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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于傳感網(wǎng)技術(shù)的智能路燈無線控制系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項(xiàng)目融合傳感網(wǎng)、2.5G/3G通信及嵌入式軟硬件設(shè)計(jì)等技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于傳感網(wǎng)技術(shù)的智能路燈無線控制系統(tǒng)，達(dá)到對路燈的“面—線—點(diǎn)”的智能化節(jié)能控制，為路檢、單燈控制、節(jié)能、信息跟蹤等提供了技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了路燈及節(jié)能管理的自動(dòng)化與智能化。本系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于常規(guī)路燈，也可以擴(kuò)展應(yīng)用于新型LED路燈。另外，系統(tǒng)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)可以為智能交通、環(huán)境檢測、局部氣象服務(wù)等提供基礎(chǔ)“信息高速公路”。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市照明的市場需求不斷增大，采用先進(jìn)控制技術(shù)節(jié)能型照明產(chǎn)品是未來的發(fā)展方向。全國各地在“建設(shè)節(jié)約型社會”國策的推動(dòng)引導(dǎo)下，紛紛出臺許多節(jié)能政策。而城市道路的照明節(jié)能，是顯而易見的突破口，市場上還有很大的節(jié)能潛力可挖。 本系統(tǒng)融合了傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3G通信技術(shù)及嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)，針對目前城市路燈照明管理方式單一、非智能化、布線復(fù)雜及維護(hù)困難的現(xiàn)狀，提出了基于傳感網(wǎng)技術(shù)的新型智能路燈無線控制方案。本系統(tǒng)以面-線-點(diǎn)的控制方式實(shí)現(xiàn)城市路燈照明管理方式的多樣化與智能化，并在此基礎(chǔ)上提供給用戶快捷方便的網(wǎng)頁管理模式，方便不同權(quán)限用戶對路燈進(jìn)行控制與管理。 本系統(tǒng)緊扣低碳節(jié)能的社會生活理念，積極響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，采用無線單燈控制技術(shù)，智能實(shí)時(shí)監(jiān)測路燈工作狀態(tài)，改變了目前有線網(wǎng)絡(luò)施工復(fù)雜、靈活性差、能源浪費(fèi)等問題，以低成本高可靠的方式從根本上解決了傳統(tǒng)城市路燈照明控制系統(tǒng)的不足，節(jié)約電能，提高了城市路燈管理水平。本系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于常規(guī)路燈，也可以擴(kuò)展應(yīng)用于新型LED路燈。另外，系統(tǒng)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)可以為智能交通、環(huán)境檢測、局部氣象服務(wù)等提供基礎(chǔ)“信息高速公路”。 系統(tǒng)經(jīng)過在全國5個(gè)城市的小面積試點(diǎn)運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，路檢已實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，大大減少了路燈檢修所需的人力物力，節(jié)能效果顯著。用戶一致反饋本系統(tǒng)的運(yùn)營穩(wěn)定情況明顯優(yōu)于同類產(chǎn)品，這是其他類似產(chǎn)品短期內(nèi)難以達(dá)到的。實(shí)際上本系統(tǒng)還有更大的節(jié)能潛力可挖，若在全國范圍內(nèi)加大推廣力度，這將形成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)鏈。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明目的：對路燈控制粒度細(xì)化到單燈是路燈人的夢想，本課題努力實(shí)現(xiàn)這一夢想。課題融合傳感網(wǎng)、2.5G/3G通信及嵌入式軟硬件設(shè)計(jì)等技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于傳感網(wǎng)技術(shù)的智能路燈無線控制系統(tǒng)，為路檢、單燈控制、節(jié)能、信息跟蹤等提供了技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了路燈及節(jié)能管理的自動(dòng)化與智能化。 基本思路：通過充分調(diào)研，在總結(jié)了現(xiàn)有路燈控制正反兩個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)基礎(chǔ)上，課題組提出了一種含有感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的路燈專用傳感網(wǎng)構(gòu)建方案。分別設(shè)計(jì)“路燈終端控制器”、“路由器（主控器）”、“B/S模式的城市照明控制軟件”等，實(shí)現(xiàn)了ZIGBEE、2.5G/3G通信及因特網(wǎng)的可靠融合，從而達(dá)到對路燈的“面—線—點(diǎn)”的智能化節(jié)能控制。