路燈無線控制系統(tǒng)

摘    要：本文提出了一種基于CDMA的路燈無線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡要介紹了CDMA 技術(shù)的基本知識，描述了CDMA 無線傳輸應(yīng)用于路燈控制實(shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：CDMA；VPDN；電力；路燈；無線；遠(yuǎn)程；控制系統(tǒng)；

一、背景介紹

在我國，大部分城市特別是中小城市的路燈系統(tǒng)自動化管理水平還不很高，特別是當(dāng)季節(jié)、氣候天氣變化時(shí)不能及時(shí)改變開關(guān)狀態(tài)，不能對路燈充分利用，從而也給市民帶來一定的困擾。近年來由于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，城市的市容市貌得到了極大改觀，城市燈光工程是現(xiàn)代化城市建設(shè)的重要標(biāo)志，在城市建設(shè)與發(fā)展中具有舉足輕重的地位。同時(shí)隨著燈光工程的重視程度提高，路燈照明的管理、監(jiān)測控制和維護(hù)的工作量增大與有限的人力物力資源矛盾日益突出。并且現(xiàn)實(shí)中通常設(shè)備陳舊，可靠性差，線路故障多，管理維護(hù)不便；與此同在的電力網(wǎng)不穩(wěn)定，配電房所處環(huán)境惡劣，平時(shí)缺少人員值守等問題，使得對路燈運(yùn)行進(jìn)行無線遠(yuǎn)程監(jiān)控成為市政管理迫在眉睫的首要任務(wù)。

隨著CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的成熟，CDMA無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在城市路燈無線控制系統(tǒng)中已經(jīng)成功應(yīng)用。該系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，借助現(xiàn)有的配電設(shè)備、控制設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)了路燈管理的實(shí)用性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性。

二、本系統(tǒng)優(yōu)勢

1、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于CDMA具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取，處理多個監(jiān)測點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

2、遠(yuǎn)程儀器設(shè)備控制：由于采用CDMA雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對儀器設(shè)備的時(shí)間校正，狀態(tài)報(bào)告，開關(guān)以及其他監(jiān)測，控制等功能。

3、建設(shè)成本低：可充分利用現(xiàn)有CDMA網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備安裝即接通，而采用超短波通信時(shí)需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備。

4、安裝調(diào)試簡單，建設(shè)周期短：利用現(xiàn)有成熟CDMA網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。采用超短波通信時(shí)安裝調(diào)試工作量大，要先進(jìn)行現(xiàn)場信號測試，天線鐵架架設(shè)，天線方向角度調(diào)試等工作。

5、覆蓋范圍廣：構(gòu)建無線路燈控制系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分監(jiān)控點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用CDMA方式，理論上在無線CDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實(shí)現(xiàn)控。

6、數(shù)據(jù)傳輸速率高：CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)372Kbp，實(shí)際應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率在80Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。

7、傳輸容量大：監(jiān)控中心站要和每一個監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳦DMA技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

8、通信費(fèi)用低，可按時(shí)間和流量進(jìn)行收費(fèi).

三、系統(tǒng)組成

(圖） 路燈無線控制系統(tǒng)示意圖

1、遠(yuǎn)程測控終端

采用符合工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足照明監(jiān)控需要、適用于戶外環(huán)境或室內(nèi)長期運(yùn)行的控制終端，組成小的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測中心對各個節(jié)點(diǎn)路燈的控制。單個控制終端由光控電路、時(shí)鐘電路、檢測電路，開關(guān)電路和存儲器電路(掉電保護(hù)電路)組成。具有RS232等標(biāo)準(zhǔn)通信接口與CDMA DTU連接，主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理、控制輸出和進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、報(bào)警、接收遠(yuǎn)程命令、開關(guān)等等功能。

2、無線通訊部分
無線通訊應(yīng)用CDMA DTU（Data Terminal unit)，可以理解為下位CDMA發(fā)射終端，在進(jìn)行通信時(shí)，在它的作用下對所傳信息進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)整理校驗(yàn)，全稱CDMA數(shù)據(jù)傳輸單元，在國內(nèi)目前實(shí)際上對CDMA DTU具有更加明確的約定：CDMA DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過CDMA 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線設(shè)備。

3、數(shù)據(jù)檢測中心

監(jiān)控中心由監(jiān)控主機(jī)，人機(jī)接口，相關(guān)外設(shè)及與無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)接口等部分組成。對遠(yuǎn)端監(jiān)控點(diǎn)采用輪訓(xùn)或并行詢問方式，完成進(jìn)側(cè)，控制，采集等多重任務(wù)。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件是集路燈，景觀燈，飾燈等的監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理與一體，并通過群控或組控實(shí)現(xiàn)對不同燈型的監(jiān)控終端進(jìn)行控制的系統(tǒng)軟件。具有數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)采集，報(bào)警處理，報(bào)表打印，圖形人機(jī)界面，系統(tǒng)安全性控制，自動巡測終端，自動開關(guān)燈，終端分組控制，GIS系統(tǒng)接入線路防盜報(bào)警及多種時(shí)間表等眾多功能。
 
四、 可靠性

本系統(tǒng)需要較高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密，信源加密，登錄防護(hù)，訪問防護(hù)，接入防護(hù)，防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。 

數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到CDMA網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以使用原有的VPN設(shè)備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Ｒａｄｉｕｓ服務(wù)器的認(rèn)證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高，穩(wěn)定可靠。

對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。

1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。

2、利用SIM卡的號碼，對用戶SIM卡手機(jī)號碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號無法呼叫專門的APN。 

3、對于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

五、 總結(jié)

隨著時(shí)代的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快，對城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越來越突出，節(jié)電節(jié)能，綠色照明的要求越來越迫切，越來越高?，F(xiàn)在再采用那些傳統(tǒng)的手控，時(shí)鐘控城市照明系統(tǒng)的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當(dāng)前照明控制領(lǐng)域一個新的和緊要的課題。城市道路照明自動化控制和智能化管理作為城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，它所帶來的經(jīng)濟(jì)和社會效益是十分顯著的，它的推廣和實(shí)施也將是市政工程建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。