精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)城市路燈無線監(jiān)控系統(tǒng)一引言基于無線通信的城市路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)，是通過無線傳輸和計算機,對離散存在的受控對象實行集中的監(jiān)測與控制。在計算機檢測管理系統(tǒng)中,街區(qū)路燈控制裝置即監(jiān)控終端,與設(shè)在路燈管理機構(gòu)的監(jiān)控中心,形成兩級分布式計算機控制系統(tǒng)，(上位機設(shè)在監(jiān)控中心室,下位機設(shè)在各監(jiān)控終端)監(jiān)控中心上位機兼做管理計算機和工程師操作站,主要完成遙控、遙測、遙信、故障分析、數(shù)據(jù)檢索、系統(tǒng)維護、電子顯示和報表打印等功能。監(jiān)控終端下位機為實時在線控制機,不斷檢測線路狀態(tài)、參量及查詢監(jiān)控中心的命令,完成路燈開關(guān)控制,電流、電壓、電能及功率因數(shù)的檢測,調(diào)壓降壓運行等功能。監(jiān)控中心與各監(jiān)控終端主機之間的通信方式采用通用分組無線業(yè)務(wù)通信技術(shù)GPRS,監(jiān)控終端主機與各監(jiān)控終端從機之間采用電力線載波通信技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換路燈照明是城市基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，在城市的交通安全、社會治安、人民生活和市容風(fēng)貌中居于舉足輕重的地位，發(fā)揮著不可替代的作用，而且標(biāo)志著城市實力和成熟的程度。在沿海某些開放城市，大批路燈在安裝后迫于財政緊張的壓力，支付不起沉重的照明電費開支，又不得不關(guān)掉近一半的燈，結(jié)果近年新裝的部分路燈形同擺設(shè),造成變相浪費。這些都是傳統(tǒng)城市路燈建設(shè)存在的現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因主要有兩方面：（1）控制方法原始：現(xiàn)行的控制方法以分散時控為主，在現(xiàn)場的控制箱內(nèi)安裝時控開關(guān)來控制路燈的開關(guān)。這種方法既不能及時調(diào)整開/關(guān)燈的時間，也無法及時反映照明設(shè)施的運行情況。（2）應(yīng)急處理乏力：當(dāng)遇到暴雨、暴雪等極端天氣情況時，只能臨時派出大量的人員到現(xiàn)場手動操作照明控制箱，因此無法滿足對突發(fā)情況的應(yīng)急的要求。相比傳統(tǒng)城市路燈，現(xiàn)代城市路燈無線監(jiān)控管理系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機技術(shù)運用于城市市政建設(shè)中有效且必然的產(chǎn)物，實現(xiàn)了城市路燈系統(tǒng)的計算機集中控制、監(jiān)測與管理。操作人員只需通過計算機即可了解整個系統(tǒng)路燈的工作狀態(tài)，并可通過計算機人工或自動控制所有路燈的開關(guān)，即便是在全無人過問的情況下，系統(tǒng)也將嚴謹有序地工作。在各種管理自動化的大潮下，加上我國各個城市的大規(guī)模城建，路燈監(jiān)控系統(tǒng)必然有著廣闊的市場空間。城市路燈無線監(jiān)控管理系統(tǒng)，是現(xiàn)代計算機集控技術(shù)和無線傳輸技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是城市路燈管理系統(tǒng)發(fā)展的必然方向。該系統(tǒng)涉及計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等多個領(lǐng)域的最新科研與技術(shù)研究成果，是城市現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。它的采用和推廣，不僅能提高路燈管理水平和服務(wù)質(zhì)量，而且在節(jié)約能源、保護環(huán)境、保證社會安全等方面也將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。