LORA單燈無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) LORA單燈控制器

一.路燈管理和能耗現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)，“節(jié)能減排”成為我國的一項(xiàng)基本國策，備受矚目。其中，照明節(jié)能是“節(jié)能減排”中非常重要的一環(huán)，在我國具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)照明帶來大量二氧化碳等氣體的排放，對(duì)于環(huán)境的影響也將越來越大，隨著我國城市照明快速發(fā)展，上述問題還將更加突出，在照明用電中，路燈占有相當(dāng)?shù)姆蓊~，由于線路工作時(shí)間長，耗能非常之大，推廣綠色照明勢(shì)在必行。確保按時(shí)、按需點(diǎn)亮每一盞燈，并能有效地節(jié)省路燈的用電電量、延長燈泡的壽命、降低維護(hù)和管理的成本是現(xiàn)代效能型社會(huì)追求的目標(biāo)。因此，探索和應(yīng)用新型的綠色的照明供電方式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)以及“到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%－45%”的溫室氣體減排目標(biāo)，意義十分重大。目前路燈管理和能耗現(xiàn)狀如下：

Ê燈具無法按需調(diào)節(jié)亮度

Ê超負(fù)荷運(yùn)行，增加電能消耗

Ê燈具維護(hù)成本高

Ê監(jiān)控管理滯后

針對(duì)上述的缺點(diǎn)及道路照明監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀中提到的不足，浙江巨川電氣科技,急領(lǐng)導(dǎo)之所急，想領(lǐng)導(dǎo)之所想，結(jié)合公司多年研發(fā)無線通信和路燈監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，為城市道路照明開發(fā)出了一套更智慧化的路燈監(jiān)控系統(tǒng)。

二.LORA無線單燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（一）系統(tǒng)簡(jiǎn)介

無線單燈監(jiān)控系統(tǒng)，主要應(yīng)用了LORA無線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)單燈控制、亮度調(diào)光、監(jiān)控和管理功能。

系統(tǒng)通過LORA和GPRS的無線網(wǎng)絡(luò)（無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)），在用戶計(jì)算機(jī)上自動(dòng)獲得路燈的各種參數(shù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)巡檢，可以判別出路燈的故障狀況、老化程度、亮燈狀況，電網(wǎng)參數(shù)，有功、無功等各項(xiàng)指標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)了路燈的調(diào)光和按需亮燈功能，即該亮?xí)r亮、該暗時(shí)暗，并結(jié)合了最新的照明節(jié)電技術(shù)，可以節(jié)約城市路燈綜合用電量的30%左右，節(jié)省人力物力（巡檢費(fèi)），可降低維護(hù)成本60%。同時(shí)，無線自動(dòng)組網(wǎng)方式可以節(jié)約大量電線電纜和物資，且該方式不受天氣和地形的影響，也保證了通訊的可靠性。

（二）建設(shè)原則

統(tǒng)一規(guī)劃：從全市路燈管理系統(tǒng)的建設(shè)需求出發(fā)，統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，統(tǒng)一部署，各路段、各區(qū)分級(jí)聯(lián)網(wǎng)管理，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；

技術(shù)先進(jìn)：采用主流的、先進(jìn)的技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)平臺(tái)，為城市數(shù)字化管理、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮等提供業(yè)務(wù)支撐，通過無線遠(yuǎn)程控制方式，節(jié)約通信線路租賃費(fèi)用；

面向應(yīng)用：在路燈管理系統(tǒng)建設(shè)中以現(xiàn)實(shí)需求為導(dǎo)向，以有效應(yīng)用為核心，以技術(shù)建設(shè)與工作機(jī)制的同步協(xié)調(diào)為保障，確保城市亮燈工程的穩(wěn)定運(yùn)行和高效使用；

穩(wěn)定可靠：路燈管理系統(tǒng)是在原有路燈系統(tǒng)上做智能化改造，系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)乎整個(gè)城市亮燈工程的使用，系統(tǒng)采用的軟硬件根據(jù)統(tǒng)一的規(guī)范、協(xié)議和要求選型，根據(jù)最新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并經(jīng)過具有相應(yīng)資格的軟件評(píng)測(cè)中心、產(chǎn)品檢測(cè)中心的測(cè)試，質(zhì)量達(dá)標(biāo)，性能穩(wěn)定，能夠持續(xù)有效運(yùn)行；

信息安全：構(gòu)建信息傳輸專網(wǎng)，保證專網(wǎng)專用，安全暢通，社會(huì)監(jiān)控資源通過互聯(lián)網(wǎng)或VPN接入時(shí)，需采用嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)隔離和安全措施；不同專網(wǎng)之間，如公安視頻專網(wǎng)與城管政府網(wǎng)之間也應(yīng)采用嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)安全和隔離措施，確保各專網(wǎng)的信息安全；

