N+n路由信息流无线传输链式网络智慧路灯单灯控制系统V1.01

1、N+n路由信息流无线传输链式网络智慧路灯单灯控制系统QQ:8080641目录1.隧道照明智能控制管理的必要性31.1节约能源智能化发展趋势31.2目前路灯管理面临的问题31.3智能照明系统优越性51.4隧道智能照明控制52.N+n无线链式网络智能照明控制管理系统72.1系统架构72.2系统各部分功能介绍72.3系统功能划分92.4信息流传输与N+n路由102.5策略控制122.6隧道端系统的满负荷容量132.7与ZIGBEE组网对比优势143.产品说明153.1隧道内工程布局图153.2无线链式组网智能照明控制管理系统隧道端产品包括：153.3ML203 智能照明控制开关163.4ML205

2、隧道出入口场景控制按键开关173.5ML206 隧道内紧急开灯按钮183.6ML201 智能照明通信机193.7ML202 智能照明控制器单元201. 行业背景十八大提出：要全面促进资源节约。节约资源是保护生态环境的根本之策。要节约集约利用资源，推动资源利用方式根本转变，加强全过程节约管理，大幅降低能源、水、土地消耗强度，提高利用效率和效益。在国家大力提倡低碳、节能、环保、绿色的时代背景下，智能控制管理可以使设备的控制更便捷，更高效，更能为日常活动节约不必要的能耗，减少碳排放。现今，人们越来越意识到过度温室气体排放所带来的严重后果，并已经开始主动减少碳排放。因此降低电力消耗也越来越受到重视。虽

3、然如此，我们仍然处处可以看到不合理照明浪费着能源。这种情况发生在学校、公共楼宇、办公室、政府机关、医院、仓库、隧道等等几乎所有的地方。据统计全球照明用电占全部用电的20%，而其中的很大一部分又是用在户外照明，中国也不例外。目前，据统计中国已经安装的路灯大约有2亿盏之多，路灯的平均功率大约是200 瓦，假定每天开启时间为10小时，那么每天就是2度电，365天就是730度电，2亿盏就是1460亿度电；而中国最大的水电站长江三峡水电站的26台机组完全投产以后每年的发电量才847亿度电。所以所有路灯所用电量大约为2个三峡电站的发电量。这决不是一个小数字，更何况现在的路灯还在以每年2000万盏的速度增加

4、。2. 智能路灯系统的建设意义路灯单灯智能控制系统，即对灯具进行监控智能管理，既保障照明质量，又节能减排，提效降耗，从而实现对每一盏灯具实现“按需照明”和“精确管理”，并且配置电缆防盗报警功能。 实施路灯单灯智能控制系统的意义主要在于：在实现城市照明精细化管理的同时，又通过合理的照明管理实现了路灯节能，大大减少电缆偷盗情况。为实现节能减排目标，国家确定了十大节能工程，其中一项是绿色照明工程。城市照明耗能占我国照明耗电的比例很大。因此，在满足城市照明要求的前提下通过合理的管理手段实现照明节能，对实现城市的节能减排指标是非常有意义的。国家城市道路照明设计标准第7.2.5条规定了城市道路照明可采用的

5、节能措施要求：在深夜宜选择下列措施降低路面亮度（照度）：深夜时关闭一盏光源；关闭不超过半数的灯具，但不得关闭沿道路纵向相邻的两盏灯具。通过单灯控制系统可实现的合理的照明节能管理手段包括： 1. 为了节约能源，通过采用后半夜关闭某些辅助路灯的电源，实行隔盏亮灯或开二灭一的方法降低亮灯密度等方法从而降低电能的支出。2. 可以采用切断间隔灯杆上的照明光源或者切断同一灯杆上的部分照明光源。3. 基于目前城市照明现状，我们提出了“按需照明、精细管理”的概念，通过单灯控制系统实现基于统一路灯管理平台的远程化、精细管理，将产生良好的社会效益、经济效益和管理效益。1) 经济效益：采用路灯单灯控制系统以后，全市

