WBee远程路灯控制系统

一、概述

随着我国工业自动化水平的不断发展和提高，工业自动化技术广泛应用于各个领域。采用工业自动化不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动及其恶劣、危险的工作环境解放出来。目前国内的各大城市的路灯控制系统能源利用率普遍不高。路灯电费和维护费占了政府的财政支出一项巨大费用。目前大部分传统的路灯节能系统存在着智能化程度低、通讯稳定程度差、路面照度分布不均、耗费大量人力物力等问题。本文基于无线网络技术，设计了一套采用WBee技术实现的路灯控制实训系统。

二、远程路灯控制系统优势

现在比较常用的路灯控制系统是：时间控制、光照控制等方式控制的路灯照明系统。上述的两种控制方式存在着管理开销大、电能浪费、无法远程监控以及故障维修反应效率低等现象。如果使用布线的方式达到远程控制的目的，不仅设备和施工费用投入巨大、布线麻烦,后期设备故障维护困难及其费用极高等等原因。需要寻找一种在社会效益、经济效益上均显著的管理监控系统是城市道路照明发展的必然方向。从路灯节能控制系统的成本、可靠性、信息化、应用前景等方面考虑。基于无线网络技术，采用WBee技术实现设计了一套无线自组织无线蜂窝型网络技术，在结合路灯控制系统本地的时间控制、光照控制。无疑可以实现路灯节能控制系统的智能化、信息化、可靠性高、低成本的目标。

三、WBee技术

3.1 什么是WBee

WBee是厦门为那通信科技有限公司自主研发的一款基于IEEE 802.15.4g通信协议的高性能低电流的433MHz（国际标准免授权频段）收发器。根据WBee是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，WBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线蜂窝组网通讯技术。WBee发射功率达到业界最高值21db，接收灵敏度达到-126dbm，收发可视直线距离可以达到4000米，解决了一些短距离传输设备传输距离不足的问题。WBee网络中的设备可分为协调节点 (Coordinator)、路由节点(Router)、终端节点(EndDevice)等三种角色。

3.2 WBee的工作原理

WBee是一种跟蓝牙类似的无线通讯技术，不过它的速度比蓝牙慢，但是传输距离更大一些（一般可以达到4KM）。了解无线通讯的人都知道，所谓各种无线通讯技术，就是将数据转换成频率段不同的波，然后发射出去，在接收端将波再解析成相应的数据。WBee也不例外，它在国际通用的工作频段是433 MHz频段来进行无线通讯，WBee的通信技术所采用的蜂窝式自组织网通信的方式。

WBee通信是怎么回事？简单的举一个例子就可以说明这个问题。比如汽车防盗问题，在车上安装一个WBee 网络模块终端，当开启报警系统后，车子跟报警器只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的WBee网络。只要汽车有一些违规操作，比如开门、插钥匙等触发报警然后通过WBee把报警信息传输到报警器上，并产生报警信号。由于汽车是移动的，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新，这就是自组织网。

WBee 自组网示意图

3.3 WBee的优势

WBee的自组网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、短距离、支持大量节点、支持中继、支持加密、速度快等。因此WBee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络搭建的便捷性，在短距离传输领域具有非常强的可应用性。

3.3.1 网状网优势

1、网络结构具有强大的功能，网络可以通过多级跳的方式来进行通信

2、是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护， 具备自组织、自愈功能。

3、网络机构还可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模

3.3.2 抗干扰性能强

1、WBee在低信噪比的环境下WBee具有很强的抗干扰性能；

2、WBee技术在相同的环境中，WBee抗干扰性能远远好于蓝牙和WIFI。

3、WBee的抗干扰性能是蓝牙、WIFI和FSK的1000倍。

3.3.3 数据安全性

WBee支持完善通信协议，在数据通信中支持多种加密方式，包括AES、3DES、DES等的加密，就算您数据在传输中被截取或者修改都可以对数据完整性和正确性进行分析，保护用户的数据可以安全传输到数据中心。

3.4 WBee跟Zigbee的对比

四、WBee的硬件/软件特性

WBee （wireless bee）即无线蜂窝网络，是厦门为那通信科技有限公司最新开发的自组网无线采集传输模块。是一款小数据量，较远距离的无线采集传输设备。主要功能特性有：

五、系统项目设计

本系统设计采用的是WBee和GPRS（CMDA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO/LTE）无线网络传输系统，在本系统中是存在两层网络（WBee网络跟INTERNET）。WBee路由节点或者终端节点安装在现场的太阳能路灯灯杆上，主要是起着控制路灯的开关和为其他路由器节点或者终端节点的信息中寄存和传输作用。在系统各个WBee子网内路灯控制器通信采用WBee协议与路灯控制器通信，不会产生流量费用，所以无需通信费用。WBee子网跟采集数据中心通信的方式是利用gprs的上网功能进行连接。WBee协调器主要负责建立网络和管理网络，形成一个WBee子网，并通过连接一个WCTU跟远程中心进行连接，远程控制中心通过GPRS网络于WBee子网相联，起到对路灯的控制。监控系统还包括了本地监控的功能，为了方便路灯维护跟检修使用，方便现场维护人员查看路灯的状态跟方便路灯控制，在路灯控制现场也安装了一个本地监控中心，进行对路灯进行管理。由于本地监控中心都使用的是WBee的协议所以本地监控中心是不会产生流量的，这样可以减少无线通讯运营费用。

