广州广日电气设备有限公司
摘要：随着社会经济的发展，城市街道照明系统逐渐从简单的城市照明向智能化方向发展。由于城市路灯数量较多、线路复杂多变、结构分散、只能现场操作控制，且不具备通讯功能，所以日常维护需要人工去巡检，遇到白天暴雨情况还需要人工现场控制开灯，从而带来高昂的人工成本及不安全因素。智能化路灯监控系统可对路灯运行情况实时监测，故障及时上报，提高亮灯率，并提供灵活多变的控制，还能提高路灯照明管理部门的经济效益和社会效益，响应国家的节能减排。本文主要分析了城市照明智能化监控系统的设计。
关键词：城市照明；智能化；监控系统设计
引言
在研究中国小城市街道照明管理现状和街道照明智能化控制需求的基础上，设计并实现了智能路灯监控系统及相关软件。监控系统包括监控中心和多个监控基站，并通过数字无线站的专用无线网络发送信息。监控管理软件是典型的工业监控和数据采集系统，具有信息管理系统的功能。监控中心的运行可以实现城市街道照明系统的集中管理。
一、系统工作原理
这个系统的总体设计目标是建立基于GIS，无线通信和基于路灯控制的电力线通信技术的终端控制系统，形成集中管理和分布式控制的集中控制系统。该系统的主要功能是根据日出和日落时间曲线自动设置照明切换时间。可以在中央控制室实现组操作和单灯控制，自动监控每个终端的运行状态，自动记录故障信息并发出警报。监督管理系统包括中央控制室、分段控制和灯泡控制。中央控制室主要由工业计算机、智能监控软件、数字无线电和其他外围设备组成，负责控制路边和手电筒控制器以及接收的数据，指示系统的整体及局部工作情况。
连接控制单元接收来自中央控制室的检查命令，报告路段中每个路灯的运行状态，并在不同的时间段内改变控制命令和中央控制室的控制以改变路灯。中央控制室经由无线电通信站向链路控制器和链路控制器发送控制命令，经由数字发送站接收和解码中央控制室的控制命令，并执行预定的控制功能。转换为发送到SSCP 300通信模块，用于电力线载波。单灯控制器通过SSCP 300电力线通信模块从连接控制器接收控制命令，并根据该地址确定它是否是控制命令。如果是，则根据控制命令操作操作开关灯。如果监控中心需要路灯可用性信息，请收集您自己的电压和电流信息，并将SSCP 300通信模块发送回连接控制器。然后，连接控制器通过数字无线电台将信息上传到中央控制室。在中央控制室，您可以使用自动监控软件和性能汇总来查看可以控制街道段或单个灯的每个路灯的运行状态和故障信息。这部分街道照明开启和关闭，节省了大量的人力，物力和财力，加强了路灯的管理和维护。
二、路灯远程系统的设计
2.1 路灯监控系统的组成
使用互联网GPRS的城市道路远程监控系统主要由两部分组成：监控中心的主控计算机和道路上两个旁路灯的远程监控终端通过GPRS上网连接。监控中心的主计算机连接到互联网，以检测实时路灯运行参数，并远程监控，控制和管理路灯。远程监控终端是安装在路灯终端中的设备，其必须位于移动通信区域中。远程监控终端将从监控中心接收并执行各种命令，例如，路灯开关时间设置、开关路灯命令等。系统可以通过传感器自动检测路灯终端的异常事故，并及时将信息上传到主控制器电脑。
2.2 控制中心
控制中心是系统的管理的核心，道路终端的控制是通过控制中心。使用计算机或大型联网计算机组，控制中心的大小可以很大或很小。控制中心通常由显示设备、主控制单元、通信单元、计算机网络和电源设备组成。
2.3 通信网络
通信网络主要负责上传和发送信息：①将控制中心命令发送到路灯终端，②将路灯的行驶状态发送到控制中心。。现在，有线通信、无线通信、能量载波等是最常用的通信技术。系统中选择GPRS通信模式，具有随时随地实现相对快速的数据传输的优点，并不受限于此时间和地点。
2.4 远程监控终端
远程监控终端是系统的外围部分，要接收来自监控中心的各种命令，并根据指令执行相应的操作。监控终端由MCU，GPRS通信模块和光敏传感器组成，每个部分具有不同的功能。
2.5 远程监控系统的主要功能