6、范围内的路灯全夜灯、半夜灯的开关均可实现以资源管理为核心的按需照明和精确到每一盏灯的精细化管理。由于减少了开灯时间，延长了光源电器寿命，降低管理运行成本，进一步提高了经济效益，实现按需调控照明亮度，节约能源和管理运行费用。 2) 社会效益：采用路灯单灯控制系统后，由系统对全市范围内城市照明的每一盏路灯的开关操作实现自动控制，与此同时，由计算机对每一盏路灯的状态进行高效快速巡测，调度人员可以在故障发生后及时了解故障的地点和状态，为快速、及时修复提供了强有力的保障。路灯维护及时，可以极大地减少对照明管理部门的投诉、减少道路交通事故的发生，有利于城市的治安，产生极大的社会效益，从而进一步提高城市的形

7、象。 3) 管理效益：路灯单灯控制系统利用计算机及时、全面地发现每一盏路灯运行中出现的故障，实现真正意义上的“值班等待报警”，不仅大大减少了城市照明巡视人员和车辆损耗，降低了维修成本，而且在检修车出发之前已经知道了故障的准确地点和基本状态，无需靠人工查找档案图纸、单纯的文字性数据库信息及巡线查找，因而大幅缩短了维修响应时间、提高了检修效率，大大减少了电缆偷盗情况，保证路灯亮灯率，有效的降低了人力物力成本。3. 实施目标 3.1 国内外现状在欧美发达国家，智能照明控制系统已经广泛应用在各种领域，包括楼宇、商场、火车站、隧道、广场、医院等场合。欧美国家的西门子、路创、ABB等国际知名公司早已开始在

8、智能照明控制领域研发出适合欧美市场特点的产品方案。欧美国家研究此领域的重点是放在了如何便于用户对灯具的方便控制，甚至自动控制，有效管理方面为重点。在我国此领域起步较晚，但随着信息技术的快速发展，国内已有科研院校、科技公司陆续开始投入资金技术力量在此领域研发出符合中国国情的智能照明控制系统。在窄带无线控制技术近二十年的快速发展中，无线通信组网也逐渐的从军用领域逐渐扩大到工业应用领域。在智能灯具控制领域无线组网国内还未有新突破。大多厂家采用的是Zigbee国外技术应用组网实现灯具的智能控制。而国内具有自主技术的组网技术还未有发展突破。3.2 路灯管理现状 现有的城市灯光控制系统，一般采用的都是设置

9、多个开关柜，来对整个城市灯光进行分片控制，每个开关柜一般负责半径5001000米之内所有灯光的开和关，开则全开，关则全关。这是一个对路灯的集中控制系统，无法做到对每一盏路灯的精细化管理，给路灯管理带来几方面的问题如下。1 无法监控每一盏灯的运行状态，因此当某一条线路上的某一盏灯发生故障时，控制中心无法及时发现和处理，通过人工巡查方式进行管理则不仅成本很高，而且管理效率低下。2 无法及时准确地统计亮灯率和对每一盏路灯的工作情况进行准确的评估。 3 控制策略只能针对整条线上的所有路灯，无法对每一盏灯的具体工作方式进行精确的调整和控制，因此无法实现一些复杂的节能控制策略，如某一盏灯的调光策略或开关时

10、间策略。现有路灯控制系统存在的功能缺陷有以下几个方面。1. 功能单一，扩展性差 只提供路灯的开关功能，不具备日常维护管理功能，没有任何远程管理软件或终端设施；因此，路灯系统的故障发现、故障报警、数据报表统计等功能需要人工来完成，浪费人力资源。 2. 控制方式落后 当前，路灯控制还停留在手动、光控、时控等方式，受季节、天气和人为因素影响很大，自动化管理水平低，经常该亮时不亮，该灭时不灭，极易造成能源浪费。3. 操控不便 无法及时修改开关灯时间，不能根据实际情况（如天气突变，重大事件，节日）的需要及时校时和修改开关灯时间。 4. 日常维护困难 现有路灯照明设施的管理工作主要采用人工巡查模式，不仅工

11、作量大，而且还浪费人力、物力、财力。故障发现依据主要来源于巡查人员上报和市民投诉，缺乏主动性、及时行和可靠性，不能实时、准确、全面地监控整个照明系统的运行状况，缺乏有效的故障预警机制。5. 设备信息管理困难 照明系统设备数据信息还要人工统计，无法形成各种年度报表；而且一旦没有及时更新或一次统计错误，将造成统计混乱，数据不可查。 此外，在边缘地带，供电电缆极易被盗。一旦照明电缆被盗，影响极大，不仅造成大量经济损失，影响了较大范围的路面照明，还诱发安全事故，危及大众的生命和财产安全。 综上所述，现有路灯控制系统存在功能性不足、自动化程度不高等先天不足，已经无法满足新世纪智能照明、节能减排的需求。

