：一是使用人工開關燈控制，由工作人員在需要的地段和需要的時間，人工開關燈；二是使用機械鐘控開關燈控制方式

3、，如果需要調整開關燈時間，則必須人工到各現場調整每一個機械時鐘控制器，工作難度大，造成開關燈時間不能及時變更，難以做到合理開關燈，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，無安全保障，統計困難。道路照明路燈系統龐大復雜，對各種漏電、觸電、短路、跳閘，電纜和燈具被盜、破壞等現象不能及時發現，存在較大安全隱患。也無法對整個系統每盞燈的電壓、電流、功率等數據進行每天統計，不能及時快速地掌握燈光系統的運行狀態。 針對上述的缺點及道路照明監控系統研究現狀中提到的不足，利用ZigBee技術與LED路燈的結合能很好解決路燈的監控和節能問題。主要原因如下： (1) ZigBee技術的網絡容

4、量十分巨大，理論上一個協調器能容納最大節點個數可以達至65535個，每個路由器也能容納255個節點。這在照明監控系統應用上是其它技術無法比擬的優勢。通常，我們可以把一個區域的路燈用一個協調器來控制。 (2) 在路燈控制系統中，需要傳輸的數據量很少，只需幾分鐘甚至幾十分鐘發送一次數據。每次發送的數據量也很小，所以ZigBee技術的低速率的特點恰好適合應用在這個控制領域中。利用ZigBee技術低功耗的特點，實現節能的目的。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。 (3) ZigBee技術是一種自組織網絡，網絡拓撲結構可以隨意變動，而且ZigBeeN絡具有

5、自愈功能，網絡不會因為一個或幾個節點壞掉而癱瘓；也不會因為增加一個或幾個節點而影響整個網絡的工作。ZigBee技術可以多跳路由，與普通的多跳不同，自組織網絡的多跳路由是一塊普通的節點來完成的。這些優點應用在道路照明監控系統中是十分有利的，因為道路的環境比較復雜。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點的方式來改變網絡的拓撲結構，從而繞過障礙物使整個網絡暢通。 (4) 利用ZigBee技術可以節省監控系統的成本，因為zigBee技術比GPRS等技術成本要低很多，而且可以在監控中心控制路燈的開關，更加靈活的操作。 第2章 無線控制智能路燈管理系統 概述 無線控制智能路燈管理系統由

6、一個控制系統中心（計算機系統+GPRS數傳終端）、若干移動控制終端（GPRS數傳終端）、若干子網控制器（ZigBee協調器+GPRS數傳終端）、如干路燈路由器和若干個路燈控制器組成無線控制網絡。 通過子網控制器采用GPRS通信方式（也可以采用互聯網internet方式）與系統中心聯網，系統中心通過子網控制器發布命令可以任意控制網絡內的每一盞路燈。路燈控制器除了常規控制開關、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。 在系統各子網內路燈控制器通信采用ZigBee協議，無需通信費用，子網控制器是采用GPRS數傳終端，對子網內采用ZigBee協議與路燈控制器

7、通信，對系統中心通過GPRS通信。該無線控制網絡由GPRS網絡和ZigBee網絡組成，系統拓撲結構圖如下圖所示： ZIGBEE控制系統拓撲結構圖無線控制智能路燈管理系統的組成單元： Ø 路燈控制器(SZ10系列) 主要功能有：控制路燈開關、亮度調節、電流采集、電壓采集、計算功率以及功率因數等。單燈控制器分為模塊式（內置燈具中）和外掛式（可內置燈桿中），分別滿足路燈企業和工程商的使用需求。 Ø 路燈路由器(SZ10系列) 在有限的路由深度和網絡容量的前提下，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。 Ø 子網管理器（ZigBee協調器+G

8、PRS數傳終端） 主要功能有：接收和發送子網內的所有路燈控制信號、數據記錄、報警處理等。它負責控制子網內的路燈控制器運行，將系統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中心。子網控制器處于系統中心和各子網內路燈控制器的中間，向上通過GPRS方式與系統中心通信，向下則是通過ZigBee通訊協議方式，同各個路燈路由器通信。 Ø 系統中心（計算機系統+GPRS數傳終端） 系統中心主要實現通過系統控制軟件對不同子網下的路燈控制器進行遠程數據訪問和控制，包括參數配置，控制命令發送、現場燈具狀態收集等。能夠顯示路燈狀態（亮度、電壓、電流、功率和功率因數）信息，能夠遠程控制路燈的

