摘 要：本文介绍了采用物联网技术的无线照明控制系统在常州城市照明的应用，描述了ZigBee和GPRS混合技术的特点和无线照明控制系统在常州的安装及运行状况，证明了无线照明控制系统的优势与先进性。
关键词：城市照明 物联网 无线控制 ZigBee+GPRS混合技术
城市照明无线控制系统实现了对城市照明配电设施的遥控、遥测、遥信等功能，监控中心能够随时掌握配电设施及其线路上的运行情况。但当单灯出现故障灯时，仅依据遥测回路电流往往很难查知，更无法知晓故障灯的灯号、位置等具体信息。近年来，市场上已出现了单灯有线控制器，它能掌握每个灯具的运行信息，但有线单灯控制器需要敷设控制线缆或通讯线，受限于技术方面的稳定性和施工增设控制线路上的难度，大规模应用受到了很大限制。而后又用电力载波方式进行单灯监控，但由于室外电网及用电状况复杂，干扰严重，效果并不理想。采用物联网技术的单灯无线控制器，克服了传统有线控制器的瓶颈，能够实现对单个路灯的遥控、遥测、遥信，满足了城市照明精细化管理要求的发展需要。我处与苏州大学、苏州市华工照明科技有限公司联合开发了单灯无线控制系统，并在市区部分道路中进行了应用，取得了较好效果。
一、物联网络
物联网在国际上又称为无线传感网。物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的产业链涵盖传感器、RFID电子标签、无线通信、自动控制等各个领域，因此物联网的研究也呈现多学科交叉的特征。目前，物联网的学术研究与工程应用主要针对上述的物联网层次模型展开。
二、物联网控制系统
物联网需要网络节点分布均匀且需要提供电源。而在道路照明配电控制系统中，恰好具有这方面的有利条件。
以ZigBee为代表的短距离无线通信技术与以GPRS为代表的公网无线通信技术的结合，使得对整个照明设施的监控精度更高，避免了电网及其他监控对象对监控目标的影响。运用ZIGBEE组网方式，结合GPRS通讯模式，在路灯灯具中设置无线单灯控制器，形成了上层为GPRS通讯，下层为ZIGBEE通讯的混合型网络结构。GPRS模块负责无线单灯控制器与监控中心之间的数据传输。GPRS+ZIGBEE无线控制技术有费用低，实用性强，运行可靠，便于控制以及易于安装等优点。该系统共分为三层：感知层、网络层和应用层。（详见图一）
第一层：感知层（路灯）：感知层是物联网的皮肤和五官识别物体，它包括二维码标签识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端和传感器网络等，通过各种类型的传感器以及传感器网络对物质属性、环境状态、行为态势等静、动态的信息进行大规模、分布式的信息获取与状态辨识，并采用协同处理的方式对多种类、多角度、多尺度的信息进行在线计算，并与网络中的其他单元进行资源共享与信息传输。有些应用中还需要通过执行器或其他智能终端对感知结果做出反应，实现智能控制。
第二层：网络层（GPRS+ZIGBEE）：网络层是物联网的神经中枢，并进行信息传递和处理。它包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。其主要功能是将来自感知层的信息进行信息接入和传输，可通过互联网、移动通信网、无线接入网、无线局域网、卫星网等多种基础网络实现。路灯单灯无线控制器通过ZIGBEE将相关信息反馈到安装在配电设施内的无线主控制器，从而实现监控中心对每个路灯的智能控制。
ZigBee技术是双向无线通讯技术，它具有成本低、时延短、网络容量大、可靠性强和安全等特点。
通过ZIGBEE组网技术，使得路灯与路灯之间组成网络，使得信号通过手拉手方式进行传递，这样系统只需要对第一盏路灯发送命令，命令自动会传递给自组网的路灯。以下为苏州市华工照明科技有限公司的产品的主要技术指标：
1、GPRS主控器与路灯单灯控制器的最大通信距离≥100m;
2、路灯单灯控制器与手持路灯检测仪的最大通信距离≥100m;
3 、路灯单灯控制器之间的最大通信距离≥100m;
4、路灯单灯控制器交流端与外壳之间的绝缘电阻常态时≥50MΩ，恒定温湿试验后≥1.5MΩ；
