基本信息
- 项目名称：
- 基于传感网技术的智能路灯无线控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目融合传感网、2.5G/3G通信及嵌入式软硬件设计等技术设计了一种基于传感网技术的智能路灯无线控制系统，达到对路灯的“面—线—点”的智能化节能控制，为路检、单灯控制、节能、信息跟踪等提供了技术手段，实现了路灯及节能管理的自动化与智能化。本系统不仅可以应用于常规路灯，也可以扩展应用于新型LED路灯。另外，系统所构成的网络可以为智能交通、环境检测、局部气象服务等提供基础“信息高速公路”。
- 详细介绍：
- 随着国家经济的快速发展，城市照明的市场需求不断增大，采用先进控制技术节能型照明产品是未来的发展方向。全国各地在“建设节约型社会”国策的推动引导下，纷纷出台许多节能政策。而城市道路的照明节能，是显而易见的突破口，市场上还有很大的节能潜力可挖。 本系统融合了传感器技术、物联网技术、3G通信技术及嵌入式系统软硬件设计技术，针对目前城市路灯照明管理方式单一、非智能化、布线复杂及维护困难的现状，提出了基于传感网技术的新型智能路灯无线控制方案。本系统以面-线-点的控制方式实现城市路灯照明管理方式的多样化与智能化，并在此基础上提供给用户快捷方便的网页管理模式，方便不同权限用户对路灯进行控制与管理。 本系统紧扣低碳节能的社会生活理念，积极响应国家节能减排政策，采用无线单灯控制技术，智能实时监测路灯工作状态，改变了目前有线网络施工复杂、灵活性差、能源浪费等问题，以低成本高可靠的方式从根本上解决了传统城市路灯照明控制系统的不足，节约电能，提高了城市路灯管理水平。本系统不仅可以应用于常规路灯，也可以扩展应用于新型LED路灯。另外，系统所构成的网络可以为智能交通、环境检测、局部气象服务等提供基础“信息高速公路”。 系统经过在全国5个城市的小面积试点运行，产品质量稳定，路检已实现完全自动化，大大减少了路灯检修所需的人力物力，节能效果显著。用户一致反馈本系统的运营稳定情况明显优于同类产品，这是其他类似产品短期内难以达到的。实际上本系统还有更大的节能潜力可挖，若在全国范围内加大推广力度，这将形成一个巨大的产业链。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明目的：对路灯控制粒度细化到单灯是路灯人的梦想，本课题努力实现这一梦想。课题融合传感网、2.5G/3G通信及嵌入式软硬件设计等技术设计了一种基于传感网技术的智能路灯无线控制系统，为路检、单灯控制、节能、信息跟踪等提供了技术手段，实现了路灯及节能管理的自动化与智能化。 基本思路：通过充分调研，在总结了现有路灯控制正反两个方面的经验与教训基础上，课题组提出了一种含有感知层、网络层、应用层的路灯专用传感网构建方案。分别设计“路灯终端控制器”、“路由器（主控器）”、“B/S模式的城市照明控制软件”等，实现了ZIGBEE、2.5G/3G通信及因特网的可靠融合，从而达到对路灯的“面—线—点”的智能化节能控制。课题总结了一些类似系统不稳定的失败教训，把握住需求分析、硬件设计、软件设计及小试等各个环节，实现了较为稳定可靠的系统。 创新点与技术关键：（1）实现了自主知识产权的路灯专用传感网、2.5G/3G网及以太网的可靠融合应用。（2）提出了适用于路灯控制的ZIGBEE网络编址算法及路由协议，使路灯自动连成一个网络，组网方式灵活，便于移植。（3）解决了信号手拉手断裂、信号群发冲突、GPRS连接中断、常年不间断无人干预运行、复合节能模型等技术难题。 主要技术指标：主控芯片工作温度范围：-40℃～125℃。无线射频收发器接收灵敏度<-92dBm，通信距离>150m。系统最大路数：65535（可用多个服务器），单路（一个主控器）最大可控灯数2047（带类型）、30000（不带类型）。
科学性、先进性
- 课题从理论与实践两个角度，对国内外路灯控制系统进行分析，根据软件工程中通信负荷分担原则，采用分层与藕合的设计思想，提出了GPRS与ZIGBEE组网相结合方式控制到单灯的设计方案。设计专用传感网组网协议、路由协议及编址算法，2.5G/3G通信与ZIGBEE短距离无线通信分别承担路段通信与灯间通信。多次重发、本地计时综合判定等有效措施克服无线网络通信弱点，提高系统稳定性。B/S模式控制软件，方便使用，也为手机操控提供基础。 与国内外现有路灯控制系统相比，系统可细化控制到单灯，实现“面—线—点”综合控制；与通用ZIGBEE组网协议相比，自主设计的协议更适合路灯控制；与电力载波方式相比，避免了电力载波信号衰减严重与受限于特定电力系统的缺点；与单纯使用GPRS技术相比，具有不局限于GPRS网络覆盖区域的优点；与有线控制方式相比，系统硬件部署简单方便；与C/S模式相比，B/S的WEB浏览器方式给使用者带来更大方便。系统的构件化设计与良好扩展性，为升级与扩展提供技术条件。 参考文献见研究报告。
