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基于3G信号传输的道路和景观照明无线控制系统研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-15  浏览次数:213
  摘要:文章所述系统通过WCDMA网络传输信号,以解决信号线不能布线或布线代价大的应用场合。控制系统硬件采用ARM9,软件采用Linux实现对资源的管理和控制。数据协议遵从标准的TCP/IP,将需要显示的数据编码后由主控端发送到各个接收子系统,并由子系统解码主控端传输过来的数据,从而实现景观的远程式控制。
  关键词:3G信号传输;道路;景观;照明无线控制系统;ARM-Linux;WCDMA 文献标识码:A
  中图分类号:TP273 文章编号:1009-2374(2015)19-0022-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.010
  城市、乡镇道路上的路灯及各类照明景观灯设施是与我们日常生活紧密相关的市政公共设施建设,它既关系到夜间道路交通安全和百姓生活方便,又承担着美化城市,展示城市时代性魅力的重任。城市、乡镇照明的发展优化了我国的人居环境要求,但同时给耗能、耗材、管理等方面带来了昂贵代价。尤其在类似于高架桥梁、偏远乡镇以及部分楼宇的景观控制中,有些控制的信号线不能敷设,因此信号的长距离无线传输在景观照明控制系统中变得越来越重要。现如今,3G通信技术已经发展成熟,具备更快速、更完善、更稳定的网络,更低的网络运行费用也给照明系统的数据传输提供了可能。
  1 系统的构成与工作原理
  整个控制系统分为远程主控端和各个子系统(如图1),通过3G通信网络形成一个主从式星状网络控制系统,每个子系统为一个独立的单体照明系统。按照系统功能模块可分为以下四个部分:
  图1 系统构成
  1.1 远程主控端
  远程主控端是整个景观照明无线控制系统的信息中心,也是系统的控制中心,主要负责对所有子系统景观照明数据协议编码、子系统运行状态监控,输出数据接入无线互联网。
  1.2 3G网络接入
  3G网络模块是无线通信与有线通信的界面,是实现整个景观照明无线控制系统的信息通信的桥梁,即负责接收和传送主控端发送的数据,并转为有线信号传输模式,通过路由器接入各个控制系统。
  图2 远程主控端框架 图3 3G网络接入模块
  1.3 控制子系统
  控制子系统采用ARM嵌入式平台,通过嵌入式Linux系统实现对系统的资源管理和控制,以及对接收到的数据进行译码分配和实时传输。
  1.4 数据协议输出端口
  根据所需要控制的景观灯具的输入数据界面模式,控制子系统可以提供多种的输出数据模式,景观照明用的界面主要有DMX512、SPI、DALI、0~10V D/A输出协议。
  图4 控制子系统 图5 输出端口模式
  2 子系统设计内容
  子系统设计由软件及硬件两部分组成。本子系统硬件以三星公司S3C2440A嵌入式微处理器(ARM9处理核心,64M SDRA——64M Flash,100M网卡,linux开放操作平台)、E1750通信模块(2Mbps的上传速度和7.22Mbps的下载速度,USB通用界面)和照明数据模块组成为例,图6为硬件结构。
  图6 子系统硬件结构 图7 子系统工作流程
  软件负责完成对照明效果的管理和控制,子系统软件核心部分主要包括bootloader、操作系统、根文件系统和用户程序。需要设计完成的主要工作包括:(1)Bootloader部分采用U-boot 1.1.6,主要负责初始化处理器及硬件设备,引导操作系统启动;(2)操作系统采用Linux 2.6.22内核,此内核拥有良好的调度、中断、内存管理等性能以及支持各种根文件系统,具备良好的可移植性;(3)根文件系统使用YAFFS2;(4)编写3G网络的接入协议。驱动采用USB-ModeSwitch+libushb针对E1750进行相应的设置,实现了在ARM-Linux下驱动WCDMA模块。输出协议模块驱动支持DM512协议,SPI串行数据协议,DALI协议,0~10V模拟输出;(5)照明控制软件设计。通过照明控制软件完成网络数据的译码,重新编码和传输到控制灯具。
  3 子系统工作流程
  工作流程的关键点是数据的传输。远程子系统采用同步传输模式,即远程控制中心通过3G网络传输要显示的控制效果数据传输给子系统,子系统进行边接收边进行相应解码并以相应的数据传输协议发送出去,以实现景观照明中场景效果的实现。
  子系统流程如图7所示。
  4 发展前景分析
  长距离的无线照明控制,其系统功能是“控制”,其系统特点是控制方式“无线”。众所周知,传统照明是手动、有线路的控制,不能达到随心所欲的管理。如一盏灯出现问题,一整条线路有可能都受到影响,或者灯具的损坏无法及时发现,造成照明故障,这种现象一直困扰着照明管理者。而这种无线照明控制系统,由于采用3G无线传输技术,一方面在控制上面可以实现无线化,另一方面具备单灯控制,附带电流、电压、功率因数、功耗统计等功能,使照明管理更具人性化与智能化。景观照明讲究的是一座城市或一个区域的整体效果,包括道路绿带亮化、游园绿地亮化、建筑物立面亮化、公共设施亮化、喷泉水池以及各种非公益性的广告、字牌和店招等构成,搭载了3G信号的无线传输,解决了有线传输的线路敷设困难,可实现“随心所欲”的设计布局。另外,通过无线控制,使照明的效果更加多彩分层。
  作为智能照明的一大特色,无线照明控制早在2005年就已经开始被应用在照明控制中,但由于种种技术和成本的限制,一直未能广泛应用。但是随着通讯技术、智能手机等发展,无线照明控制得到大大改善。采用3G通讯网,在每个控制点配置一个无线控制器,选用模块化、数字式的智能灯光控制模块,在控制中心(总控室)配置集中监控系统软件,管理人员就可以通过手机或电子地图界面控制和管理整个城市的景观灯,实现智能化管理。无线照明控制系统是划时代的智能技术,它把传统的照明控制与无线结合起来,开创了一种新型的管理与节能,真正实现智能化照明。LED技术是21世纪以来发展最为迅速的照明技术,它节能、环保、稳定、高效,已经大量的运用在商业照明、景观照明等领域。而无线照明控制系统因为结合了LED、通信、计算机、传感器等技术,一方面保障正常的照明功能,另一方面兼具节能、环保、智能管理等,备受瞩目。
  5 结语
  本文介绍了3G数据传输方式下的景观照明控制系统的设计方法,阐述了整个控制系统的设计,特别介绍了子系统的硬件和软件设计。使用3G网络和TCP/IP技术,远程控制中心通过发送相应命令和编码后的照明数据到各个子系统,子系统进行数据解码并传输到相应的输出数据接口,以实现远程的无线控制,其发展前景广阔。
  参考文献
  [1] Yao-Jung Wen,Agogino,A.M.Wireless networked lighting systems for optimizing energy savings and user satisfaction[J].Wireless Hive Networks Conference,2008.
  [2] Ismail,M.H.,Matalgah,M.M.Performance evaluation of WCDMA high speed downlink packet access/frequency division duplex mode[J].Wireless Communications and Networking Conference, 2005.
  [3] Yoowattana,S.,Nantajiwakornchai,C.,Sangworasil,M.A design of embedded dmx512 controller using FPGA and XILKernel[J].Industrial Electronics & Applications,2009.
  (责任编辑:周 琼)
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