浅析Zigbee 的单灯监控系统节电效果分析

祖永平

摘要: 近年来，道路照明设施随着各地经济和交通的发展，其规模及数量越来越大，道路照明耗电在迅速上升。本文介绍了一种基于Z i g b e e 的单灯监控系统, 并分析了在3 种不同的情况下, 应用了基于Z i g b e e 单灯监控系统后的节电效果。最后得出结论, 采用基于Z i g b e e 的单灯监控系统之后, 取得了良好的节电效果, 值得大力推广。

关键词:Zigbee 单灯控制系统 节电

Abstract: in recent years, road lighting facilities as local economy and traffic development, its size and quantity is more and more big, the road lighting power consumption rising fast. This paper introduces a kind of based on Z I g b e e single lamp monitoring system, and analyzes the with three different cases, the application based on Z I g b e e single lamp monitoring system of power saving effect after. Conclusion based on the Z I g b e e single lamp after monitoring system, and has obtained the good power saving effect, is worth promoting.

Keywords: Zigbee single lamp control system section

中图分类号：TD609 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

随着各地经济和交通的发展, 近年来道路照明设施的规模及数量也越来越大。道路照明设施对城市交通安全、社会治安、人民生活、美化环境等具有重要作用,是重要的城市基础设施。但同时道路照明设施也是耗电大户,每个路灯平均每天亮灯时间10小时以上,一般地级城市路灯数量在2～5万盏,省会城市达到10万盏以上。路灯多采用400W和250W的高压钠灯。按照4万盏灯计算,全年路灯用电量为:5100万kWh电,相当于2.06万吨标准煤。所以在国内“电荒”问题愈演愈烈的情况下,道路照明设施的耗电问题是迫切需要解决的。随着物联网应用的逐步普及, 基于Zigbee的单灯监控系统已成为当前发展的主要趋势。采用单灯监控系统之后, 对于多灯头的灯基, 根据需要可以采用全亮或亮1个灯头; 对于配备了变功率镇流器的灯具可以根据需要全功率运行或降功率运行;对于偏远地区也可以采用隔1亮1或隔2亮1,提高灯具的使用寿命同时,节能效果显著,能够在一定程度上缓解电荒带来的冲击。

2 WSN概述

WSN是wireless sensor network的简称,即无线传感器网络。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量廉价小型或微型的各类集成化传感器节点协作地实时感知、监测各种环境或目标对象信息,通过嵌入式系统对信息进行智能处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端,从而真正实现“无处不在”理念。

3路灯无线控制系统整体架构

现代城市照明系统中，根据路灯智能化管理要求，必须实现单灯开关控制，单灯状态检测。则系统要做到以下几点要求：

(1)监控中心由PC操作系统界面提供即时控制检测所控区域运行状况，建立线路运行数据库数据并永久保持。

(2)系统安装在灯杆维修孔内，能够同时控制两路灯头，并分别对任意一个灯头实行开、关控制。

(3)在晚上某个时间后，可以实现路灯一隔一开，关闭相应一半灯头，实现节能。

(4)系统能达到掌控单灯运行情况，能够检测到每一个灯头的好坏情况。

(5)系统安装成功，计算机房将观察到全市所有路灯的工作状态,并且能任意对某个路段的路灯进行开启、关断等实时监控,损坏的路灯在地图相应的标识位置上闪烁。

(6)监控平台具有完善的人机界面功能，完备的操作权限限制，能够准确生成维修定单。

(7)如图1所示。共包括三个层：监控中心、电控柜（无线照明主控器）层和路灯（单灯智能控制器）层。

4 单灯监控系统架构

采用Zigbee(物联网中的WSN网络)的单灯监控系统架构由监控中心、灯光支路控制器、单灯控制器和通信网络组成。(1)监控中心(Monitor Control Center)是照明管理人员对路灯运行状态进行监视和管理的办公区域,管理人员通过主控软件实现对全市/区照明变压器/配电柜以及路灯的访问和控制,包括开关灯命令发送、参数配置、状态查询、故障检测等。通过监控中心可以方便直观的了解到全市/区照明设备运行状况。( 2 ) 灯光支路控制器(Branch Node),与照明配电柜安装在一起,实现对变压器/配电柜输出交流接触器控制,采集线路的各种状态信息,通过GPRS方式与监控中心进行通信, 接收监控中心下达的所有指令,当与监控中心通信故障时,能够按照预先设置的时间曲线自动进行配电柜级别的开关灯操作。能够与单灯控制器进行对接,通过WSN(Wireless SensorNetwork)实现对单灯的管理和控制。(3)单灯控制器(Leaf Node),安装在路灯灯杆处,采用2.4GHz免费频段,通过灯光支路控制器接收监控中心的指令,实现单灯级别的开关灯和调压,并主动收集单灯故障信息进行上报。当WSN网络出现故障时,能够按照预先设置的时间曲线自动进行单灯级别的开关灯操作。

5 单灯监控系统的节电效果

单灯监控系统, 对多灯头的灯基采用全亮或亮1个灯头;对于配备了变功率镇流器的灯具全功率或降功率运行;对于偏远地区采用隔1亮1或隔2亮1,节能显著。

5 . 1 多灯头灯基情况

目前国内多灯头灯基中以双灯头为主,部分城市有4 灯头情况,在此我们以双灯头,每个灯头250W为例。采用单灯监控系统后, 由于多灯头灯基本身不需要采用降功率镇流器,采用调整灯头数量来进行节电,基本不影响主干道道路照度的均匀度。具体开灯措施为:每天18:00开灯,18:00至22:00行人车辆多,路灯全打开;22:00至24:00行人车辆逐步减少,郊区采用亮一个灯头方式;24:00 至凌晨5:00基本无行人,城区和郊区均亮1个灯头;5:00之后环卫工人开始清扫马路,路上行人增多,路灯全开;6:00关灯。采用上述方法城区路段节电率为20.8%,郊区路段节电率为29.1%,如按照郊区和城区灯基各占50%计算,总的节电率为25%。

5 . 2 单灯头灯基情况

国内单灯头灯基以400W为主,变功率镇流器为400W转250W,以此为例。采用单灯监控系统后,对于单灯头灯基建议采用降功率镇流器, 通过启用降功率来进行节电, 不影响道路照度的均匀度。具体开灯措施与多灯头灯基情况采用方法一样。采用上述方法城区路段节电率为21.9%, 郊区路段节电率为37.5%, 如按照郊区和城区灯基各占50%计算,总的节电率为29.7%。

5. 3 隔1 亮1 和隔2 亮1 方式

对于电力特别紧张的用户,采用单灯监控系统后, 不但可以使用上述两种节能方式,还可以采用隔1亮1和隔2亮1方式,关闭部分光源。节电率可达40%甚至50%。这种方式的优点是节电显著,缺点是照度均匀度将严重下降,对交通、行人安全会产生不利影响。

6 结语

通过以上分析可以看出, 城市照明采用基于Zigbee的单灯监控系统后,节电效果显著,值得推广。

参考文献

[1] JENNIC公司 JN-UG-3041-JenNet-1v4.

[2] 智煜.变功率镇流器在城市道路照明中的应用.城市照明,2011（1）.

[3] 徐晓玲.乌鲁木齐城市道路照明节能技术的应用.低碳照明,2011（1）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。