一、企業基本情況二、項目基本情況2.1項目實施背景隨著城市建設的發展，作為展現城市形象的城市照明系統受到了各地政府的高度重視。針對城市照明的特點，我公司設計了城市照明控制系統的一整套解決方案，可以提高照明質量、節約能源、提升運行管理水平。目前的城市照明燈光大多采用分散手控和時控方式為主，即在路燈配電箱中安裝定時器，按預定的時間自行開關燈，時控方式以時間為唯一開關燈依據，不論在任何季節氣象條件下，均只能在規定地統一時刻開關燈。隨季節變化，需要人工干預來調整開關時間；而有些景觀燈開關通常是人工手動控制方法，人工控制方式是根據開關燈時間表由值班人員手動進行開關燈操作。現行的方法既不能及時調整開關燈的時間，更無法及時反映照明設施的運行情況，并且故障率高、維修困難。另外，電力載波控制具有易受電力線強磁場干擾，通信環境惡劣，信號衰減強、時變性大等缺點。傳統的路燈照明控制方式的運行、操作結果不能集中監視、記錄和統計，達不到量化管理的要求。在路燈控制方面，ZIGBEE技術結合傳感器技術組成的網絡可以解決傳統控制方法中存在的問題，使得路燈監控脫離了人工干預，實現自動化控制。基于物聯網技術的城市照明控制系統在吸收消化了國外同類產品技術的基礎上，通過自主開發，融合“物聯網”技術，實現了路燈人多年的單燈智能控制與檢修的夢想。2.2項目基本情況基于物聯網的道路照明系統的結構，通過在每盞路燈嵌入一個無線通信模塊，使它們自組網絡，接受控制中心的命令并將路燈的狀態反饋給控制中心；HG2控制箱采用ZIGBEE技術與所管轄道路的所有路燈通信，采用GPRS與控制中心通信，根據控制中心的指令或時間和日照亮度對每盞路燈發出控制命令（路燈開啟、關閉、照明度（功率大小）等），自動調節整條道路的功率平衡；控制中心由服務器、大屏顯示、CenterView中央控制系統軟件平臺等組成，CenterView中央控制系統軟件平臺采用3D設計，通過縮放變換以俯視的角度觀察和控制到整個城市、一個街道、一條道路、甚至一盞路燈的照明情況；移動計算工具（筆記本電腦、PDA、手機）和路燈維護車也能通過控制中心進行遠程遙測和遙控。2.3項目參與人員三、項目技術報告3.1項目關鍵技術一、模塊設計無線通信模塊的MCU為FREESCLAE公司MC13213。MC13213采用SIP技術在9x9mm的LGA封裝內集成了MC9S08GT主控MCU和MC1320x射頻收發器。MC13213擁有4KB的RAM、60KB的FLASH，具有1個串行外設接口，2個異步串行通信接口，1個鍵盤中斷模塊，1個定時器/脈寬調制模塊，1個8通道10位的模塊轉換器，以及多達32個的GPIO口等。無線通信模塊采用ZIGBEE技術、IEEE802.15.4協議，通信覆蓋半徑可達150m，能與在其覆蓋范圍內的任何路燈節點自組網絡和進行通信，除了實現路燈的物物相聯以外，還具有調節電子鎮流器的功率輸出(30一100)，實現節能和綠色照明，檢測供電線路的電流、電壓、功率因數以及、每一盞燈的工作狀態，當發生故障(如燈具損壞、燈桿撞擊、人為破壞)時，實時向監控中心和相關部門報警等功能。無線通信模塊還進行了防雨、防潮、防雷電、防電磁干擾設計，并充分考慮了安裝方便、維護簡單和可恢復性(接入兩根線就實現了路燈級的無線控制，拆除兩根線又恢復到原來的狀態)，可以嵌入在路燈的不同位置(燈桿底部、燈桿內、燈罩內)。二、通信協議無線通信模塊的通信協議如下：對照明實施按路段順序編號，通過命令轉發和狀態返回實現節點之間“手拉手”的通信。