課題總結(jié)了一些類似系統(tǒng)不穩(wěn)定的失敗教訓(xùn)，把握住需求分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及小試等各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了較為穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)。 創(chuàng)新點(diǎn)與技術(shù)關(guān)鍵：（1）實(shí)現(xiàn)了自主知識產(chǎn)權(quán)的路燈專用傳感網(wǎng)、2.5G/3G網(wǎng)及以太網(wǎng)的可靠融合應(yīng)用。（2）提出了適用于路燈控制的ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)編址算法及路由協(xié)議，使路燈自動(dòng)連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)方式靈活，便于移植。（3）解決了信號手拉手?jǐn)嗔?、信號群發(fā)沖突、GPRS連接中斷、常年不間斷無人干預(yù)運(yùn)行、復(fù)合節(jié)能模型等技術(shù)難題。 主要技術(shù)指標(biāo)：主控芯片工作溫度范圍：-40℃～125℃。無線射頻收發(fā)器接收靈敏度<-92dBm，通信距離>150m。系統(tǒng)最大路數(shù)：65535（可用多個(gè)服務(wù)器），單路（一個(gè)主控器）最大可控?zé)魯?shù)2047（帶類型）、30000（不帶類型）。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 課題從理論與實(shí)踐兩個(gè)角度，對國內(nèi)外路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)軟件工程中通信負(fù)荷分擔(dān)原則，采用分層與藕合的設(shè)計(jì)思想，提出了GPRS與ZIGBEE組網(wǎng)相結(jié)合方式控制到單燈的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)專用傳感網(wǎng)組網(wǎng)協(xié)議、路由協(xié)議及編址算法，2.5G/3G通信與ZIGBEE短距離無線通信分別承擔(dān)路段通信與燈間通信。多次重發(fā)、本地計(jì)時(shí)綜合判定等有效措施克服無線網(wǎng)絡(luò)通信弱點(diǎn)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。B/S模式控制軟件，方便使用，也為手機(jī)操控提供基礎(chǔ)。 與國內(nèi)外現(xiàn)有路燈控制系統(tǒng)相比，系統(tǒng)可細(xì)化控制到單燈，實(shí)現(xiàn)“面—線—點(diǎn)”綜合控制；與通用ZIGBEE組網(wǎng)協(xié)議相比，自主設(shè)計(jì)的協(xié)議更適合路燈控制；與電力載波方式相比，避免了電力載波信號衰減嚴(yán)重與受限于特定電力系統(tǒng)的缺點(diǎn)；與單純使用GPRS技術(shù)相比，具有不局限于GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)；與有線控制方式相比，系統(tǒng)硬件部署簡單方便；與C/S模式相比，B/S的WEB瀏覽器方式給使用者帶來更大方便。系統(tǒng)的構(gòu)件化設(shè)計(jì)與良好擴(kuò)展性，為升級與擴(kuò)展提供技術(shù)條件。 參考文獻(xiàn)見研究報(bào)告。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1．三個(gè)軟件著作權(quán)。分別為（1）常規(guī)路燈終端控制器測試軟件[簡稱: SDCSCS] V1.0，軟著登字第0233164號；（2）基于TCP/IP協(xié)議的無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)測試系統(tǒng)[簡稱:WSNTCPIPTS]V1.0，軟著登字第2010SR045022號；（3）基于傳感網(wǎng)技術(shù)的LED路燈終端控制器測試軟件[簡稱:IOTLEDC]V1.0，軟著登字第0233038號。第一作者均為團(tuán)隊(duì)成員。 2．三篇論文。分別為（1）路燈控制節(jié)能模式研究及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)工程；（2）融入傳感網(wǎng)技術(shù)的觸摸屏樓宇照明控制器設(shè)計(jì)，微計(jì)算機(jī)信息；（3）飛思卡爾S12X存儲器分頁機(jī)制分析，微計(jì)算機(jī)信息。第一作者均為團(tuán)隊(duì)成員。 3．環(huán)球時(shí)報(bào)英文版2011年6月6日、揚(yáng)子晚報(bào)2011年5月26日C15版、姑蘇晚報(bào)2011年5月25日06專版、蘇州日報(bào)2011年5月25日A05版分別對我們的系統(tǒng)做了報(bào)道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有條件技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場演示 樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 傳統(tǒng)路燈控制只能集體控制某一條路，而不能精確到每一盞燈。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對單燈的監(jiān)控，為路燈節(jié)能、維修、智能化管理提供了技術(shù)手段。