一、概述

隨著我國工業自動化水平的不斷發展和提高，工業自動化技術廣泛應用于各個領域。采用工業自動化不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動及其惡劣、危險的工作環境解放出來。目前國內的各大城市的路燈控制系統能源利用率普遍不高。路燈電費和維護費占了政府的財政支出一項巨大費用。目前大部分傳統的路燈節能系統存在著智能化程度低、通訊穩定程度差、路面照度分布不均、耗費大量人力物力等問題。本文基于無線網絡技術，設計了一套采用WBee技術實現的路燈控制實訓系統。

二、遠程路燈控制系統優勢

現在比較常用的路燈控制系統是：時間控制、光照控制等方式控制的路燈照明系統。上述的兩種控制方式存在著管理開銷大、電能浪費、無法遠程監控以及故障維修反應效率低等現象。如果使用布線的方式達到遠程控制的目的，不僅設備和施工費用投入巨大、布線麻煩,后期設備故障維護困難及其費用極高等等原因。需要尋找一種在社會效益、經濟效益上均顯著的管理監控系統是城市道路照明發展的必然方向。從路燈節能控制系統的成本、可靠性、信息化、應用前景等方面考慮。基于無線網絡技術，采用WBee技術實現設計了一套無線自組織無線蜂窩型網絡技術，在結合路燈控制系統本地的時間控制、光照控制。無疑可以實現路燈節能控制系統的智能化、信息化、可靠性高、低成本的目標。

三、WBee技術

3.1 什么是WBee

WBee是廈門為那通信科技有限公司自主研發的一款基于IEEE 802.15.4g通信協議的高性能低電流的433MHz（國際標準免授權頻段）收發器。根據WBee是一種短距離、低功耗的無線通信技術，其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，WBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線蜂窩組網通訊技術。WBee發射功率達到業界最高值21db，接收靈敏度達到-126dbm，收發可視直線距離可以達到4000米，解決了一些短距離傳輸設備傳輸距離不足的問題。WBee網絡中的設備可分為協調節點 (Coordinator)、路由節點(Router)、終端節點(EndDevice)等三種角色。

3.2 WBee的工作原理

WBee是一種跟藍牙類似的無線通訊技術，不過它的速度比藍牙慢，但是傳輸距離更大一些（一般可以達到4KM）。了解無線通訊的人都知道，所謂各種無線通訊技術，就是將數據轉換成頻率段不同的波，然后發射出去，在接收端將波再解析成相應的數據。WBee也不例外，它在國際通用的工作頻段是433 MHz頻段來進行無線通訊，WBee的通信技術所采用的蜂窩式自組織網通信的方式。

WBee通信是怎么回事？簡單的舉一個例子就可以說明這個問題。比如汽車防盜問題，在車上安裝一個WBee 網絡模塊終端，當開啟報警系統后，車子跟報警器只要他們彼此間在網絡模塊的通信范圍內，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯互通的WBee網絡。只要汽車有一些違規操作，比如開門、插鑰匙等觸發報警然后通過WBee把報警信息傳輸到報警器上，并產生報警信號。由于汽車是移動的，彼此間的聯絡還會發生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯絡，對原有網絡進行刷新，這就是自組織網。

WBee 自組網示意圖

3.3 WBee的優勢

WBee的自組網絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、短距離、支持大量節點、支持中繼、支持加密、速度快等。因此WBee作為一種短距離無線通信技術，由于其網絡搭建的便捷性，在短距離傳輸領域具有非常強的可應用性。

3.3.1 網狀網優勢

1、網絡結構具有強大的功能，網絡可以通過多級跳的方式來進行通信

2、是一種特殊的、按接力方式傳輸的點對點的網絡結構，其路由可自動建立和維護， 具備自組織、自愈功能。

3、網絡機構還可以組成極為復雜的網絡，具有很大的路由深度和網絡節點規模

3.3.2 抗干擾性能強

1、WBee在低信噪比的環境下WBee具有很強的抗干擾性能；

2、WBee技術在相同的環境中，WBee抗干擾性能遠遠好于藍牙和WIFI。

3、WBee的抗干擾性能是藍牙、WIFI和FSK的1000倍。

3.3.3 數據安全性

WBee支持完善通信協議，在數據通信中支持多種加密方式，包括AES、3DES、DES等的加密，就算您數據在傳輸中被截取或者修改都可以對數據完整性和正確性進行分析，保護用戶的數據可以安全傳輸到數據中心。

3.4 WBee跟Zigbee的對比

四、WBee的硬件/軟件特性

WBee （wireless bee）即無線蜂窩網絡，是廈門為那通信科技有限公司最新開發的自組網無線采集傳輸模塊。是一款小數據量，較遠距離的無線采集傳輸設備。主要功能特性有：