現(xiàn)代先進的路燈控制系統(tǒng)引入計算機和通信技術(shù)，實現(xiàn)遠程控制和實時監(jiān)控，在路燈監(jiān)控中心就能對各條線路路燈的狀況進行查看，當(dāng)路燈發(fā)生故障時，系統(tǒng)會報警，并以醒目的形式反映給值班人員，從而做出處理。目前的路燈監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，主要是使用無線數(shù)據(jù)電臺進行通訊，存在通訊速率低、覆蓋面積小、維護極其不方便的缺點。采用GPRS技術(shù)后這些問題都可以得到解決。城市路燈無線監(jiān)控管理系統(tǒng)由一個監(jiān)控中心、若干個監(jiān)控終端主機、若干個監(jiān)控終端從機以及通信設(shè)備等組成。監(jiān)控中心是整個路燈監(jiān)控系統(tǒng)的操作、維護、處理、統(tǒng)計、分析和監(jiān)管的中心，肩負著與其它管理網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)任務(wù)。監(jiān)控終端負責(zé)路燈的供電和控制。監(jiān)控中心與監(jiān)控終端的通信方式采用GPRS公共通信網(wǎng)絡(luò)，完成遙測、遙信和遙控。發(fā)生報警時通過短信傳呼值班人員及時處理故障。而在各監(jiān)控終端，每一個數(shù)據(jù)采集器和監(jiān)控終端主機(一個變壓器內(nèi))的標(biāo)準串口上都會配置一部GPRS終端，用于和中心進行數(shù)據(jù)交換。監(jiān)控終端主機與監(jiān)控終端從機(一個路段控制箱內(nèi))之間用電力線連接，采用電力線載波通信技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。2.系統(tǒng)構(gòu)成監(jiān)控終端主要設(shè)備：監(jiān)控終端由監(jiān)控終端主機、監(jiān)控終端從機構(gòu)成的局域網(wǎng)控制點、GPRS模塊、電力線載波模塊、數(shù)據(jù)采集器、不間斷電源及太陽能充電設(shè)備、三相交流電壓變送器、三相交流電流變送器、脈沖電度表、變壓器溫濕度傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、水浸傳感器、門開傳感器、煙霧探測器、路燈控制器等，設(shè)備主要組成如圖1所示。通過這些設(shè)備，控制路燈各種方式的開關(guān)，并把現(xiàn)場各設(shè)備的運行狀態(tài)及參數(shù)反饋到監(jiān)控中心，并接收監(jiān)控中心的實時監(jiān)控。 圖1LED路燈遠程無線控制系統(tǒng)組成監(jiān)控終端主要檢測電流、電壓、功率、功率因數(shù)、用電量、接觸器狀態(tài)等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集分為模擬量采集、數(shù)字量采集、開關(guān)量采集，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)置可以判斷出路燈的運行狀況和故障情況。監(jiān)控終端能通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，定時或隨機向控制中心返回電壓、電流、用電量等路燈運行狀況數(shù)據(jù)，另外每個監(jiān)控終端都可以作為通信中繼站，以接力方式將較遠或處于高樓樓群通信可能不暢的監(jiān)控終端數(shù)據(jù)傳送到主站，從而實現(xiàn)了不架設(shè)專門的通信中繼站也能保證通信的暢通無阻。GPRS無線路燈控制系統(tǒng)由控制中心系統(tǒng)軟件、硬件運行環(huán)境和現(xiàn)場燈光控制終端幾大部分組成。控制中心系統(tǒng)軟件包括：監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、通信轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)和管理數(shù)據(jù)庫。硬件運行環(huán)境包括：互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備、系統(tǒng)服務(wù)器、管理計算機終端、大屏幕系統(tǒng)和打印輸出設(shè)備。現(xiàn)場燈光控制終端包括：燈光控制器、控制顯示器和無線數(shù)據(jù)傳輸單元。