9、開關和調節路燈的亮度，可以實現時序調度事件、讀取數據記錄、監視事件和報警應答等操作。 Ø 移動控制終端（GPRS數傳終端） 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，可以對城市的路燈實施統一啟閉，對夜間照明系統和路燈的實時監控和管理，確保高效穩定，全天候運行，控制不必要的“全夜燈照明”，有效節約電能消耗。對于城市公共照明系統來說，采用智能化的管理系統是實現能源節約、減少資源浪費、滿足人們生活要求、顯示現代化城市靚麗風景的科學解決方案。 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中ZigBee控制器的路由深度為18

10、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多盞路燈組成一個ZigBee子網。 ZIGBEE組網意示圖：如圖下第三章 系統功能介紹 (1)自動巡測功能：系統中心可以自動巡測每路路燈的開關狀態。 (2)數據采集功能：采集電流電壓、電量、功率因素等數據，做如下動作： (3)節能評估：方便客戶進行有功功率，無功功率的計算,為節能評估打下數字基礎； (4)過載保護：通過采集到的數據進行處理判斷，保證負載處于合理范圍內。 (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：系統中心可以隨意開關任何一路路燈或開關自定義群組的路燈。 (7)自動控制功能：現場按預

11、先設計好的時間計劃自動調節路燈開關時間。 (8)報警功能：將過去的巡邏式維護報警改為預防式等待報警，這樣系統中心可以得到第一手資料從而迚行調度協調。故障出現后，系統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趕到現場迚行維護。通過采集電力線的電流、電壓值，通知系統中心，從而迚行防盜處理。 (9)顯示功能：可以根據GIS電子地圖上顯示每路路燈的開關狀態及其它重要信息。 (10)數據存儲功能：可對路燈安裝和時間、地點、運行參數、工作時間等用戶關心的信息進行記錄存儲。 (11數據查詢功能：系統中心可以通過互聯網查詢任意時間段每路路燈數據信息。 (12報表功能：可以生成電流、電壓、功率因

12、素、亮燈率、開關時間的分析曲線和報表。 (13)遠程維護功能：進程網絡維護，控制模塊具備遠程參數設置和維護功能。 (14)拓展功能：如調光控制，配合LED調節燈光亮度，在不影響照明前提下，達到最大節能效果。系統可自由增減路燈控制器的數量；路燈控制器可以擴展其它功能，配合其他節電控制技術進一步降低路燈能耗。 第四章 系統特點 (1)節省成本：安裝施工簡易快捷，無需鋪設專線；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控制器，節省了GPRS流量。不用改變既有的電力線架設和配電控制網絡，一方面節省了人力物力；一方面自動組網的ZigBee模塊不受天氣和地形的影響，也保證了通訊的

13、可靠性。 (2)每天可進行自動通、斷電操作；可保證工作日、節假日按不同的時間自動通、斷電；可對用電設備進行分區、分線路管理。 (3)控制燈具的開/關和亮度，從而可以顯著延長燈具的有效壽命，減少燈具更換次數，節約資源，減少有害氣體污染環境。可以遠程設置節點控制參數，實現節點的靈活控制。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”調節控制）。這樣做主要優點就是在調光的同時，也大幅降低了電耗，節約用電，同時還可以延長燈源壽命。 4)根據天氣情況和實際光的照度，自動控制燈具的開/關和燈具的亮度，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，路據實測光強，來自動以最佳

14、的亮度打開路燈，提高公眾滿意度，在災害天氣使路燈更人性化。 (5)通過系統中心設置，防止非授權人操作，確保系統控制安全可靠。依據采集數據情況，可判斷終端設備運行狀態情況。所有運行參數（自動通斷電時間，區域劃分）可在管理終端隨時設置，隨時啟用，管理方便。 第五章 智能照明管理系統介紹1、操作系統 系統適用于 Microsoft 公司的 Windwos 7中文版操作系統，服務器采用Windows2000 Server/2003 Server。系統具有多窗口、多任務、多線程的特點。充分發揮計算機不斷發展的硬件資源使最為先進的設計思想和技術得以實現，從而使程序運行快捷、穩定可靠。同時，系統提供了完備的