12、3.3 目标确保按时、按需点亮每一盏灯，并能有效地节省路灯的用电电量、延长灯具的使用寿命、降低城市路灯的维护和管理的成本、提高管理效率是单灯智能管控系统追求的目标。在现有国内领先水平的监控管理系统基础上，开发、建设、应用具有国内一流水平的路灯单灯控制系统，可以进一步提高全市路灯监控管理水平，促进路灯节能工作的顺利实施，充分发挥系统在路灯建设、管理、维护、节能工作中的枢纽与核心作用。 单灯控制系统的目的是要达到针对每一盏路灯的单独控制，包括对每盏灯单独的参数设置、亮灯策略、故障检测和运行状态的管理和控制，在原来针对每一回路进行集中控制的基础上，增加单灯控制的意义如下。 1 节能减排，实际的测量表

13、明，通过对单灯设计合理的亮灯策略，达到路灯的有效节能，对于大城市来说，亮灯节能是降低能耗的重要手段。2 通过对每一个盏路灯运行状况的监测，提高管理效率和降低管理成本，提高路灯管理的信息化和自动化水平。管理的内容包括：单灯监控模块可以直接控制单盏路灯的开关，在线采集光源的电压、电流、有功功率、功率因素等参数；同时可以提供光源的故障信息等，系统具有电缆防盗功能，能全天候检测电缆偷盗情况。4. 单灯监控管理系统介绍4.1 系统概述N+n智能路灯监控管理系统就是针对目前的这个状况，在总结国内外路灯智能控制产品的成功运行基础上依照国家及电力部和国际有关标准，自主设计、研发成功的用电设备管理产品。系统可以

14、实现对路灯、广场、码头等需要长时间照明的场合的灯具控制，远程控制灯具的开关、检测灯具的工作状态。从而实现高效率、低成本的管理。以无线链式通讯传输为核心的智能路灯控制系统，具有易实施、免布线等特点，不破坏设施现状和周围环境，不影响正常的工作和生活秩序，施工简捷、工期短。可以节省大量的资源，是当今提倡节约型社会一个很好的科学智能化管理手段。智能路灯控制解决方案是路灯控制管理最高效、最全面、最精细化的管理方案。通过系统构建的控制器网络，可以对每一盏路灯、每一组路灯进行远程开关或调光控制，对每一盏路灯运行的电压、电流、功率、开关状态等参数进行远程实时监测，同时具备灯具故障报警、电路故障报警、控制器故障

15、报警、电缆防盗等报警功能。所有的控制和管理工作均通过电脑、手机等智能终端完成，无需管理人员亲临现场。1233.14.2 系统功能1. 开关控制：任意一盏、一路或自定义组路灯的开关控制；2. 状态查询：查询路灯状态、电流电压、电量等数据；3. 定时控制：定时控制开关灯、分时段实现区域控制；4. 故障报警：路灯故障时向监控中心报警显示故障灯号；5. 系统显示：显示路灯系统组织结构及相关灯具信息；6. 数据报表：生成电能、亮灯率等分析曲线和报表；7. 历史记录：可查看灯具执行的历史记录；4.3 系统特点1. 无线通信：无需布线、易施工、成本低；2. 可对路灯进行分区、分线路、分组管理；3. 按工作日

16、、节假日、季节等设定自行开关时间；4. 可随时远程控制灯具状态；4.4 系统方案4.4.1 组网方案整个路灯单灯监控系统由监控中心、远程监控终端(RTU)、远程终端设备和路灯组成。路灯单灯监控系统的整体组网结构如图所示。本系统采用无线组网技术和有线网络两层网络。路由节点安装在路灯灯杆上，起着控制路灯节能和为其他节点无线转发的中继作用。在该系统中，每个路灯终端节点都起着路由节点的作用。针对道路照明系统特殊的“长链状”网络拓扑结构，以及考虑到系统的健壮性和可靠性，本系统采用N+n路由算法，同时系统就包含有内置冗余保证，如果网络中有节点发生故障、脱离了网络，无法正常工作，节点数据将自动路由到下一个节