如圖2所示，現(xiàn)代城市路燈遠程無線控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)靈活控制，在任何可以上網(wǎng)的地方，只要有瀏覽器便可以對路燈進行監(jiān)控。或者，在PC上運行的專用管理軟件通過Internet廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)完成對路燈的管理。既能對LED燈具實現(xiàn)遠程開、關(guān)和調(diào)光控制，又能遠程采集各種燈具工作時的電量、溫度等數(shù)據(jù)，維持燈具的正常運行，在減少人工維護成本的同時，極大地方便了燈具的管理。無須布線，節(jié)省成本和避免線路故障。圖2現(xiàn)代城市路燈遠程無線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖3.系統(tǒng)功能介紹（1）系統(tǒng)主要功能—遙控、遙測、遙信采用時控法控制方式進行照明控制，實現(xiàn)預(yù)約控制和分時控制。開關(guān)燈可以自動和手動遙控，實現(xiàn)實時控制和點對點控制；可遠程設(shè)置開/關(guān)燈時間表，對控制器內(nèi)實時時鐘進行準確校時。按路段對設(shè)備進行分組，從而實現(xiàn)分組控制。自動巡測、手動巡測和選測（三相電壓、12路電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)及各種數(shù)字狀態(tài)量等數(shù)據(jù)量的采集）。多種報警處理。報警內(nèi)容包括：白天亮燈、晚上熄燈，遠程控制器過熱，電壓、電流越限和供電線路停電等故障。遠程查詢打印功能。根據(jù)年、月、日統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行查詢，顯示的數(shù)據(jù)均可打印（2）系統(tǒng)特點現(xiàn)代城市路燈無線控制網(wǎng)絡(luò)基于現(xiàn)代電子技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)取代傳統(tǒng)的分散式手動控制，實現(xiàn)了GPRS無線網(wǎng)關(guān)、LCD液晶顯示和鍵盤、Zigbee通信控制以及遠程在線升級等功能。其主要特點如下：=1\*GB3①系統(tǒng)容量大：GPRS無線路燈控制系統(tǒng)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，采用TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，可監(jiān)控設(shè)備的數(shù)量不受限制，可以多達數(shù)千個；=2\*GB3②通信實時、高效：無論控制設(shè)備的距離遠近，控制命令或設(shè)備報警信息都能在數(shù)秒內(nèi)完成傳輸，即使設(shè)備當(dāng)前不在線，用戶的控制命令都能準確送達，無需重復(fù)發(fā)送控制命令；=3\*GB3③控制面積大：路燈控制設(shè)備在轄區(qū)范圍內(nèi)，只要有無線GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都可以控制，不受距離和位置的限制。=4\*GB3④機構(gòu)模塊化：系統(tǒng)采用了模塊化技術(shù)架構(gòu)，具有良好的持續(xù)升級和功能擴展能力。可以隨著將來技術(shù)的發(fā)展和用戶功能需求的變化而不斷升級。信息管理開放：系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的設(shè)計體系，實現(xiàn)信息系統(tǒng)共享，提高了用戶對系統(tǒng)信息管理的效率。（2）路燈遠程控制箱功能現(xiàn)代城市路燈系統(tǒng)通過遠程無線通信遠程控制各個城市路燈局域網(wǎng)的支路開關(guān)，除了檢查各個路燈的運行狀態(tài)外，控制低壓繼電器和高壓繼電器實現(xiàn)對高壓電壓總開關(guān)的控制，實現(xiàn)城市路燈安裝遠程控制通斷，如圖所示。遠程控制所具有的功能特點如下：=1\*GB3①遙測：三相電壓檢測、12路電流檢測、有功功率和功率因數(shù)檢測、2路變送器接口（可接測光照、溫度等）=2\*GB3②遙控：4路繼電器輸出，觸點為交流220V12A，每路各有一組常開和常閉觸點，支持本地控制、測試和全部參數(shù)顯示。=3\*GB3③遙信：8路隔離開關(guān)量/脈沖量輸入，其中六路可接交流接觸器輔助節(jié)點，另外兩路分別接電表脈沖輸出和門開報警開關(guān)。