命令轉發機制：每個節點通過一個位示圖結構來記錄哪些幀已經被轉發(位示圖最多可以表示256幀)，如果節點接收到命令幀后，判斷該幀是否已經被該節點轉發，如已轉發則丟棄該幀(節點只對收到的命令幀進行轉發，對幀的內容不做修改)，從而保證了以最快的速度控制一條線路，并且有效防止了某個節點故障影響整條線路的工作。狀態返回機制：命令幀發送到達指定節點后，該指定節點則接收該命令并立即返回狀態；轉發規則：只有節點號比目標節點號小才轉發，狀態返回過程則相反。三、與中央監控的連接一條傳輸通信鏈路由若干個ZIGBEE節點組成，在這些節點的中間設置一個簇節點(一條道路可以設置1個或多個簇節點)，其作用是以GPRS的方式與控制中心通信(命令接受和狀態返回)，簇節點采用FREESCLAE公司32位CODEFIRE系列MCF52223芯片作為控制單元，GTM900B(華為GPRS通訊模塊)和EM770W(華為WCDMA的3G通訊模塊)作為遠距離無線通信模。MCF5222x系列利用常用的V2 CODEFIRE內核構建而成，在80MHz的頻率下性能高達76MIPS(Dhrystone 21)，接口功能包括：1個Mini USB接口，支持USB OTG功能，3個2線串口，1個麥克風輸入接口，1個HEADSET輸入出接口， 1個816揚聲器輸出接口，1個132*96點陣LED，1個5*5按鍵鍵盤，支持RTC、ADC、PIT&GPT、PWM等；GTM900B和EM770W則完成遠距離的GPRS通信。3.2系統軟件設計控制中心的軟件設計平臺為Windows 2003，開發工具是微軟Visual Studio 2005，數據庫使用SQL Server 2005，與地理信息系統相結合，在獲取了街道、建筑物以及路燈的位置、形狀等特征信息后，設計以路燈為主體的3維虛擬城市，在控制中心大屏幕上動態顯示道路的照明效果，并可以通過平移，放大，縮小等幾何變換，觀察整個城市、街道甚至每一盞路燈的照明情況。該軟件主要有5個功能模塊：系統設置、智能控制、電量核算、故障處理和緊急預案。系統設置中的區域設置有市，區，街道和電控箱4種；路燈設置有路燈的位置、型號、生產單位、施工單位、維護責任人，安裝日期、清洗維護日期等；亮燈方式設置有全開，全關，單號路燈開，單號路燈關，雙號路燈開，雙號路燈關，13路燈開，13路燈關，14路燈開，14路燈關，智能控制等11種控制方式；時段設置可根據不同的城市不同的季節設置不同時段的亮燈方式。智能控制有兩方面內容：（1）針對安裝了電子型路燈的路段，根據季節變化和天氣狀況，通過實時采樣環境光強度，對路燈的照明亮度進行智能調節；（2）在夜間，特別是深夜當檢測到汽車和行人的流量十分稀少時，在不影響辨認可靠的情況下，適當降低道路的照明亮度，節約電耗；電量核算能對市、區、街道、電控箱甚至每盞路燈進行用電量的統計和核算；故障處理是對燈具損壞、斷電、斷相、過流、過壓、三相不平衡以及人為破壞等情況，在第一時間向監控中心報警后迅速生成故障報告；故障處理的另一個功能是按路段和時段(年、季度、月)統計亮燈率、故障率、每次故障處理的效率(平均修理時間)；緊急預案是對一些突發事件制定度緊急預案，在特殊情況下，盡可能提供合適的道路照明，保證人民生命財產的安全。