路灯监控系统远程监控终端的基本功能主要包括通讯、控制和事故预警。通信是与控制面板交换数据，来自控制面板的命令的接收和执行，远程监控终端的设置的改变，以及由光传感器收集的光强度信息的上传。控制是响应遥控命令控制路灯开关。事故评估和警报是检查检测到的亮度并结合当前的班次状态和运行时间，以查看运行状态是否正常。如果发生异常或发生事故，远程监控终端会立即发出警报。
2.6 远程监控系统基本原理
该系统主要由三部分组成：GPRS模块、上位机程序和单片机。系统操作的基本流程如下：1控制方面：当达到设定时间时，MCU控制器打开GPRS模块，并通过GPRS模块将IP地址发送到主机程序。在主计算机程序此时接收到GPRS模块的IP地址之后，实现控制MCU。该功能将指定的命令发送到GPRS模块，通过GPRS模块控制单片机的输出，控制路灯开关。②监测方面：将光传感器放置在灯罩中，并为光敏传感器设定阈值。如果在打开灯的持续时间内光敏传感器的值低于阈值，则路灯不会打开，传感器通过GPRS计算机程序和监控中心将信号发送到顶部。监控中心可随时了解路灯运行状况。
三、系统工作原理
城市路灯监控系统由监控管理中心和多个监控基站以及监控中心与基站之间的传输通道组成。
监控管理中心的核心是主要的测量和控制计算机及其监控管理软件，它允许用户有效地监控和控制整个系统。监控基站的核心是一个智能监控器，可以独立地或在监控中心的指挥下执行现场数据采集、处理和外围设备控制功能。该系统的传输信道是专用无线通信网络，包括配备有中心站和基站的数字无线电站。系统的构成如下图所示：
1、遥控
监控中心可以使用监控软件实时切换整个城市任何区域或线路的控制，或者设置基站智能监控指示中切换照明的时间表，智能监控器成为指定时间。对基站的每个小街道照明进行换档控制。
2、遥测
监控中心可以随时向监控基站发送轮询命令，并收集、存储和处理数据，如电源、电压、电气变量，设备温度、有功功率、无功功率、功率因数和各种故障数据。
3、遥信
如果在基站发生电源故障、缺相、异常电源开启关闭，路灯控制柜门打开和带智能监控器的内部时钟和存储的开关灯计划错误，智能监控器可能会发送活动警报到监控中心，提高系统安全性和处理异常的及时性。
基于无线网络和街道照明系统的特点，监控管理中心和基站使用轮询和半双工通信，即，当执行检查时，监控中心交替地与基站通信，并且在某个时间，中心只有相同的命令基站，数据以响应或数据确认方式传输。
四、路灯监控管理软件主要功能模块设计
1.软件功能模块结构图
根据以往需求分析的结果，系统的功能模块分为基站线路配置图、开关灯控制器、地理基站信息图、信息管理系统和系统参数设置。开关灯控制器又分为手动开关灯控制器和自动开关灯管理模块，信息管理又分为功能模块、如位置管理、用户管理和操作记录轮询。上述功能模块基于通信模块和数据库访问模块。路灯监控管理软件的功能模块结构图如下图所示：
2.系统界面设计原则
路灯监控管理软件的用户是城市的路灯管理单位。相对熟悉业务，计算机服务水平一般。他们必须及时了解整个系统，尤其是监控站点的运行信息，并且必须使用该软件来完成日常更改。灯泡调整和控制如果存在异常情况应及时处理。因此，系统界面设计的原则是界面用户友好，控制简单，同时在屏幕上尽可能多地显示相关信息。
根据该原理，系统设计使用界面设计方法，其中主界面被划分为多个区域，并且每个区域被进一步划分为小区域。如果需要在某个范围内显示不同类型的信息，但一次只能显示一个，就在该范围内安排PageControl控件，添加不同类型的信息，并更改页面以匹配用户的选择。
通过单击多级TreeView元素，可以直观、快速地控制PageControl控件中用户的页面更改操作。长文本信息（例如，活动警报信息）必须在用户界面中显示并在适当的区域中滚动，以便可以显示所有文本并且可以让操作员注意到。主界面布局如图所示
3.基站地理信息图示模块设计
路灯监控管理软件的地理信息显示功能相对简单：一旦用户加载或格式化电子城市地图，系统自动将所有被监控基站的原理图符号添加到地图，用户可以显示符号根据基站的实际位置在地图上移动。通过地理信息，用户可以直观地跟踪城市中每个受监控基站的布局。当用户单击主表面右侧的树以选择基站时，软件可以将所选择的基站的地图和图标移动到屏幕的中心。同时，在指令控制区域的地图下显示当前的三相电压，三相电流和站的功能描述。地理信息图示模块的界面如图所示。