获奖情况及鉴定结果
- 1．三个软件著作权。分别为（1）常规路灯终端控制器测试软件[简称: SDCSCS] V1.0，软著登字第0233164号；（2）基于TCP/IP协议的无线传感网络组网测试系统[简称:WSNTCPIPTS]V1.0，软著登字第2010SR045022号；（3）基于传感网技术的LED路灯终端控制器测试软件[简称:IOTLEDC]V1.0，软著登字第0233038号。第一作者均为团队成员。 2．三篇论文。分别为（1）路灯控制节能模式研究及系统软件设计，计算机工程；（2）融入传感网技术的触摸屏楼宇照明控制器设计，微计算机信息；（3）飞思卡尔S12X存储器分页机制分析，微计算机信息。第一作者均为团队成员。 3．环球时报英文版2011年6月6日、扬子晚报2011年5月26日C15版、姑苏晚报2011年5月25日06专版、苏州日报2011年5月25日A05版分别对我们的系统做了报道。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 有条件技术转让
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 传统路灯控制只能集体控制某一条路，而不能精确到每一盏灯。本系统实现了对单灯的监控，为路灯节能、维修、智能化管理提供了技术手段。系统创新性地设计出专用ZIGBEE网络编址算法及路由协议，融合2.5G/3G网与以太网，细化控制粒度到单灯，克服了电力载波、单纯GPRS、有线控制等方式的不足，成功地解决了信号手拉手断裂、群发冲突等问题。多次重发、本地计时综合判定、WEB方式的监控软件设计、构件化系统设计等措施，保证了系统的健壮性、可扩展性与可维护性。本系统成本低，一年半左右节能费用与投入成本平衡，既适用于现有路灯改造，也可直接融合到新灯生产中。 至2010年底，全国城市路灯数量达1800多万盏，每年耗电约330亿千瓦时。本系统不仅节约路检费用，且节能效果明显，按最低10%计算，每年可节电33亿千瓦时。现有路灯改造及每年10%以上的新增路灯，构成本系统巨大潜在市场。多个城市小规模推广应用表明，系统运行良好、路检准确、节能效果显著。随着技术完善升级、社会认可度逐步提高，将会产生良好的社会经济效益。
同类课题研究水平概述
- （1）国外同类课题研究概况 美国某公司在道路照明系统中使用嵌入基于载波芯片的智能控制器、基于LonWorks技术的电子镇流器，同时在配电柜中加装智能服务器在网络中起到分段控制的作用。智能服务器是整个路灯控制系统的核心设备，负责接受路灯控制中心的指令，控制路灯电子镇流器，并将数据实时上传到WEB服务器。电子镇流器和智能服务器之间通过现有的动力线缆相互通信。此方案采用电力载波的方式，适用于路灯线路基本都是专用变压器、线路比较干净、杂波少的链路。但是不适合公用变压器的路灯线路，也不适合超长线路的情况。由于中国电力的特性，此种技术不适合于中国的电力国情。同时此公司路灯控制系统费用比较贵，一台智能服务器价格为5000元，控制140盏路灯，每盏路灯中的电子镇流器为1000元。相比而言，本系统GPRS-ZIGBEE路由器价格为980元左右，至少可以控制2000多盏路灯，每个终端控制器的价格为300元左右。 美国另一公司将GPRS+ZIGBEE技术应用于远程抄表系统，但是其ZIGBEE网络所覆盖范围比较小，并没有将这种技术应用于城市路灯照明。其应用于路灯控制系统的技术与本系统不同，需要通过有线的以太网方式将所需要控制的路灯连接在一起，然后通过GPRS网络连接到远程监控中心。这种方式需要布线，施工复杂。 （2）国内同类课题研究概况 某些路灯控制系统对设备的控制及监测没有细化到单灯，达不到最大化的节能效果。有些可以控制到单灯，比如上海某公司的路灯无线智能监控管理系统，采用通用ZIGBEE协议，每个主控器（单网）最多可控200盏路灯节点，控制软件采用C/S模式。本系统自主研发专用ZIGBEE协议，一个主控器（单网）最多可控30000盏路灯节点；控制软件采用B/S模式，操作方便，使用电脑和能够上网的手机等均可实现随时随地控制，增强了灵活性。 国内某公司的路灯控制系统主控芯片的适用温度范围为0℃～60℃，从而使系统的应用范围受限。而本系统使用的控制芯片在选型时便已考虑温度范围，为-40℃～125℃，可满足最大温度范围下的控制需求。另外，由于国内外使用电压等不一样，有些公司开发出的产品不能投放于国外市场。本系统产品只需在性能参数上加以配置，就可以调试应用于国外市场，本系统存在很大的潜在市场。 综上所述，本系统在技术方案、应用创新、性价比、稳定性、应用领域等方面具有明显的竞争优势。