17、点以保证系统的可靠、稳定。原理如图所示:4.5 监控中心对于路灯监控系统而言，其中监控中心软件主要负责采集从站数、发布控制命令、传送实时数据给服务器、显示实时数据以及提供声光报警等功能，同时还要进行各种复杂的后台计算，维护数据库数据的完整性等。4.6 技术核心2.4GHz频段是全球开放的ISM频段，使用者无需申请许可证，给开发者和用户带来了很大方便；同时，2.4GHz无线射频技术采用专用的数据通道，出现相似频段的可能性大大降低，从而减少了信号之间的干扰，保证了传输的稳定性。因为具有这些优点，蓝牙，ZigBee，Wi-Fi等短距离无线数据通信均工作在2.4GHz ISM频段。在一般应用场合，以上

18、这些技术显得过于复杂，其成本也过高，很难满足快速开发和低成本的要求。因此，目前迫切需要一种低成本、低功耗、能够快速开发应用的方案，来实现设备的无线连接。设计基于2.4G窄带无线网络的LED照明智能控制系统，本系统呈分布式结构，通过2.4G无线网络技术实现终端节点间数据交换，实现照明灯具的实时控制及电流电压采集。整套系统包括照明主机、终端控制器、终端节点、紧急开关、场景开关。本系统通过一种无线网络化通信方式组网，在某一时刻为点对点通信，将信息流从开始端按照采用“手拉手的方式”将信息传递到末端装置，信息流达到末端再返回到开始端，一个信息流通信过程完成。在通信网络中有某通信装置失效，则上一级无线通信

19、装置会自动路由到下下一个无线通信装置，依次类推可以路由到更多无线通信装置。4.7 策略控制规约中设计的几种常用的控制方式：1、 单点控制（开或关）；2、 头+n式控制（开或关）；3、 尾-n式控制（开或关）；4、 间隔n式控制（开或关）；5、 全部控制（开或关）以上每个控制方式都是一个信息流，可以通过多个控制流来实现以上5中控制方式的组合4.8 与ZIGBEE组网对比优势比较点ZIGBEE组网N+n链式组网核心技术国外，zigbee联盟具有独立知识产权，自主研发应用情况工控类，组网类，窄带通信场合逐步推广工控类，链式传输窄带通信特点的场合组网方式需中继器，路由器，节点三种设备组网只需要节点一种

20、设备采用链式组网解决的问题短距离无线通信解决大面积组网问题短距离无线通信解决长距离组网问题设备复杂性需要有协调器、路由器和终端节点只需终端节点，终端节点路由，协调功能通信速率255Kbps1Mbps，可升级至2Mbps网络部署复杂需设计路由器、协调器，节点安装位置简单只需节点链式安装即可无需提前设计网络调试难度复杂设备入网需专业人员调试简单只需通过红外配址配网调试功能实现成本昂贵便宜协议基于802.15.4物理层协议，均非自主研发N+n路由协议，自主研发，自主知识产权响应时间较快较慢5. 产品说明5.1 无线链式组网智能照明控制管理系统路灯端产品包括：序号型号名称功能简述1ML201智能照明通

21、信机具有GPRS通信功能。与后台云服务器通信；一个隧道工程需要一台此设备。2ML202智能照明控制器单元与控制开关通信，控制与管理开关节点；一台此设备管理一个频道的控制开关节点。3ML203智能照明控制开关实现灯具开关、调光、与相邻节点通信等功能4ML206紧急开灯按钮紧急打开灯具功能5.2 ML203 单灯智能照明控制采集装置产品型号与名称ML203-A基本开关控制型智能照明控制开关ML203-B带UI检测功能智能照明控制开关ML203-C带UI检测和调光接口功能智能照明控制开关性能指标l 安全性：满足GB/T 9813 要求l 电磁兼容性: 无线电骚扰限值符合GB9254-1998 标准l

22、 抗扰度符合GB/T 17618 的规定环境适应性l 工作温度： -2070l 工作相对湿度：2090%l 贮存温度：-4080l 贮存相对湿度：1093%产品特点l 2.4G无线N+n路由通信l 常开、常闭两种开关接点l 220V 10A开关切断能力l 通过红外调试工具设置工作频段和设备IDl LED开关指示，无线信号传输指示l 红外开关可以单独使用控制灯具，方便安装调试l 按键就地控制灯具开关l 电压、电流检测功能（B型和C型）l 0-10V调光控制接口（C型） ML201智能照明通信机产品型号与名称ML201-AWCDMA型联通智能照明通信机ML201-BTD-SCDMA型移动智能照明通