五、系統項目設計

本系統設計采用的是WBee和GPRS（CMDA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO/LTE）無線網絡傳輸系統，在本系統中是存在兩層網絡（WBee網絡跟INTERNET）。WBee路由節點或者終端節點安裝在現場的太陽能路燈燈桿上，主要是起著控制路燈的開關和為其他路由器節點或者終端節點的信息中寄存和傳輸作用。在系統各個WBee子網內路燈控制器通信采用WBee協議與路燈控制器通信，不會產生流量費用，所以無需通信費用。WBee子網跟采集數據中心通信的方式是利用gprs的上網功能進行連接。WBee協調器主要負責建立網絡和管理網絡，形成一個WBee子網，并通過連接一個WCTU跟遠程中心進行連接，遠程控制中心通過GPRS網絡于WBee子網相聯，起到對路燈的控制。監控系統還包括了本地監控的功能，為了方便路燈維護跟檢修使用，方便現場維護人員查看路燈的狀態跟方便路燈控制，在路燈控制現場也安裝了一個本地監控中心，進行對路燈進行管理。由于本地監控中心都使用的是WBee的協議所以本地監控中心是不會產生流量的，這樣可以減少無線通訊運營費用。

總體設計圖

詳細設計圖

六、系統功能

6.1、路燈系統

主要功能：控制路燈開關、亮度調節、蓄電池充電、太陽能電池板、電流采集、電壓采集、LED故障檢測、LED故障報警、計算功率以及功率因數等。

(1) 數據采集功能：采集太陽能電池板在充電和膠體蓄電池在放電時，路燈系統電流、電壓、功率因素等數據，以及實時檢測設備的運行狀態。

(2)過載保護：路燈系統提供了過載保護系統，通過實時采集到的數據進行處理判斷，保證負載處于合理范圍內，防止由于過高電壓或者電流照成了整個路燈系統故障。

(3)自動控制功能：現場按預先設計好的時間計劃自動調節路燈開關時間，并帶有檢測功能，可以自動調節點燈的亮度。

6.2、WBee系統

WBee系統主要功能：接收和發送WBee子網內的所有路燈控制信號、數據記錄、報警信息處理等，以及各個路燈系統產生的信息。它負責控制WBee子網內的所有路燈控制器運行，將從采集數據中心的命令經過WBee子網轉發下達給路燈控制器，或者將控制器及線路信息反饋給采集數據中心。WBee子網協調器處于采集數據中心和子網內路燈控制器的中間，通過GPRS或者運營商其他網絡（CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO）同采集數據中心進行通信，向下則是通過WBee通訊協議方式，同各個路燈控制器進行通信。

6.3、采集數據中心

采集數據中心主要實現的功能是通過遠程（本地）系統控制軟件對WBee子網下的路燈系統控制器進行遠程數據訪問和控制，包括路燈參數配置、控制命令發送、現場燈具狀態收集、現場燈具的開關等。能夠顯示路燈各種狀態包括：亮度、電壓、電流、功率和功率因數等信息，能夠從遠程（本地）控制路燈的開關和調節路燈的亮度，可以實現實時調度事件、讀取數據記錄、監視事件和報警應答等操作。

(1) 巡檢功能：采集數據中心可以自動巡測每路路燈的開關狀態，出現異常發送報警信息。

(2) 控制功能：采集數據中心可以隨意開關任何一盞路燈并可以支持全開或者全關路燈，可以設置定時開關燈。

(3) 數據存儲：強大的Oracle數據庫，可以對路燈安裝時間、地點（坐標）、運行參數、工作時間、功耗等用戶關心的信息進行記錄存儲，對路燈的異常處理信息進行保存。

(4) 數據查詢：采集數據中心可以通過互聯網（手機或者電腦）查詢任意時間段每路路燈數據信息，及其運行狀態。

(5) 遠程維護：可以進行遠程網絡維護，模塊具備遠程參數設置和維護功能，可以對控制器WBee等控制設備進行遠程升級。

(6) 報警功能：路燈故障出現后，采集數據中心可以準確獲取故障燈的位置信息，并通過采集中心的短信服務器發送短信告訴相關工作人員。工作人員可以在最短時間內趕到現場進行維護。通過實時采集電力線的電流、電壓狀況，通知采集數據中心，從而可以進行防盜。

6.4、節能策略

智能節能控制系統，在允許的調亮范圍內實現對路燈功率的自動調節功能，通過單片機控制可控硅的導通腳，對路燈的功率進行自動調節。智能感應功能，當白天出現光線達到預期要求時路燈自動關燈；當晚上時有人或車輛經過（移動物體）時，自動打開路燈或者增強路燈的亮度；而在一段時間內沒有人或車輛經過，自動延時后關閉路燈或者減弱路燈亮度。已到達到減少電力的功耗，對節能減排起到一定的作用，也可以減少市政財政支出。

七、設備清單

所需設備清單：

1、路燈控制管理軟件

2、管理計算機

3、串口服務器

4、報警模塊

5、路燈系統（太陽能電池板、路燈控制器、膠體蓄電池、LED燈頭）

6、INTERNET環境

7、WBee

8、WCTU

八、結論

智能化和網絡化控制路燈是未來路燈控制的發展方向和必然趨勢。隨著技術的進步和城市發展的需求，無線傳感節點集成度會越來越高，價格會越來越低，路燈控制系統的功能會越來越多，路燈的自動化管理和無線通信技術的結合應用也必然會越來越廣泛。

本系統采用WBee協議實現了路燈控制模擬系統的實時監控和網絡化管理。系統網絡擴展靈活、現場易于安裝、管理方便。減少城市管理以及財政支出，減少了管理路燈的人力跟物力。采用先進技術節約能源以及提高路燈自動化控制與管理水平，已成為城市照明系統建設的當務之急。