路燈無(wú)線(xiàn)控制系統

摘    要：本文提出了一種基于CDMA的路燈無(wú)線(xiàn)控制系統設計原理和實(shí)現方案，簡(jiǎn)要介紹了CDMA 技術(shù)的基本知識，描述了CDMA 無(wú)線(xiàn)傳輸應用于路燈控制實(shí)現方法。通過(guò)實(shí)際應用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：CDMA；VPDN；電力；路燈；無(wú)線(xiàn)；遠程；控制系統；

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自動(dòng)化管理水平還不很高，特別是當季節、氣候天氣變化時(shí)不能及時(shí)改變開(kāi)關(guān)狀態(tài)，不能對路燈充分利用，從而也給市民帶來(lái)一定的困擾。近年來(lái)由于城市基礎設施建設的飛速發(fā)展，城市的市容市貌得到了極大改觀(guān)，城市燈光工程是現代化城市建設的重要標志，在城市建設與發(fā)展中具有舉足輕重的地位。同時(shí)隨著(zhù)燈光工程的重視程度提高，路燈照明的管理、監測控制和維護的工作量增大與有限的人力物力資源矛盾日益突出。并且現實(shí)中通常設備陳舊，可靠性差，線(xiàn)路故障多，管理維護不便；與此同在的電力網(wǎng)不穩定，配電房所處環(huán)境惡劣，平時(shí)缺少人員值守等問(wèn)題，使得對路燈運行進(jìn)行無(wú)線(xiàn)遠程監控成為市政管理迫在眉睫的首要任務(wù)。

隨著(zhù)CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的成熟，CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)在城市路燈無(wú)線(xiàn)控制系統中已經(jīng)成功應用。該系統運用先進(jìn)的通訊技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，借助現有的配電設備、控制設備、環(huán)境監測設備等，實(shí)現了路燈管理的實(shí)用性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟性。

二、本系統優(yōu)勢

1、良好的實(shí)時(shí)響應與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于CDMA具有實(shí)時(shí)在線(xiàn)特性，系統無(wú)時(shí)延，系統能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取，處理多個(gè)監測點(diǎn)的各種數據，無(wú)需輪巡就可以同步監測點(diǎn)的時(shí)鐘可很好的滿(mǎn)足系統對數據采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

2、遠程儀器設備控制：由于采用CDMA雙向傳輸系統，監控中心可以反向實(shí)現對儀器設備的時(shí)間校正，狀態(tài)報告，開(kāi)關(guān)以及其他監測，控制等功能。

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

4、安裝調試簡(jiǎn)單，建設周期短：利用現有成熟CDMA網(wǎng)絡(luò )，系統投入運行時(shí)基本不需要調試，安裝簡(jiǎn)捷。采用超短波通信時(shí)安裝調試工作量大，要先進(jìn)行現場(chǎng)信號測試，天線(xiàn)鐵架架設，天線(xiàn)方向角度調試等工作。

5、覆蓋范圍廣：構建無(wú)線(xiàn)路燈控制系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿(mǎn)足山區，鄉鎮和跨地區的接入需求。由于監控點(diǎn)數量眾多，分布在全市范圍內，部分監控點(diǎn)位于偏僻地區，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(wú)線(xiàn)CDMA網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍之內，都可以實(shí)現控。

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

7、傳輸容量大：監控中心站要和每一個(gè)監控點(diǎn)實(shí)現實(shí)時(shí)連接。由于監控點(diǎn)數量眾多，系統要求能滿(mǎn)足突發(fā)性數據傳輸的需要，而CDMA技術(shù)能很好地滿(mǎn)足傳輸突發(fā)性數據的需要。

8、通信費用低，可按時(shí)間和流量進(jìn)行收費.

三、系統組成

(圖） 路燈無(wú)線(xiàn)控制系統示意圖

1、遠程測控終端

采用符合工業(yè)產(chǎn)品標準，能夠滿(mǎn)足照明監控需要、適用于戶(hù)外環(huán)境或室內長(cháng)期運行的控制終端，組成小的控制系統，實(shí)現數據檢測中心對各個(gè)節點(diǎn)路燈的控制。單個(gè)控制終端由光控電路、時(shí)鐘電路、檢測電路，開(kāi)關(guān)電路和存儲器電路(掉電保護電路)組成。具有RS232等標準通信接口與CDMA DTU連接，主要完成數據的采集和處理、控制輸出和進(jìn)行數據通信、報警、接收遠程命令、開(kāi)關(guān)等等功能。

2、無(wú)線(xiàn)通訊部分
無(wú)線(xiàn)通訊應用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)行格式轉換和數據整理校驗，全稱(chēng)CDMA數據傳輸單元，在國內目前實(shí)際上對CDMA DTU具有更加明確的約定：CDMA DTU是專(zhuān)門(mén)用于將串口數據通過(guò)CDMA 網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳送的無(wú)線(xiàn)設備。

3、數據檢測中心

監控中心由監控主機，人機接口，相關(guān)外設及與無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)接口等部分組成。對遠端監控點(diǎn)采用輪訓或并行詢(xún)問(wèn)方式，完成進(jìn)側，控制，采集等多重任務(wù)。

監控系統軟件是集路燈，景觀(guān)燈，飾燈等的監控，數據采集，數據處理與一體，并通過(guò)群控或組控實(shí)現對不同燈型的監控終端進(jìn)行控制的系統軟件。具有數據存儲，數據采集，報警處理，報表打印，圖形人機界面，系統安全性控制，自動(dòng)巡測終端，自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈，終端分組控制，GIS系統接入線(xiàn)路防盜報警及多種時(shí)間表等眾多功能。
 
四、 可靠性

本系統需要較高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統內外的有意和無(wú)意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò )安全防護措施包括信道加密，信源加密，登錄防護，訪(fǎng)問(wèn)防護，接入防護，防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時(shí)不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。 

數據中心可通過(guò)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(zhuān)線(xiàn)，還可以使用原有的VPN設備，移動(dòng)終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過(guò)VPN方式，客戶(hù)端在連接應用服務(wù)器前，要經(jīng)過(guò)Ｒａｄｉｕｓ服務(wù)器的認證整個(gè)數據傳送過(guò)程得到了加密保護，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，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專(zhuān)線(xiàn)接入到移動(dòng)公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高，穩定可靠。

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

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

2、利用SIM卡的號碼，對用戶(hù)SIM卡手機號碼進(jìn)行鑒別授權，在網(wǎng)絡(luò )側對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶(hù)可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)用APN，移動(dòng)終端與數據中心采用中國移動(dòng)分配的專(zhuān)門(mén)的APN進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入，普通手機的SIM卡號無(wú)法呼叫專(zhuān)門(mén)的APN。 

3、對于特定用戶(hù)，可通過(guò)數據中心分配特定的用戶(hù)ID和密碼，其他沒(méi)有數據中心分配的用戶(hù)ID和密碼的用戶(hù)將無(wú)法登錄進(jìn)入系統，系統的安全性進(jìn)一步增強。

五、 總結

隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，城市現代化建設步伐不斷加快，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(lái)越突出，節電節能，綠色照明的要求越來(lái)越迫切，越來(lái)越高。現在再采用那些傳統的手控，時(shí)鐘控城市照明系統的方法已不能滿(mǎn)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前照明控制領(lǐng)域一個(gè)新的和緊要的課題。城市道路照明自動(dòng)化控制和智能化管理作為城市現代化的標志之一，它所帶來(lái)的經(jīng)濟和社會(huì )效益是十分顯著(zhù)的，它的推廣和實(shí)施也將是市政工程建設中的一項重要內容。