=4\*GB3④通訊：2路隔離232或485接口，遵循MODBUS工業(yè)標(biāo)準協(xié)議。=5\*GB3⑤具有遠程抄表接口。=6\*GB3⑥具有遠程自動調(diào)壓接口。=7\*GB3⑦內(nèi)置GPRSDTU無線數(shù)傳設(shè)備。=8\*GB3⑧非法打開箱門報警。路燈監(jiān)控軟件是基于Windows環(huán)境下的，并且兼容Windows9X、WINXP、Windows2000，由于Windows是多任務(wù)事件驅(qū)動的窗口操作系統(tǒng)，用鼠標(biāo)操作，界面美觀友好，所以對操作人員來說操作更簡單直觀，軟件提供的信息量更大。多媒體技術(shù)的應(yīng)用使數(shù)據(jù)顯示、報警、查詢更形象、具體。路燈監(jiān)控軟件的功能：一是遙控功能。路燈監(jiān)控軟件的控制功能主要是通過發(fā)送開關(guān)燈時間來實現(xiàn)的，中控室計算機可以根據(jù)當(dāng)日的日照度發(fā)出開關(guān)燈時間到節(jié)點，路燈監(jiān)控軟件發(fā)出開關(guān)燈時間使街道正常亮燈。另一個遙控功能是，中控室可以隨時控制任意節(jié)點的任一接觸器的吸合和斷開，便于維修人員的檢修。圖3城市路燈監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場連接示意圖（3）路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺遠程控制軟件，主要用于pc管理和服務(wù)，遠控軟件是一種在網(wǎng)絡(luò)上由一臺電腦（主控端/客戶端）遠程控制另一臺電腦（被控端Host/服務(wù)器端）的應(yīng)用軟件。程序一般分為控制端和被控端，辦公版是控制端和被控端用同樣的程序，可以相互控制。使用時客戶端程序向被控端電腦中的服務(wù)器端程序發(fā)出信號，建立一個特殊的遠程服務(wù)，然后通過這個遠程服務(wù)，使用各種遠程控制功能發(fā)送遠程控制命令，控制被控端電腦中的各種應(yīng)用程序運行，具有強大的內(nèi)網(wǎng)穿透功能。城市路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺，基于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而來的遠程監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)，如圖所示。其所具有的功能特點如下：=1\*GB3①遠程維護：計算機系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)工程師或管理人員通過遠程控制軟件旗艦版對目標(biāo)維護計算機或所需維護管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進行配置、安裝、維護、監(jiān)控與管理，解決以往服務(wù)工程師必須親臨現(xiàn)場才能解決的問題。大大降低了計算機應(yīng)用系統(tǒng)的維護成本，最大限度減少用戶損失，實現(xiàn)高效率、低成本。=2\*GB3②遠程協(xié)助：任何人都可以利用一技之長通過遠程控制軟件辦公版為遠端電腦前的用戶解決問題。如安裝和配置軟件、繪畫、填寫表單等協(xié)助用戶解決問題。=3\*GB3③遠程指揮：利用軟件的視頻交互功能，在部隊遠程指揮系統(tǒng)中實現(xiàn)多個指揮中心在同一大屏幕上同時投影，各指揮中心之間可互相看到對方的實時視頻。圖4城市路燈監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場連接示意圖通過安裝在PC上的專用軟件完成路燈的遠程管理。在一臺高性能PC上運行管理軟件，該軟件負責(zé)通過GPRS廣域網(wǎng)與路燈控制器進行通訊，那用戶在全球任何可以上網(wǎng)的地方通過IE瀏覽器完成對路燈的遠程管理。如圖所示，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，可以更及時高效的監(jiān)控各個路燈站點，最大化的整合與優(yōu)化資源。圖5基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的軟件系統(tǒng)架構(gòu) 通過開發(fā)上位機監(jiān)控軟件，便于人機交互，大大提高了工作效率。