系統(tǒng)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出專用ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)編址算法及路由協(xié)議，融合2.5G/3G網(wǎng)與以太網(wǎng)，細(xì)化控制粒度到單燈，克服了電力載波、單純GPRS、有線控制等方式的不足，成功地解決了信號手拉手?jǐn)嗔?、群發(fā)沖突等問題。多次重發(fā)、本地計(jì)時(shí)綜合判定、WEB方式的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)、構(gòu)件化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等措施，保證了系統(tǒng)的健壯性、可擴(kuò)展性與可維護(hù)性。本系統(tǒng)成本低，一年半左右節(jié)能費(fèi)用與投入成本平衡，既適用于現(xiàn)有路燈改造，也可直接融合到新燈生產(chǎn)中。 至2010年底，全國城市路燈數(shù)量達(dá)1800多萬盞，每年耗電約330億千瓦時(shí)。本系統(tǒng)不僅節(jié)約路檢費(fèi)用，且節(jié)能效果明顯，按最低10%計(jì)算，每年可節(jié)電33億千瓦時(shí)?，F(xiàn)有路燈改造及每年10%以上的新增路燈，構(gòu)成本系統(tǒng)巨大潛在市場。多個(gè)城市小規(guī)模推廣應(yīng)用表明，系統(tǒng)運(yùn)行良好、路檢準(zhǔn)確、節(jié)能效果顯著。隨著技術(shù)完善升級、社會認(rèn)可度逐步提高，將會產(chǎn)生良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- （1）國外同類課題研究概況 美國某公司在道路照明系統(tǒng)中使用嵌入基于載波芯片的智能控制器、基于LonWorks技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器，同時(shí)在配電柜中加裝智能服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中起到分段控制的作用。智能服務(wù)器是整個(gè)路燈控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)接受路燈控制中心的指令，控制路燈電子鎮(zhèn)流器，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到WEB服務(wù)器。電子鎮(zhèn)流器和智能服務(wù)器之間通過現(xiàn)有的動(dòng)力線纜相互通信。此方案采用電力載波的方式，適用于路燈線路基本都是專用變壓器、線路比較干凈、雜波少的鏈路。但是不適合公用變壓器的路燈線路，也不適合超長線路的情況。由于中國電力的特性，此種技術(shù)不適合于中國的電力國情。同時(shí)此公司路燈控制系統(tǒng)費(fèi)用比較貴，一臺智能服務(wù)器價(jià)格為5000元，控制140盞路燈，每盞路燈中的電子鎮(zhèn)流器為1000元。相比而言，本系統(tǒng)GPRS-ZIGBEE路由器價(jià)格為980元左右，至少可以控制2000多盞路燈，每個(gè)終端控制器的價(jià)格為300元左右。 美國另一公司將GPRS+ZIGBEE技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，但是其ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)所覆蓋范圍比較小，并沒有將這種技術(shù)應(yīng)用于城市路燈照明。其應(yīng)用于路燈控制系統(tǒng)的技術(shù)與本系統(tǒng)不同，需要通過有線的以太網(wǎng)方式將所需要控制的路燈連接在一起，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。這種方式需要布線，施工復(fù)雜。 （2）國內(nèi)同類課題研究概況 某些路燈控制系統(tǒng)對設(shè)備的控制及監(jiān)測沒有細(xì)化到單燈，達(dá)不到最大化的節(jié)能效果。有些可以控制到單燈，比如上海某公司的路燈無線智能監(jiān)控管理系統(tǒng)，采用通用ZIGBEE協(xié)議，每個(gè)主控器（單網(wǎng)）最多可控200盞路燈節(jié)點(diǎn)，控制軟件采用C/S模式。本系統(tǒng)自主研發(fā)專用ZIGBEE協(xié)議，一個(gè)主控器（單網(wǎng)）最多可控30000盞路燈節(jié)點(diǎn)；控制軟件采用B/S模式，操作方便，使用電腦和能夠上網(wǎng)的手機(jī)等均可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地控制，增強(qiáng)了靈活性。 國內(nèi)某公司的路燈控制系統(tǒng)主控芯片的適用溫度范圍為0℃～60℃，從而使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍受限。而本系統(tǒng)使用的控制芯片在選型時(shí)便已考慮溫度范圍，為-40℃～125℃，可滿足最大溫度范圍下的控制需求。另外，由于國內(nèi)外使用電壓等不一樣，有些公司開發(fā)出的產(chǎn)品不能投放于國外市場。本系統(tǒng)產(chǎn)品只需在性能參數(shù)上加以配置，就可以調(diào)試應(yīng)用于國外市場，本系統(tǒng)存在很大的潛在市場。 綜上所述，本系統(tǒng)在技術(shù)方案、應(yīng)用創(chuàng)新、性價(jià)比、穩(wěn)定性、應(yīng)用領(lǐng)域等方面具有明顯的競爭優(yōu)勢。