总体设计图

详细设计图

六、系统功能

6.1、路灯系统

主要功能：控制路灯开关、亮度调节、蓄电池充电、太阳能电池板、电流采集、电压采集、LED故障检测、LED故障报警、计算功率以及功率因数等。

(1) 数据采集功能：采集太阳能电池板在充电和胶体蓄电池在放电时，路灯系统电流、电压、功率因素等数据，以及实时检测设备的运行状态。

(2)过载保护：路灯系统提供了过载保护系统，通过实时采集到的数据进行处理判断，保证负载处于合理范围内，防止由于过高电压或者电流照成了整个路灯系统故障。

(3)自动控制功能：现场按预先设计好的时间计划自动调节路灯开关时间，并带有检测功能，可以自动调节点灯的亮度。

6.2、WBee系统

WBee系统主要功能：接收和发送WBee子网内的所有路灯控制信号、数据记录、报警信息处理等，以及各个路灯系统产生的信息。它负责控制WBee子网内的所有路灯控制器运行，将从采集数据中心的命令经过WBee子网转发下达给路灯控制器，或者将控制器及线路信息反馈给采集数据中心。WBee子网协调器处于采集数据中心和子网内路灯控制器的中间，通过GPRS或者运营商其他网络（CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO）同采集数据中心进行通信，向下则是通过WBee通讯协议方式，同各个路灯控制器进行通信。

6.3、采集数据中心

采集数据中心主要实现的功能是通过远程（本地）系统控制软件对WBee子网下的路灯系统控制器进行远程数据访问和控制，包括路灯参数配置、控制命令发送、现场灯具状态收集、现场灯具的开关等。能够显示路灯各种状态包括：亮度、电压、电流、功率和功率因数等信息，能够从远程（本地）控制路灯的开关和调节路灯的亮度，可以实现实时调度事件、读取数据记录、监视事件和报警应答等操作。

(1) 巡检功能：采集数据中心可以自动巡测每路路灯的开关状态，出现异常发送报警信息。

(2) 控制功能：采集数据中心可以随意开关任何一盏路灯并可以支持全开或者全关路灯，可以设置定时开关灯。

(3) 数据存储：强大的Oracle数据库，可以对路灯安装时间、地点（坐标）、运行参数、工作时间、功耗等用户关心的信息进行记录存储，对路灯的异常处理信息进行保存。

(4) 数据查询：采集数据中心可以通过互联网（手机或者电脑）查询任意时间段每路路灯数据信息，及其运行状态。

(5) 远程维护：可以进行远程网络维护，模块具备远程参数设置和维护功能，可以对控制器WBee等控制设备进行远程升级。

(6) 报警功能：路灯故障出现后，采集数据中心可以准确获取故障灯的位置信息，并通过采集中心的短信服务器发送短信告诉相关工作人员。工作人员可以在最短时间内赶到现场进行维护。通过实时采集电力线的电流、电压状况，通知采集数据中心，从而可以进行防盗。

6.4、节能策略

智能节能控制系统，在允许的调亮范围内实现对路灯功率的自动调节功能，通过单片机控制可控硅的导通脚，对路灯的功率进行自动调节。智能感应功能，当白天出现光线达到预期要求时路灯自动关灯；当晚上时有人或车辆经过（移动物体）时，自动打开路灯或者增强路灯的亮度；而在一段时间内没有人或车辆经过，自动延时后关闭路灯或者减弱路灯亮度。已到达到减少电力的功耗，对节能减排起到一定的作用，也可以减少市政财政支出。

七、设备清单

所需设备清单：

1、路灯控制管理软件

2、管理计算机

3、串口服务器

4、报警模块

5、路灯系统（太阳能电池板、路灯控制器、胶体蓄电池、LED灯头）

6、INTERNET环境

7、WBee

8、WCTU

八、结论

智能化和网络化控制路灯是未来路灯控制的发展方向和必然趋势。随着技术的进步和城市发展的需求，无线传感节点集成度会越来越高，价格会越来越低，路灯控制系统的功能会越来越多，路灯的自动化管理和无线通信技术的结合应用也必然会越来越广泛。

本系统采用WBee协议实现了路灯控制模拟系统的实时监控和网络化管理。系统网络扩展灵活、现场易于安装、管理方便。减少城市管理以及财政支出，减少了管理路灯的人力跟物力。采用先进技术节约能源以及提高路灯自动化控制与管理水平，已成为城市照明系统建设的当务之急。