關鍵詞：ZigBee技術；GPRS技術；節能；無線監控系統


引言

 使電力耗費成為負擔。在大部分城市，零點以后道路上幾乎空無一人，在低交通流量的道路上仍然保持較高亮度顯然是沒有必要的；對路燈的亮度進行調節尤為重要，對減少用電量是十分必要的。

    因此，“基于ZigBee+GPRS的LED路燈遠程無線監控系統”就是在這樣的背景下產生的，它具有自動化程序高、運行可靠、高效節能、便于控制、準確定位、維護方便等顯著特點；節能系統和自動化監控系統的啟用為城市的照明建設和管理構筑起一個新的平臺。本文將重點針對“基于ZigBee+GPRS的LED路燈遠程無線監控系統”的通信方式選取實現、系統簡介、運行實效分析等進行詳細說明。以填補國內在LED節能環保、路燈現場控制和通信定位等方面的空白。


1 通信方式選取實現

 在遠程監控系統中主要采用GSM短消息通訊、GPRS分組無線業務等無線通訊方式，下面就分別簡單介紹一下各自的優缺點。

a) 利用短消息技術來傳輸數據具有傳輸快捷、出錯率低、價格低廉等優點。但同時它也有不足之處，它的傳輸存在不同程度的延遲，特別是節假日等短信高峰時期，而且在頻繁傳輸大量數據的情況下，它的價格優勢就不復存在了。

b) GPRS是通用分組無線業務的英文簡稱，GPRS適用于間斷的、突發性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。但是，GPRS模塊的價格較高，如果在每盞路燈上都綁定一個GPRS模塊，勢必會增加大量成本。同時，每個GPRS模塊連接到移動GPRS網絡都需要至少數十秒時間，對監控數據的及時性產生了很大影響。

c) ZigBee是較近幾年發展起來的一種低功耗的近距離無線組網通信技術。它采用小范圍自組網的方式，不受其他網絡的限制，并且使用的ISM（工業、醫療、科學）頻帶，不需許可即可使用。ZigBee技術采用DSSS擴頻技術，抗干擾能力強。

綜合以上ZigBee和GPRS技術的特點，這兩種技術的結合正適合于新式路燈監控系統的實際應用。


2 系統簡介

 該系統主要由無線終端、現場控制器和監控中心軟件構成。

a) 系統方案圖

b) 無線終端

無線終端由ZigBee模塊、天線和控制電路等組成。它是路燈監控系統中控制功能的執行部分，同時也完成了檢測功能中信號采集等工作。通過ZigBee模塊自身組建的網絡，無線終端可以接受現場控制器發出的命令以及與現場控制器進行數據交換。

c) 現場控制器

現場控制器由ARM單片機、ZigBee模塊、GPRS模塊、天線、鍵盤和LCD顯示屏等組成，它基于uc/osII操作系統，運行起來穩定、可靠。

其中，ZigBee模塊負責與該路段中所有路燈上的無線終端進行信息傳遞，將接收到的數據轉發給ARM的單片機進行處理，或者將來自ARM單片機的數據無線發送給其他所有的無線終端或某個無線終端，這樣就實現了對路燈的檢測和控制。ARM的單片機會對這些檢測和控制數據處理并通過LCD屏顯示出來，起到了人機交互的作用。GPRS模塊負責現場控制器與監控中心之間的數據傳輸。

現場控制器可以根據預先設定的時間周期將接收自無線終端的各種狀態及檢測數據主動上報給監控中心。當現場控制器檢測到某盞路燈有突發故障（如供停電、電流值不正常等）出現時同樣以主動上報方式將故障信息上報給監控中心。

d) 監控中心軟件

①監控中心通過GPRS公網連接到分部在各條道路的現場控制器，對現場控制器發送檢測和控制命令，也能對現場控制器上報的數據進行分析、分類、整理并報出相應信息。

②監控中心軟件可以根據經緯度計算出某地每一天的日出日落時間，根據這些時間設定現場控制器在不同時段對路燈實施自動開關和亮度調節。

③監控中心軟件采用數據庫相關技術，保存有每一盞安裝了此系統的路燈的完整信息，任何時候都可以對這些信息進行統計和分析。

④監控中心軟件具有生成曲線報表功能，對每一盞路燈的溫度、電流等信息在某一個特定的時間范圍內進行統計。

⑤監控中心軟件可以實施主動報警，一旦某盞路燈出現故障，即使在工作人員沒有注意的情況下，它也能主動對數據進行分析并提醒管理監控中心軟件的路燈管理人員。


3 運行實效分析

a)系統運行以來，我們對LED路燈未安裝系統和已安裝系統的用電量進行了對比分析，下面以某城區主干道的1000盞LED路燈為例：

注：①已安裝系統的時間為12小時，分別是：18:00 – 24:00期間路燈亮度為100%，24:00 – 03:00期間路燈亮度為30%，03:00 – 06:00期間。路燈亮度為50%；

      ②電費以1.2元/度計算；

      ③人員費用為每人2000/月，共2人；

      ④巡查車油費、折舊費：800元/月；

b)綜上所述，未安裝系統每年的費用為1,336,320元，已安裝系統每年的費用為834,480元，節省1,336,320 – 834,480 = 501,840元，而系統中平均每盞路燈需要增加的成本僅為100～200元。如果1000盞LED路燈都安裝了此系統，每年在道路方面的投入將節省50萬元。

4 結論

該“基于ZigBee+GPRS的LED路燈遠程無線監控系統“使用費用低、實用性強、運行可靠、便于控制和易于安裝維護等優點，能夠解決道路照明能耗高及難以維護和管理的問題，在節能和路燈管理自動化方面起到了十分明顯效果。