4.运行记录模块设计
当执行路灯监视和管理软件时，每个检查的数据点编号、检查时间、三相电压、电流和操作描述被存储在数据库中。操作描述基于对收集的现场操作数据的分析。如果没有异常，则将其描述为“正常操作”。如果出现异常，可根据判断和断电、缺相、过温、过压、溢流、欠压、欠流、分支保护等进行全程跟踪记录。用户可以充分了解当前和历史运行状态从记录中的城市路灯系统也可以检查问题。运行记录模块界面如图所示。
6.黑匣子记录模块设计
路灯监控系统中的黑匣子实际上是指智能显示器的异常情况及其外观。记录恒定的现场条件，包括您自己的复位情况，现场复位操作、时钟、电池状态等。此类信息主要用于智能监视器的维护。
7.通讯模块设计
监控中心通过数传电台同监控基站保持不间断的通讯联系。基本通讯参数的设置如图所示。
当强制切换照明，设置定时并轮询黑匣子记录时，路灯管理软件向基站的智能监视器发送实时控制或查询命令。巡逻检查是系统监督城市整个街道照明系统的基本手段。用户可以指定监控软件定期监控所有站点或手动监控指定的监控基站。
五、路灯监控管理软件主要功能实现
1.路灯系统通讯协议的实现
该系统具有多种用于监控路灯的通信协议，根据协议中命令的功能差异分为三类：设置命令、轮询命令和活动报警命令。
设置命令从监控中心发送到监控基站。在接收到命令后，基站的智能监视器根据命令中的设置数据改变其自己的设置。系统中的开关灯时间，设置分配，强制开关灯等的设置均为设置命令。
轮询命令也从监控中心发送到监控基站，但基站的智能监控器在收到命令后不会改变自己的设置，而是将监控数据发送回监控中心。检测到的当前电压值，检测到的工作温度和系统中的检测灯时间都是轮询命令。
当主动报警命令用于监控基站的异常情况时，基站的智能监控器主动将报警信息发送到中心局，中心局不必先发送命令。
2.系统组态功能的实现
2.1组态图基本图形的实现
在C ++ buildgr中，VCL组件是可视化编程的基础，开发人员可以使用它来设计用户界面并为应用程序提供非可视性能。对于应用程序开发人员，组件将从组件窗口中检索并显示在窗口中。在这里，可以通过修改组件属性和设置事件处理程序来确定组件的外观或角色。从组件编写者的角度来看，组件是特定语言中的对象。这些对象可以包括系统提供的行为元素（例如标准Windows控件）或引入新的可视或非可视组件。组件的代码形成组件的整个行为。
在C ++ Buildgr中，有四种组件类型标准控件、自定义控件、图形控件和非可视组件。在该系统的配置图中使用了许多电子图形，但VCL中的图形控件无法提供绘制配置图所需的所有功能。因此，实施系统配置功能时，必须基于图形控件创建用户自定义组件。
2.2归属信息设置的实现
要在软件中设置的属性信息包括对应于AC接触器的输出开关端口号，输入开关端口号和对应于路灯分支的模拟输入端口号。输出开关的端口号和输入开关的端口号作为属性值存储在相应的交流接触器对象中。在配置显示中，每个交流接触器的右侧都有一个文本字段。您可以在此输入输出开关的端口号。文本框的OnChange事件允许您为交流接触器的输出接触器的端口号指定对象。
结束语
本文实现的智能路灯监控系统是一种分布式、远程控制系统，由计算机信息处理、数据库、GPRS通讯、PLC电力载波通讯等技术组成。它不仅可以实现对路灯的远程控制，还能对路灯运行状态实时监测及故障上报，节约了路灯维护部门的维护成本，提高了劳动效率和亮灯率。城市照明智能监控系统的开发也为其他类似监控系统提供了重要参考和引领。
参考文献
[1]叶 峰，张治华．智慧照明及其在苏州市的应用实践[J]．照明工程学报，2015
[2]海 蓝．灯火眼前路光照心底明———智慧路灯管控系统成功研制[J].信息化建设，2016
论文作者:樊京路
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/20
标签：路灯论文; 基站论文; 系统论文; 命令论文; 终端论文; 监控系统论文; 模块论文; 《建筑学研究前沿》2019年9期论文;