23、信机ML201-CCDMA-2000型电信智能照明通信机性能指标l 安全性：满足GB/T 9813 要求l 电磁兼容性: 无线电骚扰限值符合GB9254-1998 标准l 抗扰度符合GB/T 17618 的规定环境适应性l 工作温度： 070l 工作相对湿度：2090%l 贮存温度：-1080l 贮存相对湿度：1093%产品特点l 无线数据通信功能l RS-485通信功能l 通信异常报警功能l 就地复位功能5.3 ML202智能照明控制器产品型号与名称ML202智能照明控制器性能指标l 安全性：满足GB/T 9813 要求l 电磁兼容性: 无线电骚扰限值符合GB9254-1998 标准l 抗扰

24、度符合GB/T 17618 的规定环境适应性l 工作温度： -2070l 工作相对湿度：2090%l 贮存温度：-4080l 贮存相对湿度：1093%产品特点l RS485通信l 2.4G无线N+n路由通信l 就地复位功能l 通过RS485设置工作频段和设备IDl LED开关指示，无线信号传输指示6. 国内外案例6.1 芝加哥开展智能照明项目 将安装近35万盏LED路灯近日，伊利诺伊州芝加哥市宣布将开展“智能照明项目”，旨在将该市大部分的户外照明转换为节能LED光源。芝加哥还将考虑建设有中央管理系统的网络化照明，可能使用路灯部署以扩大其光纤网络，使该市能够提供新的服务。芝加哥基础设施信托（CI

25、T）已给参与此项目的各方下达信息请求（RFI），截止日期为11月15日。相对于其他主要城市，芝加哥走向LED技术的步伐一直比较缓慢。例如，加州洛杉矶市已部署14万多盏LED路灯，并主动在该系统中安装无线网络功能。不过，芝加哥改造项目可能会成为全球范围内进行的最大的固态照明（SSL）改造之一。CIT表示，户外照明库存总计348,500盏灯具，包括芝加哥市和芝加哥公园区所有的街道、小巷、高架桥、通路、湖前设置等。这些机构负责安装和维修各自的照明灯具。芝加哥园区智能照明项目库存一览表芝加哥市长Rahm Emanuel开建此智能照明项目来降低维护及电力成本，并打算提供共生的网络化服务。这既可以服务市民

26、，也可为此大项目提供资金资助。市长称，该项目不会给纳税人带来额外的负担。Emanuel表示：“通过改善整个芝加哥市的照明系统，我们将继续寻求更多具有成本效益的方式来运作并为市民提供更持久服务。此外，我们必须确保附近的街道和公园有合适的照明系统，为居民创造更好的生活环境。”市长称，该项目将允许公共部门与私营企业寻求合作以改善服务以及创造新收入。CIT执行主任Leslie Darling表示：“这个项目为基础设施信托创造了一个与该市合作的机会，实现社区现代化照明，同时为该市节约成本并提高能源效率。”更确切地说，此路灯工程希望建设一个网络基础设施，用于提供与户外照明无关的服务。例如，加州圣地亚哥市的

27、一个GE照明项目预计将成为智能停车服务及其他尚未确定的服务的支柱。RFI公文表明，除了户外照明变得更高效以外，现有城市和园区基础设施可在安全和生活质量区启用服务。RFI称，它将对此工程扩大该市路灯控制和数字服务的光纤网络方面进行评估。（责编：Nicole）6.2 伦敦路灯升级 更换14000盏的iPad控制街灯伦敦城计划在接下去的四年里对他们位于威斯敏斯特的路灯系统做一个严肃的升级。这个区承诺将花费325万英镑更换14000盏节能版本的新路灯。这些新路灯最吸引人的地方在于它们是“智能路灯”，具有在需要维修或更换的时候通过iPad的应用来警示工人的能力。此外，技术人员还可以使用应用程序控制每一盏灯的输出，进一步提高效率。作为英国的首次，市议会表示智能街灯的初期投入将会在未来的7年内收回，感谢新的路灯降低了运营成本。据称路灯从2015年开始，将每年为纳税人在能源法案上节省42万英镑。有着如此有利的数据，我们很有可能看到会有更多的现代城市采用类似的智能街灯。6.3 大连市路灯单灯监控系统