良好的擴(kuò)容：系統(tǒng)采用模塊化按區(qū)域建設(shè)，城市化進(jìn)程過程中建設(shè)的道路及亮燈工程科技按要求統(tǒng)一接入系統(tǒng)；

（三）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

LORA與物聯(lián)網(wǎng)無線通訊相結(jié)合方式：此系統(tǒng)主要LORA單燈控制器、LORA基站網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)管理云平臺(tái)及應(yīng)用客戶端/APP四部分組成。單燈控制器將采集路燈的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)LORA網(wǎng)關(guān)傳輸至云平臺(tái)，云平臺(tái)經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析與應(yīng)用客戶端、APP進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。同時(shí)客戶端及APP可下發(fā)節(jié)能指令通過單燈控制器來控制路燈的開關(guān)與節(jié)能，從而達(dá)到照明智能控制。

LORA無線單燈控制系統(tǒng)，由以下四部分組成：

單燈控制器、LORA網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)及應(yīng)用客戶端/APP四個(gè)部分組成。

1）LORA與ZIGBEE兩種無線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)比

LORA技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、低功耗（電池壽命長）、多節(jié)點(diǎn)、低成本的特性。

ZIGBEE技術(shù)具有近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的特性

LORA 是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國SEMTECH公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。LORA是當(dāng)前最成熟、穩(wěn)定的窄帶物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，一次組網(wǎng)終身不需繳費(fèi)，LORA是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的無線技術(shù)有多種，可組成局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。LORA技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、低功耗(電池壽命長)、多節(jié)點(diǎn)、低成本的特性。這些關(guān)鍵特征使得LORA技術(shù)非常適用于要求低功耗、距離遠(yuǎn)、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等應(yīng)用和領(lǐng)域。

ZIGBEE是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。ZIGBEE技術(shù)具有近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的特性。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

（四）系統(tǒng)功能特點(diǎn)

LORA無線單燈控制系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和完善的圖形數(shù)據(jù)處理功能，方式靈活、簡(jiǎn)單。地理信息（GIS）圖形處理系統(tǒng)使操作人員可以在屏幕上實(shí)現(xiàn)圖形的縮放、平移、導(dǎo)航及各種監(jiān)視、操作、修改和定義功能。整個(gè)系統(tǒng)具備的功能特點(diǎn)如下：

1）遠(yuǎn)程控制

系統(tǒng)根據(jù)不同類型的監(jiān)控終端控制要求，采用時(shí)控（經(jīng)緯度）和光控相結(jié)合的控制方案，自動(dòng)、手動(dòng)、遙控開/關(guān)終端，或按需開關(guān)；四遙功能：遙控，遙測(cè)，遙信，遙調(diào)；可根據(jù)操作人員要求，對(duì)終端進(jìn)行分組設(shè)置，根據(jù)每個(gè)分組設(shè)置而實(shí)現(xiàn)不同的開關(guān)控制方案；

2）自動(dòng)巡測(cè)

監(jiān)控終端能按設(shè)定的時(shí)間周期自動(dòng)進(jìn)行定時(shí)巡測(cè)。也可隨時(shí)手動(dòng)巡測(cè)和選測(cè)各監(jiān)控終端的運(yùn)行情況。包括電壓、電流、開關(guān)輸出狀態(tài)、亮燈率、各種開關(guān)量狀態(tài)輸入，并將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫；

3）報(bào)警處理

當(dāng)監(jiān)控終端主動(dòng)報(bào)警或調(diào)度端在巡測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)出語音報(bào)警、自動(dòng)存盤并在地圖上顯示相應(yīng)的位置和故障類型?？赏ㄟ^設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼，向有關(guān)人員短信報(bào)警。

4）自動(dòng)計(jì)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電壓、電流等參數(shù)能自動(dòng)計(jì)算相應(yīng)數(shù)據(jù)，耗電量、亮燈率等，系統(tǒng)能夠自動(dòng)記錄所有采集數(shù)據(jù)，備份必須數(shù)據(jù)，提供備份方案。保證數(shù)據(jù)庫正常運(yùn)行；

5）獨(dú)立運(yùn)行

當(dāng)指揮中心管理系統(tǒng)或通信線路發(fā)生故障時(shí)，終端會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序自動(dòng)運(yùn)行，確保路燈的正常運(yùn)行。

6）終端斷電運(yùn)行

監(jiān)控終端內(nèi)裝有不間斷電源，具有斷電運(yùn)行功能，能在供電線路斷電、缺相時(shí)及時(shí)報(bào)警，使有關(guān)部門在第一時(shí)間獲知并搶修。