15、中文環境。在此平臺上開發的照明集中管理系統既能做到實時監控、任務處理，又有極好的友善的中文界面。2、架構方式整個系統采用客戶機/服務器和瀏覽器/服務器相結合的組網模式，由數據服務器、通訊服務器等多服務器和多個應用工作站就地組成局域網。動態的負載平衡能力，可以令系統時刻保持最優的性能。還可以通過Internet經過身份驗證后進行遠程數據查詢和控制的。3、軟件的開發工具本系統采用Visual Basic作為上層開發工具，底層動態庫采用C+語言編寫，搶占式多線程多任務運行方式。基于COM技術，采用分層的模塊化結構，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的

16、設計中，還運用了多種著名應用軟件在不同領域里的特長，如應用ADOBE公司的PHOTOSHOP專業圖形制作軟件進行圖形設計，應用3D MAX進行三維制作等等，使用戶界面更加精美。4、軟件結構與特點系統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、復雜、重復的工作在極短的時間內自動完成。路燈監控管理系統的軟件完成了系統各模塊間的總級聯和總管理。計算機根據值班員的意愿，不折不扣地完成各項任務。5、開放的數據庫接口系統數據庫采用微軟的SQL Server2000，提供強勁的數據存貯和快速查詢支持，使用一系列相互協作的組件，更富有成效的管理系統數據。開放的數據庫接口，可方便

17、的與第三方廠商的MIS、EMS進行掛接，還可以通過Web服務器對監控系統的各種實時數據和歷史數據進行遠程瀏覽查詢。6、友善的人機界面和高級管理功能系統軟件適用于Windows98/NT/2000/XP/7平臺，簡便易學。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。網絡化信息管理與數據共享。采用實時數據庫和歷史管理數據庫相結合的管理模式。采用開放的數據結構，管理人員可以通過系統網絡鏈接成為分控終端，方便查詢系統運行數據，并可與常用的數據庫如FOXPRO、ACCESS、EXCEL等直接接口，以實現廣泛的數據共享，還可以通過Internet對中央控制室數據進行遠程調

18、閱。7、實時/歷史數據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、開關狀態等。同時可以查詢或打印分站的歷史運行數據如電壓、電流圖、亮燈率直方圖等。8、亮燈率計算系統會根據每個分站的運行電壓、電流、有功功率和功率因數等自動計算并存貯亮燈率，同時會計算出系統的實時總亮燈率，顯示在主窗口上。9、 策略控制 系統可根據用戶的設置，實現節假日及每月，每周，每天，每時段的自行亮燈方式，策略可保存可重復到指定日期。9、系統身份登記管理計算機操作人員可以分等級，設定有自己的密碼及值班記錄，只能完成權限范圍內的操作，權限范圍以外的操作將被屏蔽禁止。?超級管理員超級管理員admi

19、nistrator，只有使用此身份登錄才能完成對系統的全面設置及管理，包括系統系統參數設置、分站參數設置、增加及刪除站點、布置燈組等。因此，超級管理員是指制造商、系統維護工作人員或高級用戶。起到系統總管理及協助日常維護作用。?一般管理員一般管理員一般指用戶的技術領導。系統正常運行后超級管理員隨即向一般管理員授權，一般管理員可設置大部分系統參數，和分站所有的參數以及將這些參數傳送到分站RTU中。?系統操作員 系統操作員指一般值班人員，能夠查看但不允許修改參數及下發到分站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容和時間存入數據庫，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經過身份驗證后，對用戶的系統進行維護，升級程序模塊或修改數據等，對用戶的要求做到及時響應。11、分站到主站報文中控室可以根據用戶預設間隔時間向各分站查詢運行情況，并把數據存入數據庫，以便以后查詢并生成各種圖表。在 GIS 的基礎上，以圖形窗口、分層分區的形式，對設備進行管理。具體包括對設備檔案的管理，管理所有路燈系統設備檔案和用戶檔案；統計報表，自動生成路燈