并且，改軟件可通過網(wǎng)絡(luò)下載，安裝并運行。可及時高效的應(yīng)對各種突發(fā)時間，上位機管理人機交互界面如圖所示。圖6管理軟件管理界面模擬圖（3）城市大功率路燈分立模板內(nèi)部控制器現(xiàn)代城市路燈分立模塊內(nèi)部控制器示意圖如圖7所示。電源供電部分是有后備電源供電和太陽能電池供電，ZY4805-3W為寬壓輸入隔離穩(wěn)壓單輸出，為嵌入式模塊ZICM2401供電，該模塊具有有檢測電流狀態(tài)的功能、無線通信的功能和控制LED矩陣通道的功能。圖7現(xiàn)代城市路燈分立模塊內(nèi)部控制器示意圖城市路燈分立式控制器都是基于嵌入式開發(fā)，具有簡潔、高效、可靠性高等優(yōu)點。基于現(xiàn)代城市路燈無線監(jiān)控系統(tǒng)平臺編寫嵌入式系統(tǒng)協(xié)議C程序，具有可移植性強、便于開發(fā)和可在線升級等特點。圖8城市路燈分立式控制器嵌入式系統(tǒng)協(xié)議簡圖如圖8所示，現(xiàn)代城市路燈控制器具有嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，可提供整個硬件平臺；用戶只需專注于應(yīng)用程序開發(fā)，并且只需讀懂C語言就可以完成產(chǎn)品開發(fā)。路燈控制器將網(wǎng)狀網(wǎng)流量通過安全的無線蜂窩或者以太網(wǎng)連接到局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)上集中管理的交換機上。做到這一點,連接在網(wǎng)狀網(wǎng)上所有設(shè)備能可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理，從而減少甚至完全避免到每個設(shè)備近旁去收集數(shù)據(jù)和檢查設(shè)備。網(wǎng)關(guān)集成了ZigBee、無線蜂窩(2.5G或2G)和大容量本地存儲功能。支持多種物理接口，包括以太網(wǎng)、串口、CAN-bus和USB等。另外，提供給用戶一個功能強大的開發(fā)軟件來開發(fā)運行在網(wǎng)關(guān)上的定制應(yīng)用。（4）城市路燈無線監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集抗干擾算法研究窄帶干擾抑制一直是電力設(shè)備在線監(jiān)測中的一項重要課題，已有許多用于抑制窄帶干擾的數(shù)字信號處理方法。本文在研究快速傅里葉變換(FFT)頻域閾值法的基礎(chǔ)上，提出了一種改進算法，即利用多項式擬合的方法，在原有閾值法置零區(qū)域的兩側(cè)進行周邊頻帶處理，使算法能夠適應(yīng)更寬頻帶內(nèi)的窄帶干擾。仿真計算和實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明該算法有較好的干擾抑制效果。FFT頻域閾值法的原理是先對原始信號作FFT處理，適當(dāng)預(yù)設(shè)濾波閾值，將超過該閾值的頻帶設(shè)定為干擾，并將其幅值置為零，再利用傅氏反變換(IFT)重構(gòu)信號。實際應(yīng)用時對數(shù)據(jù)的分段要兼顧到頻域上的分辨率和硬件可實現(xiàn)的計算能力；此外為抑制矩形窗帶來的旁瓣效應(yīng)，數(shù)據(jù)分段時需引入適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)(如Hamming窗)及在IFT后進行反窗變換處理。FFI頻域閾值法雖簡潔有效，但它過分依賴閡值的選取，處理頻帶也僅限于置零區(qū)域；FFT頻域分析法雖合理地提出了利用頻譜極值點的周邊信息來加寬處理頻帶，但它在一定程度上取決于人為經(jīng)驗和參數(shù)計算。本文借鑒了這兩種方法的優(yōu)點，即保留閾值處理，而引入簡明的周邊頻帶優(yōu)化擬合處理環(huán)節(jié)，具體算法流程框圖。圖9FT頻域算法流程框圖=1\*GB3①數(shù)據(jù)采集抗干擾算法計算步驟如下：對原始信號進行FFT處理得到頻域波形，有以下幾點需要說明：樣頻率為，時，待處理數(shù)據(jù)可由窗函數(shù)分成若干小段，每段長為k，F(xiàn)FT處理后，頻域的分辨率為，則有（1）由式可見，越大，越小，即處理后信號在頻域上的分辨率越高；但在FFT運算中一段數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)乘法次數(shù)為，因此實際運用中也應(yīng)考慮硬