主要功能模塊1）路燈監控的“三遙”功能：實現自動運行和手動控制；使用控制平臺對路燈遠程遙控、自動報警、選測；2）報警處理功能：報警內容包括：照明電器損壞、電壓電流越限等；3）自動控制方案：設置單次模式、每天模式、節約模式，實現按需照明；4）自動校時系統：在保證集中控制器與通信服務器正常連通的情況下，系統時鐘自動與通信服務器時鐘同步，系統定時自動對終端設備進行精確校時；5）遠程監控和查詢：通過互聯網，實現對系統的遠程接管和遠程實時查詢；6）數據采集功能：單燈或者支路電壓、電流、功率等數據參數采集；7）控制功能：實現分區域（組）開、關、查詢功能和單燈開、關、查詢功能；8）調光功能：實現配合LED載波電源，進行定時調光功能；9）系統具有緊急控制開關裝置、提高系統控制性能；10）報表功能：包含歷史數據存儲；3.3項目硬件構成“基于物聯網的道路照明系統”主要由單燈控制器、現場基站和監控中心監控軟件三個部分組成。系統先由單燈控制器組成子網，再由現場基站通過無線的方式將子網數據遠傳至控制中心，最后由監控中心監控軟件進行數據處理及控制。單燈控制器安裝在每盞路燈上與電源模塊及燈具進行連接，負責接收現場基站發出的信號，從而進行控制路燈開關、亮度調節、溫度采集、濕度采集、亮度采集等操作；該無線路燈控制器可采集電流、電壓等參數，通過無線智能控制方式傳輸到監控中心，為節能等評估打下數字基礎。l 現場基站現場基站處于監控中心和各單燈控制器組網范圍間，主要負責單燈控制器的時序調整、數據記錄、數據接收及發送操作等，同時它負責控制網絡的運行，將監控中心的命令下達給單燈控制器，將控制器及線路信息反饋監控中心。l 監控軟件監控中心監控軟件運行在Windows平臺上，數據庫使用MS SQL數據庫，基于Web方式，支持遠程訪問。監控軟件對現場基站進行遠程數據訪問和監控，包括參數配置，監控命令發送、現場燈具狀態收集及管理等。它能夠顯示路燈狀態（亮度、溫度、濕度、電壓、電流、功率和功率因數）信息，能夠遠程控制路燈的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。 （一）ZIGBEE通信系統在ZIGBEE技術中，其體系結構通常由層來量化它的各個簡化標準。每一層負責完成所規定的任務，并由向上層提供服務。各層之間的接口通過所定義的邏輯鏈路來提供服務。ZIGBEE協議的體系結構主要由物理（PHY）層、媒體接入控制（MAC）層、網絡/安全層以及應用層構成。ZIGBEE標準確定了ZIGBEE網絡中的三種設備：ZIGBEE協調器、ZIGBEE路由器和ZIGBEE終端設備。每個網絡都必須包括一臺ZIGBEE協調器，它負責建立并啟動一個網絡，其中包括選擇合適的射頻信息、唯一的網絡標識符等一系列操作。ZIGBEE路由器作為遠程設備之間的中繼器來進行通信，能夠用來拓展網絡的范圍，負責搜尋網絡路徑在任意兩個設備之間建立端到端的傳輸。ZIGBEE終端設備作為網絡中的終端節點，負責數據采集。根據ZIGBEE規范，將網絡層分為數據實體、管理實體。數據實體接口的目標是向上層提供所需的常規數據服務，管理實體接口的目標是向上層提供訪問內部層參數、配置和管理數據的機制。數據實體提供網絡層的數據服務，對應用層和MAC層的接口分別為NLDE-SAP（網絡層數據訪問接口）、MCPS-SAP（MAC層數據訪問接口），實現兩個對等的應用層之間的端到端的傳輸。（二）路端通信裝置路端通信裝置總體框如如下：其中AD模塊和繼電器模塊用于路端的控制箱的控制和檢測，該部分功能用戶根據需求可選。如果用戶控制和監測路端的路燈控制箱可以使用這些模塊來實現這些功能。SPI，IIC接口便于擴展，使得硬件具有靈活性和可擴展性。電源電路電源電路為MCU提供3.3V工作電壓，它的好壞直接決定整個系統能否穩定地工作。