基于ZigBee的智能广场灯光控制方案...

    一、系统组成
    1.广场灯控制终端
    广场灯采集控制终端由一级终端广场灯控制监控柜和二级终端组成，监控柜包括工控机、电能测量单片机、多路控制板、监控板；二级终端安装在每盏灯里，包括电力载波模块（EPCW）和输入输出接口板；广场灯控制终端可实时监控每盏广场灯的亮灭情况、电能负荷状态、灯杆损坏报警，漏电报警等功能。
    2.无线传输设备
    前端采用四信F8913 ZigBee模块，嵌入到广场灯控制器中，通过232/485和广场灯监控终端内的PLC相连，Zigbee作为一种无线连接，可工作在2。 4 GHz(全球流行) 、868 MHz (欧洲流行)和915 MHz (美国流行) 3个频段上，分别具有最高至250 kbit/ s、20 kbit/ s、40 kbit/ s的传输速率。F8913嵌入到控制器中一般为终端节点，互相之间不能通讯，模块用来完成信息的发送和接收

图1 F8913

    ZigBee中心节点采用四信F8114 ZigBee+GPRS模块，中心节点收到的数据可以通过串口直接是输出到服务器上（前端与服务器的距离较近）；还可有通过GPRS网络将其收到的数据发送的远端的服务器上，GPRS部分采用国际标准TCP/IP通信协议，且两种方式都是实现数据透明传输功能。省去了每个终端的GPRS模块，只需要中心节点一个，节约了成本。实物如图2

图2 F8114

    3.数据管理中心
    1） 遥控：主站计算机服务器按设定好的广场位置自动控制广场灯的状态，也可在主站手动控制任意的一级终端和二级终端的状态。
    2） 遥测：自动巡测或随机检测各个终端亮灯率、电压、电流、功率因数、有功和频率等工作参数，在自动运行时只要终端有变化，它便立即将变化数据向主站传输，无须主站巡检。
    3） 遥信：对各个终端状态、故障和报警等信息的获取，保证系统有效正常地运行。
    二、系统总架构
    2.1 F8913 --- F8913组网
    F8913（前端）通过标准的232/485与路灯监控一级终端里的PLC连接通信，获取的数据直接通过2.4G频率的zigbee网络发送到F8913(中心节点)。F8913(中心节点)通过串口与服务器连接，把数据送到后台，后台管理软件对数据进行分析。如图3所示：

图3 F8913与F8913组网

    2.2 F8913----F8114组网
    2.2.1 原理框架
    F8114首先进行GPRS拨号上网，然后自动向数据管理中心发起TCP连接，握手成功后开始数据透明传输。广场灯监控终端把数据集中采集通过PLC把数据传给F8913，F8913接到数据后即时的将数据通过ZigBee网络传送到F8114。F8114通过GPRS网络将数据发送给管理中心，管理中心对数据进行分析处理，得出直观的结果和相应的指令，管理中心将数据通过GPRS网络发送给F8114，再由ZigBee网络传送到F8913模块，模块通过232/485传送给PLC，PLC根据指令对广场灯做出相应的控制处理，以此达到远程控制广场灯的效果。如图3所示：

图4 F8913与F8114组网

                          
    2.2.2  数据中心网络接入方式
    1、专线接入
    中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的**才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。
    用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。
    2、ADSL拨号连接（动态公网IP地址）
    中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
    3、通过固定公网IP连接
    中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的，IP MODEM直接向中心发起连接，运行可靠稳定，推荐此种方案。