基于物联网的路灯节能管理系统

1、基于物联网的路灯节能管理系统 管控一体 灯灯相联概述路灯是与人们日常生活紧密相关的市政公共设施， 既关系到夜间行人和交通 的安全，又承担着美化市政、降低社会犯罪率的重任，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、 延长灯泡的寿命、 降低维护和管理的成 本是现代效能型社会追求的目标。目前，全国大部分城市的照明控制和管理仍采用传统的模式， 道路路灯和城 市夜景亮化的开关由每台箱变或配电柜独立时钟控制， 无法做到精确的统一性控 制和管理， 除了部分实现了路灯变压器的监测外， 大部分路灯设施均靠人工巡检 的传统管理模式，从而造成路灯电缆、灯具等城市路灯设施失窃和人为损坏严重， 与“分

2、时间、分路段、分情景 ”的科学亮灯模式的管理目标相去甚远；特别是集中 亮灯时电流、 电压的瞬间剧烈变化对专用变压器和灯具造成的巨大冲击， 时常造 成设备的损害，大大缩短了设备的使用寿命，增加了城市照明的维护成本。在这样的背景下，我们借鉴了国内和国际上最新的自动控制和节能管理技 术，集多年自动化系统产品研发和工程实施的经验，依据路灯节能与管理要求， 采用了先进的嵌入式控制器技术、 GPRS/CDMA/GSM 网络数据传输技术、网络 监控和管理技术，成功开发了基于物联网技术的 无线传感器网络（ WSN）路灯 节能管控系统。无线传感器网络在 路灯监控方面应用的产品还不多见， 其特点非常适合路灯 的监

3、控要求，将 无线传感器网络 的节点与路灯检测、调光、控制集成在一起，实 现对每个路灯的单独控制， 通过无线传感器网络 的自组网实现对所有路灯的远程 节能监控。因此 WSN 路灯节能和控制系统实现了路灯全面智能化，实现了 “分 时”、“分路段”、“分情景 ”的合理光源分布；各种节能手段的综合运用，实现了路 灯精确管理，可实现 30% 以上的路灯节能效果，对于提高能源利用效率，缓解 能源紧张状况具有重要意义。二、系统结构系统由三部分组成：计算机路灯控制和管理中心，路灯监控终端及RTU。计算机路灯控制和管理中心通过 GSM/GPRS/CDMA方式与分布在各地的路 灯监控终端通信， 实现区域或城市的路

4、灯控制； 路灯监控终端作为一个路段路灯 控制和管理单元，并通过 WSN 无线通信方式与每一个路灯节能控制器通信，实 现路段的路灯控制； RTU 控制和监视每一个路灯的亮、灭并与路灯监控终端和 路灯监控管理系统构成路灯监控和节能监控系统， 实现控制、监测和管理的功能， 结构原理如图 1 所示。三、 系统功能1、路灯监控和管理中心路灯监控管理系统是以 Linux 操作系统平台为基础，以数据库为核心，以路 灯监控和管理应用软件包为工具， 以 GPRS/CDMA/GSM 或其他传输方式为远程 数据通信网络， 集监视、 控制、管理功能为一体的一个分布型网络结构的计算机 监控和管理系统。实时数据库管理系统

5、具有快速的响应速度，能很好地满足路灯系统实时性的要 求，其完善的数据库定义、 查询工具和良好的用户界面， 使用户能够灵活方便地 对数据库进行离线或在线的修改、扩展和定义。系统具有友好的人机界面和完善的图形数据处理功能， 方式灵活、 简单。地 理信息（ GIS）图形处理系统使操作人员可以在屏幕上实现图形的缩放、平移、 导航及各种监视、操作、修改和定义功能。 整个系统具备的功能如下：具备五遥（遥控、遥讯、遥调、遥视、遥测）功能。系统同时兼容回路控制和单灯控制。单灯控制可实现路灯寿命预测，精确计算亮灯率。 回路控制估算亮灯率。可测量单灯或回路的电压、电流、功率因素，有功功率。系统具有电缆防盗，路灯故

6、障通过手机和监控中心的报警功能。能生成 故障码，方便维修。有监测道路车流量的功能的扩展接口。可在现场或通过监控中心设置单杆调光率或回路调光率。软件能做节能量分析并提供相关报表。中心软件留有公众热线整合报修接口，可汇总故障报修状况，可生成维 修工单及维修结果确认单。可生成最佳的维护策略或维护路线。可生成维修明细。报告耗材（路灯、电容、镇流器等）库存状态。有综 合管理等办公自动化功能，实现总公司对分公司的通过互联网的实时管理。具备通过视频和负荷监控实现指挥及维修调度功能， 可联动对应的管理 摄像机。详细记录开关灯时间，方便节能量计算。控制系统失效时，能无条件保障照明。对白天意外亮灯、晚上意外熄灯、