為了提高電源電路的抗干擾性，所有的電源引腳必須接有相應的濾波電容，在PCB布板時應將這些濾波電容盡可能地靠近相應的引腳，以抑制高頻噪音，降低電源波動對系統的影響。晶振電路晶振電路為MCU提供工作時鐘。本系統選用的是48MHz的外部有源晶振。EXTAL為晶振或外部時鐘輸入；XTAL為晶振輸出。PLL濾波電路PLL濾波電路主要實現對片內PLL模塊濾波的作用，VDDPLL引腳由芯片內部提供電壓。片內PLL模塊可以對外部接入的時鐘信號進行倍頻。復位電路復位電路實現系統上電復位以及運行時的按鍵復位功能。復位信號包括復位輸入RSTI和復位輸出RSTO。RSTI為低電平有效：正常工作時，RSTI引腳通過4.7k上拉電阻接到電源正極保持高電平；若按下復位按鈕，RSTI引腳接地變為低電平，芯片復位。若復位成功，RSTO會輸出低電平，發光二極管點亮。注意：如果RSTI一直被拉低，MCU將無法正常工作；也不能將此引腳懸空。3.4項目功能簡介遠程控制功能：能控制交流的通斷，實現遠程開關燈功能；通過PWM接口，改變輸入電流，實現LED燈的亮度調節。亮度調節范圍從0%到99%；可實現開關時段控制（單一集中控制下的一個子網，在脫網的情況下（比如監控中心故障）也能按照某種既定的方案正常運行）。實現分組控制（比如按奇數燈號亮，偶數燈號滅）。實時數據采集監測查詢：電壓、電流的實時數據；恒流模塊是否正常；路燈節點時間與PC同步（可以實現后臺崩潰后路燈節點的自動控制）；斷電監測（采用軟件輪詢放上獲取單燈控制器工作狀態判斷是否斷電）；電源模塊或燈具溫度的采集；監控中心可以查詢任意時間段每路路燈數據信息。數據統計分析：可以統計燈的亮燈率；統計LED燈的用電量。l 報警功能：輸出電壓過壓、輸出電流過流的監測報警；恒流模塊是否正常的監測報警；斷電的報警。可實現通過GPRS把報警信息發到指定手機上。l 數據存儲及報表輸出：現場監自動控制設備在服務器上的數據庫中存儲歷史記錄，數據庫可以集中生成一個時間段的電流、電壓、電能、亮燈率、開關時間的分析曲線和報表，并能打印出來。3.5項目進度及完成期限四、項目投資情況資金投入情況：本項目計劃投資 萬元，其中設備購置費 萬元，軟件開發費 萬元，人員經費 萬元。項目的主體部分已經建設完成，接下來會在項目推廣、測試方面做較多投入。五、項目實施成果情況管理效益系統設置模塊：系統設置主要功能是對系統中的一些可調參數及數據庫中的一些內容進行增加、刪除和修改等操作，使得用戶能夠更加靈活自主地使用軟件中提供的功能。手工控制模塊：用戶可以通過管理軟件中的相關按鈕，對路燈進行打開、關閉及調節功率等操作。系統除了實現傳統路燈控制中對整條路段的控制，還可以將控制操作作用到某一盞具體的路燈上，通過無線傳感網絡實現了對路燈的單燈控制。時段控制模塊：用戶可以自定義時段控制命令，當系統打開時段控制后，一旦時間到達用戶設定的邊界值時，軟件自動發送控制命令實現對路燈的自動化控制。在系統中最多可設定4個級別的時段劃分，用戶可為不同路段按其所處環境的不同，設定不同的時段級別，這種處理方法使得用戶的管理更加靈活方便。路燈狀態查詢模塊：該模塊可以實現路燈實時狀態的顯示，主要是通過一個不斷輪詢系統中路燈的線程來實現的，該線程的功能就是發送單燈狀態查詢命令給通信軟件，然后再等待通信軟件返回的路燈狀態命令，（1）有返回狀態，分析路燈狀態與數據庫中的路燈控制狀態是否一致，對比一致則證明路燈工作正常，對比不一致則證明路燈出現故障，標志路燈的實時狀態后，繼續發送下一盞路燈的單燈狀態查詢命令；（2）線程在系統設定的時間范圍內等不到通信軟件返回