基于LonWorks 控制網的路燈監控系統

摘要: 當前路燈監控系統采用的通信技術多種多樣，本文分析了各種通信技術方案的特點，闡述了LonWorks 控制網技術應用于路燈監控系統的優點，并設計了完整的監控系統。系統由三個部分組成: 路燈節點、i. LonSmartSever ( 電力線網絡管理器) 和路燈監控軟件，本文重點闡述了路燈節點的設計。經模擬現場測試，監控系統不僅實現對每個路燈節點的實時監控，而且節省了路燈能耗。

　　引言

　　目前，我國的路燈系統主要依靠人工管理，需要工作人員定時開關燈； 且當路燈出現故障時，不能及時發現和有效處理。如果采用路燈智能監控系統，不僅能夠及時發現路燈的故障情況，減少大量的人力，還能節省路燈能耗，對城市的節能改造作出巨大貢獻。

　　在路燈監控系統中，數據通信的方案主要有三種:

　　第一種方案采用總線通訊技術， 如RS485、CAN 總線等。該方案技術上最成熟，但是需要額外布線，對于改造路段實施起來難度較大。

　　第二種方案通過無線通信方式， 包括GPRS、藍牙、ZigBee 等方案。采用GPRS 通信方式成本太高，一般不會考慮。目前最適合的是ZigBee 通信技術，ZigBee 是一種廉價的低速無線個域網，相對于藍牙通信具有價格更低、距離更遠、支持節點數目更多等優點。ZigBee 適合于網狀結構系統， 采用DSSS /O-QPSK 調制，能夠有效克服無線傳輸中的多徑干擾問題，傳輸可靠性高； 但路燈網絡中的所有節點分布在一條直線上，延伸至幾公里甚至幾十公里，并不是ZigBee 理想的拓撲結構。而且無線方式對環境的依賴性較大，在天氣惡劣的情況下會影響通信質量。因此ZigBee 技術應用于路燈監控系統的實際效果尚需驗證。

　　第三種方案采用電力線通信( PLC，Power LineCommunication) 技術， 該方案以電力線為通信介質，減少了布線成本，而且對外部環境的依賴性較小，可靠性更高，與前兩種方案相比更加適用于路燈監控網絡。電力線通信分窄帶調制方式和寬帶調制方式。由于路燈監控系統需要傳輸的數據量較少，因而對傳輸速率的要求不高，窄帶PLC 技術就可以滿足通信要求； 而寬帶PLC 技術則主要應用于大流量數據( 如多媒體數據等) 的高速傳輸，而且由于寬帶通信所占用的帶寬很寬，很容易超出CENELEC規范所規定的頻率范圍，所以在監控系統中一般不采用。早期的窄帶電力線通信一般采用簡單的模擬調制技術，其抗干擾能力不強，應用范圍有限。但是隨著信號檢測技術和DSP 技術的發展完善，窄帶通信如BPSK ( 二進制相移鍵控技術) 的抗干擾能力得到很大提高，將會更加適用于PLC 網絡。

　　綜上分析，本文選擇電力線窄帶BPSK 通信方式作為監控系統的通信方案，并根據路燈系統的特點，提出了可行的系統結構； 隨后，本文描述了系統中各個組成部分的設計思路，并詳細設計了路燈節點。

　　1 系統概述

　　為實現路燈的優化管理，路燈監控系統需要收集每盞路燈的狀態和環境信息，匯集到電腦終端，集中優化處理后，控制每一盞路燈的輸出光通。整個系統的實現框圖如圖1 所示。

圖1 系統實現框圖

　　圖1 中，路燈監控系統主要包括路燈節點、i.Lon SmartSever ( 電力線網絡管理器) 以及在電腦終端運行的路燈監控軟件。路燈監控軟件通過因特網控制LonWorks 控制網中的所有路燈節點； 每一個LonWorks 控制網相當于一個因特網上的站點，配有一個IP 地址， 通過訪問該IP 地址， 實現對LonWorks 控制網的訪問。

　　i. Lon SmartSever 以主從方式管理LonWorks 控制網，并能通過Ethernet 接口或GPRS 通信模塊以撥號方式接入因特網。這樣， 控制中心通過與i.Lon SmartSever 進行數據交換， 就可以對LonWorks控制網上的每個節點進行監控。此外， i. LonSmartSever 帶有多個I /O 端口，用于收集道路的環境信息( 照度、濕度等) ，作為調光依據。

　　在監控中心，路燈監控軟件不斷巡查各個路燈節點的狀態，顯示每盞路燈的工作狀況和輸出功率，既能手動控制每個燈的光通，也可以根據一定的算法自動調整路燈照度。

　　以下情況可以采用自動調光，包括:

　　● 根據設定時間段調節照度， 如在后半夜時，調節到半載功率輸出。

　　● 根據天氣情況、不同時期的日照情況開、關燈或調節輸出光通。

　　● 根據特殊照明情況調節輸出光通。如城市隧道照明場合，為了避免進入或離開隧道時視覺上的不適應，單獨調節隧道口的路燈，讓其光通緩變。

　　● 根據特殊路段設定輸出光通。如在某一路段發生事故時，輸出最大光通，以便事故處理，同時提高道路安全。