7）遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查詢

通過因特網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)或便攜式筆記本遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查詢，查詢內(nèi)容包括各終端的最新以及歷史數(shù)據(jù)和故障情況，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程接入訪問。

8）業(yè)務(wù)接口對(duì)接

通過智慧城管系統(tǒng)對(duì)接實(shí)現(xiàn)與不同廠家系統(tǒng)間的集成對(duì)接，使系統(tǒng)建成后不受限于路燈系統(tǒng)生產(chǎn)廠家。主要含基礎(chǔ)信息管理、亮化監(jiān)控、電子地圖展示、實(shí)時(shí)查看、統(tǒng)計(jì)分析、智能告警、案件處置、顏色匹配、控制平臺(tái)集成等。并實(shí)現(xiàn)形成智慧城管案件轉(zhuǎn)向業(yè)務(wù)受理系統(tǒng)進(jìn)行案件的受理、立案、處置、結(jié)案流轉(zhuǎn)；

9）查詢打印

可以對(duì)各監(jiān)控終端任意定時(shí)數(shù)據(jù)和年、月、日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可打印；可以對(duì)歷史故障進(jìn)行查詢和打印。

（五）主要產(chǎn)品介紹

A.LORA網(wǎng)關(guān)（型號(hào)：JCT-LD）

LORA網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)路燈單燈監(jiān)控的重要硬件設(shè)備，它使用LORA無線技術(shù)和路燈管理器通信，與系統(tǒng)中心的通信可以使用GPRS/TCP/IP，同時(shí)采集單燈的電壓、電流等數(shù)據(jù)，一般情況下，一個(gè)LORA可以管理直徑3KM范圍內(nèi)的單燈。

技術(shù)參數(shù)：

功能特點(diǎn)：

?LORA技術(shù)，具有遠(yuǎn)距離、低功耗、多節(jié)點(diǎn)的特性；

?以無線GPRS方式將終端設(shè)備連接系統(tǒng)后臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；

?可實(shí)現(xiàn)LORA轉(zhuǎn)串口，LORA轉(zhuǎn)網(wǎng)口和TCP/IP協(xié)議；

?密封式設(shè)計(jì)，防塵防水；合金式外殼，抗摔抗老化；

?數(shù)據(jù)接收傳送穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)；

?實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)、多信道的同時(shí)接收，支持2/3/4G全網(wǎng)通通信

安裝方式：

B.LORA單燈控制器（型號(hào)：JCT-LK）

LORA單燈控制器有單桿兩路雙盞燈和單桿一路單盞燈兩種規(guī)格，區(qū)域內(nèi)的路燈無線終端管理到每一盞燈，對(duì)電壓、電流、功率因數(shù)、亮燈率進(jìn)行監(jiān)控。單燈設(shè)備內(nèi)部加注密封膠，使設(shè)備具有良好的防水性，單燈控制器可內(nèi)置在燈具中，也可外掛在燈桿檢修口處，可分別滿足路燈企業(yè)和工程企業(yè)的使用需求。

技術(shù)參數(shù)：

功能特點(diǎn)：

?LORA技術(shù)，具有遠(yuǎn)距離、低功耗、多節(jié)點(diǎn)的特性；

?單燈控制與檢測(cè)、可實(shí)現(xiàn)分組、分類等組合控制

? 0-10V/PWM調(diào)光輸出，支持LED調(diào)光控制

?電流電壓、有功無功因素等數(shù)據(jù)采集

?異常開關(guān)燈、燈具故障、通訊失敗等報(bào)警功能

?適用于LED燈、高壓鈉燈、太陽能燈

?具有系統(tǒng)管理軟件和手機(jī)APP

安裝方式：

單燈控制器可以安裝在燈具內(nèi)，或者燈桿的檢修孔中，或者托盤中，或者獨(dú)立的控制箱中。圖2如何安裝在燈具中，圖3如何安裝在燈桿檢修口中。

1、 安裝工具與材料

A.      安裝產(chǎn)品使用的工具包括：電動(dòng)手槍鉆，斜口鉗、剝線鉗、絕緣膠布、安全手套、安全帶（高空作業(yè)）、螺絲刀（十字、一字各一把）等。

2、 固定產(chǎn)品所需的材料

A、 螺釘、彈墊、墊片、卡片、雙芯護(hù)套軟線（芯線截面積1平方毫米）。

C.手機(jī)APP軟件

顯示系統(tǒng)時(shí)間，單燈總數(shù)量，單燈狀態(tài)（在線，亮燈，故障），地圖定位，終端設(shè)備的具體參數(shù)（三相電流電壓，功率因數(shù)，亮度，電量因數(shù)），另外，可以個(gè)性化上傳用戶頭像和名稱，操作簡(jiǎn)便，管理協(xié)調(diào)，實(shí)用性強(qiáng)。