5 、用于机房、调度室设备的环境温度+15℃~+30℃；
6 、用于机房、调度室设备的相对湿度40%~70%;
7、系统中用于机房、调度室设备的温度变化率小于10℃/h,且不得结露；
8、系统中用于室外设备的环境温度- 2 0℃~+70℃；
9、系统中用于室外设备的相对湿度不大于75%（+25℃）。
第三层：应用层（监控中心、移动电脑等）根据用户的需求构建面向实际应用的管理运行平台，完成更加精密和准确的智能化信息管理。监控中心是单灯控制系统的软件服务端，是整个系统的大脑。它能实现单盏路灯的远程开关控制、状态巡测、故障检测和降功率运行控制等。操作系统建立运行日志数据库，数据可永久保存，拥有故障提示、报警、打印以及检修订单打印等功能。
三、物联网系统在我市的应用
基于物联网照明控制系统特点，给城市照明控制带来了崭新方式，我处结合照明设施现状和实际情况，进行以下试点应用工作。
1、无线单灯控制系统功能
GPRS主控器与监控中心进行数据传输，将接收的单灯控制器上传的单灯运行状态通过GPRS上传给监控中心，GPRS主控器根据监控中心发送的指令通过ZigBee网络将控制命令传送给单灯控制器，实现系统的自动巡测功能，其主要任务是：（1）遥测单灯运行情况，出现故障立即提示，提供订单式修灯依据从而减少巡检工作量；（2）控制每个灯的开关，将原单灯定时变功率控制器改成无线集中可调时变功率镇流器，遥测其变功率的状况。
2、无线单灯控制器的安装步骤
无线单灯控制器如图三所示安装在灯罩内，它具有ZigBee模块，能使路灯节点自组网络，采集每盏路灯的电流、电压、功率及功率因数等。软质天线从灯头、灯杆安装结构的缝隙中露出。
每个路灯无线单灯控制器的外壳上面都有一个地址编号。编号分3个部分，第一部分为路灯的区域号，第二部分为路灯的类型号，第三部分为路灯的编号。无线单灯控制器的地址编号的第一部分和GPRS主控器的区域编号是对应的。如无线单灯控制器的地址编号第一部分为10,则该控制器要装到区域编号为10的GPRS主控器区域的灯上。而在GPRS控制器编号为10的区域中，按照递增的顺序从10.0.1开始安装，将10.0.1安装在该区域第一盏灯上，10.0.2安装在第二盏灯上，以此类推。
（1）虎丘路、淮河路共有74盏10米NG250W单挑灯。2010年5月15日在箱式变内安装GPRS主控器1台，在灯罩内安装HG-WSN-1型单灯控制器，检测每灯的电流值，从而判断每灯运行情况。电路的连接如图四，接线时应采用连接器端子。
（2）龙锦路（永宁北路-新堂北路）共有27盏12米单挑灯，采用定时（3小时）单灯250W变150W镇流器。2010年5月16日在箱式变内安装GPRS主控器1台，在灯罩内安装HG-WSN-3型单灯控制器。监控中心反应的实时数据，准确记录每灯变功率前的电流值、变功率的时间、变功率后的电流值等，从而生成亮灯率、变功率运行情况等相关表格。时段编辑功能则能任意设置变功率镇流器工作的时间，对于节能与控制带来很大方便。电路的连接如图五，接线时应采用连接器端子。
四、效果和体会
无线照明控制系统通过单灯控制器遥控、遥测每个路灯，可以调整优化变功率方式，如将单灯定时变功率改成单灯集中可调时变功率，从而增加集中调时手段并能掌握变功率镇流器的工作状态；自动判断故障位置、性质并给出告警信息，方便及时维修；增加半夜灯控制方式，如在双侧对称布置的照明设施中，加设单灯控制器后下半夜采用间隔关灯，又达到了节能降耗的效果。在新建设施中，则有更广阔空间，由原先控制到线路到现在能控制到单灯，丰富了控制和节能手段。
无线照明控制系统在城市照明行业中具有广阔的应用空间，因其能控制、检测到单灯，丰富了照明设计的节能措施，将对照明控制产生深远影响。在住房和城乡建设部颁布的《城市照明管理规定》第十九条“城市照明维护单位应当建立和完善分区、分时、分级的照明节能控制措施，严禁使用高能耗灯具，积极采用高光效的光源和照明灯具、节能型镇流器和控制电器以及先进的灯控方式，优先选择通过认证的高效节能产品”中已明确应当采用先进的灯控方式。无线照明控制系统特别是无线单灯控制器的出现，必将给城市照明带来新的革命。