7、远程控制器故障、配电箱门开关不正 常，电压电流超限和供电线路停电可报警。单灯和回路终端盒独立运行，现场控制，提高开关灯的可靠性。2、路灯监控终端1）特点l GPRS/CDMA/GSM 移动网络通信连接， 支持手机短信功能， 实时发送多种报警信l 高性能嵌入式微处理器技术，先进的电能测量计量专用芯片，大容量存储器技术l 通讯距离： 50-200 米l 自诊断和自恢复功能l 断电数据保持功能l 远程或就地自动调压实现路灯的亮灯、暗灯的节能控制l 无线路由节点通信连接功能，实现与单灯节能控制器的通信l 可选的就地彩色 LCD 图形显示和操作键盘功能2）结构采用户外机箱安装结构， 可以直接安装在户外路

8、灯变压器的安装平台上和电 杆柱上，也可以直接安装在路灯配电控制箱内。由测控通信模块、图形显示和通信控制器（选件） GPRS/CDMA模块、无线 线路由节点通信模块，电源模块、接线端子和机箱组成。3）功能数据记录功能l 可以按分钟、小时、天、周、月记录和保存各种连续记录数据和最大最小值数据 状态监视功能l 开关量输入可以监视路灯的开关以及节能控制器的状态控制输出功能l 开关量输出可以控制路灯开关和节能控制器等通信功能l GPRS/CDMA/GSM 网络通信实现远方数据招唤传送、定时传送、越限报警 / 变位 传送和远程控制命令传送功能短信息报警l 检测到报警事件时，将主动发送短信息给预先指定的手机

9、。l 图形显示和通信控制器后，可以实现路段内路灯就地的图形、数据、状态、报警 显示，操作和维修工程师可以在就地通过图形显示器和键盘对路段内的路灯进行 操作控制，检验和维护工作。四、 特点及技术优势传统路灯管理系统通过铺设控制电缆或者采用电力载波的形式进行路灯控 制。其构成框图如下所示传统路灯管理系统结构原理图1、技术比较l 传统路灯管理系统达到控制目的需要对控制回路进行线路， 无线传感器网络路灯 管理系统全部采用无线方式，不需要敷设线路。l 传统路灯管理系统 很难实 现单灯控制， 无线传感器网络路灯管理即可以实现回路 控制也可以实现单灯控制。l 传统路灯管理系统可以定时按照程序控制开关， 无线

10、传感器网络路灯管理即可以实现按照程序进行控制，也可以根据室外照度控制2、经济比较 1、传统路灯管理系统建设费用高、建设周期长、日常维护费用大。 传统路灯管理系统建设费用高以一个 2000 个路灯系统，20 个回路控制的建 设为例，传统路灯控制系统的直接建设成本约为 60 万。采用无线传感器网络路灯管理系统的直接建设成本约为 30-50 万2、采用无线传感器网络路灯管理系统节能效果好提高亮灯率：系统投运后可以随时发现路灯运行中出现的问题，随时处理，提 高亮灯率。节约能源，减少电费支出：在系统投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量减 少的情况下，执行 “隔一亮一 ”、“隔二亮一 ”、“隔三亮一”的照

11、明方式，既给夜间 出行的行人带来主便又能节约大量的电费支出。在实现单控后，最少节能 40% 。延长灯具寿命：采用路灯智能控制终升高的情况下。据测试，正常电压( 220V ) 情况下，钠灯电压为 100V，电压升高后( 230V-240V )，钠灯电压可升至 120V-150V ；正常电压环境下降压节能运行后，钠灯电压一般为 85V，电压升高 环境下，钠灯电压可保持在 100V 左右。从理论和实际使用环境，采用调压控制 节能可以延长路灯使用寿命。节约人力、物力，提高管理水平：由于可实时监控每盏路灯、每个路段及亮化 工程点工作状态， 计算机可以及时对故障进行汇总， 写入数据库， 以便次日进行 维修；利用动态实时模拟显示屏， 监视全区路灯， 值班员在中央控制室就可以概 览路灯现场运行情况， 从而减少巡灯的维护成本和减轻巡检人员工作强度，