單燈系統(tǒng)管理軟件為路燈管理部門的信息化建設(shè)提供了一套全面的解決方案。

? 路燈自動(dòng)巡檢模塊：監(jiān)控中心能對(duì)安裝了路燈監(jiān)控器的路燈進(jìn)行自動(dòng)巡檢，查報(bào)故障并自動(dòng)生成報(bào)修單；

?路燈控制模塊：能實(shí)時(shí)對(duì)安裝了路燈監(jiān)控器的路燈進(jìn)行開、關(guān)、調(diào)節(jié)亮度等功能，或預(yù)設(shè)控制方案，使路燈按照預(yù)設(shè)方案進(jìn)行亮燈。

?設(shè)備管理模塊：對(duì)燈桿、燈具、電線、控制箱、變壓器、電表、開關(guān)、監(jiān)控器等路燈設(shè)備實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)信息化管理，具有設(shè)備安裝、報(bào)廢、維修、更換、出入庫等功能。

?多媒體模塊：具有圖片庫管理功能、使管理更具直觀化、形象化和親和化。

?輔助分析模塊：具有統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、分析、查詢、負(fù)荷計(jì)算、實(shí)時(shí)讀表、用電分析、電纜長度計(jì)算等功能。

? WEB信息發(fā)布模塊：與網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理的功能

D.物聯(lián)網(wǎng)卡（型號(hào)：JCT-SIM）

LORA網(wǎng)關(guān)內(nèi)置物聯(lián)卡，可選用中國三大移動(dòng)運(yùn)營商的中國移動(dòng)或者中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)。由運(yùn)營商提供的4G/3G/2G卡，硬件外觀與普通SIM卡完全一樣，加載針對(duì)智能硬件和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的專業(yè)化功能，采用專業(yè)號(hào)段和獨(dú)立網(wǎng)元，滿足智能硬件和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對(duì)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的管理需求， 以及集團(tuán)公司連鎖企業(yè)的移動(dòng)信息化應(yīng)用需求。

（五）系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

Ê節(jié)省成本：路燈管理器采用先進(jìn)的LORA無線通信技術(shù)，安裝施工簡(jiǎn)易快捷，無需鋪設(shè)專線, 模塊化安裝，可以系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)生成故障報(bào)表。每個(gè)路燈只需要一個(gè)單燈控制器，每臺(tái)網(wǎng)關(guān)可以管理直徑范圍2KM的單燈，節(jié)省了GPRS流量。不用改變既有的電力線架設(shè)和配電監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一方面節(jié)省了人力物力；也保證了通訊的可靠性。

Ê每天可進(jìn)行自動(dòng)通、斷電操作；可保證工作日、節(jié)假日按不同的時(shí)間自動(dòng)通、斷電；可對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行分區(qū)、分線路管理。

Ê監(jiān)控?zé)艟叩拈_/關(guān)和亮度，從而可以顯著延長燈具的有效壽命，減少燈具更換次數(shù)，節(jié)約資源?？梢赃h(yuǎn)程設(shè)置節(jié)點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的靈活監(jiān)控。在后半夜車稀人少時(shí)，則監(jiān)控路燈保持較低照度的照明（或者實(shí)行“半夜燈”調(diào)節(jié)監(jiān)控）。這樣做主要優(yōu)點(diǎn)就是在調(diào)光的同時(shí)，也大幅降低了電耗，節(jié)約用電，同時(shí)還可以延長燈源壽命。

Ê根據(jù)天氣情況和實(shí)際光的照度，自動(dòng)監(jiān)控?zé)艟叩拈_/關(guān)和燈具的亮度，如在不好的天氣時(shí)及時(shí)打開路燈，對(duì)于安裝在橋下或隧道的路燈，路據(jù)實(shí)測(cè)光強(qiáng)，來自動(dòng)以最佳的亮度打開路燈，提高公眾滿意度，在災(zāi)害天氣使路燈更人性化。

Ê通過系統(tǒng)中心設(shè)置，防止非授權(quán)人操作，確保系統(tǒng)監(jiān)控安全可靠。依據(jù)采集數(shù)據(jù)情況，可判斷終端設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)情況。所有運(yùn)行參數(shù)（自動(dòng)通斷電時(shí)間，區(qū)域劃分）可在管理終端隨時(shí)設(shè)置，隨時(shí)啟用，管理方便。

Ê節(jié)能功效：路燈管理器帶有節(jié)能模塊，可以分時(shí)段進(jìn)行調(diào)光，綜合節(jié)電率可達(dá)30%。

Ê告警信號(hào)反饋：根據(jù)用戶需求，系統(tǒng)可設(shè)置緊急告警通過短消息方式發(fā)送給相關(guān)人員，方便管理人員及時(shí)處理。