LORA單燈無線遠程控制系統 LORA單燈控制器

一.路燈管理和能耗現狀

進入21世紀，“節能減排”成為我國的一項基本國策，備受矚目。其中，照明節能是“節能減排”中非常重要的一環，在我國具有巨大的現實意義。傳統照明帶來大量二氧化碳等氣體的排放，對于環境的影響也將越來越大，隨著我國城市照明快速發展，上述問題還將更加突出，在照明用電中，路燈占有相當的份額，由于線路工作時間長，耗能非常之大，推廣綠色照明勢在必行。確保按時、按需點亮每一盞燈，并能有效地節省路燈的用電電量、延長燈泡的壽命、降低維護和管理的成本是現代效能型社會追求的目標。因此，探索和應用新型的綠色的照明供電方式，對于實現“十二五”節能減排目標以及“到2020年我國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%－45%”的溫室氣體減排目標，意義十分重大。目前路燈管理和能耗現狀如下：

Ê燈具無法按需調節亮度

Ê超負荷運行，增加電能消耗

Ê燈具維護成本高

Ê監控管理滯后

針對上述的缺點及道路照明監控系統研究現狀中提到的不足，浙江巨川電氣科技,急領導之所急，想領導之所想，結合公司多年研發無線通信和路燈監控系統的經驗，為城市道路照明開發出了一套更智慧化的路燈監控系統。

二.LORA無線單燈控制系統設計方案

（一）系統簡介

無線單燈監控系統，主要應用了LORA無線技術來實現單燈控制、亮度調光、監控和管理功能。

系統通過LORA和GPRS的無線網絡（無線物聯網技術），在用戶計算機上自動獲得路燈的各種參數狀態，實現了自動巡檢，可以判別出路燈的故障狀況、老化程度、亮燈狀況，電網參數，有功、無功等各項指標。

實現了路燈的調光和按需亮燈功能，即該亮時亮、該暗時暗，并結合了最新的照明節電技術，可以節約城市路燈綜合用電量的30%左右，節省人力物力（巡檢費），可降低維護成本60%。同時，無線自動組網方式可以節約大量電線電纜和物資，且該方式不受天氣和地形的影響，也保證了通訊的可靠性。

（二）建設原則

統一規劃：從全市路燈管理系統的建設需求出發，統一規劃設計，統一部署，各路段、各區分級聯網管理，從而提高系統運行效率；

技術先進：采用主流的、先進的技術構建系統平臺，為城市數字化管理、應急聯動指揮等提供業務支撐，通過無線遠程控制方式，節約通信線路租賃費用；

面向應用：在路燈管理系統建設中以現實需求為導向，以有效應用為核心，以技術建設與工作機制的同步協調為保障，確保城市亮燈工程的穩定運行和高效使用；

穩定可靠：路燈管理系統是在原有路燈系統上做智能化改造，系統穩定性關乎整個城市亮燈工程的使用，系統采用的軟硬件根據統一的規范、協議和要求選型，根據最新的標準規范，并經過具有相應資格的軟件評測中心、產品檢測中心的測試，質量達標，性能穩定，能夠持續有效運行；

信息安全：構建信息傳輸專網，保證專網專用，安全暢通，社會監控資源通過互聯網或VPN接入時，需采用嚴格的網絡隔離和安全措施；不同專網之間，如公安視頻專網與城管政府網之間也應采用嚴格的網絡安全和隔離措施，確保各專網的信息安全；

良好的擴容：系統采用模塊化按區域建設，城市化進程過程中建設的道路及亮燈工程科技按要求統一接入系統；

（三）系統結構

LORA與物聯網無線通訊相結合方式：此系統主要LORA單燈控制器、LORA基站網關、物聯網管理云平臺及應用客戶端/APP四部分組成。單燈控制器將采集路燈的實時狀態數據，并將數據經LORA網關傳輸至云平臺，云平臺經過對數據的處理和分析與應用客戶端、APP進行數據交互。同時客戶端及APP可下發節能指令通過單燈控制器來控制路燈的開關與節能，從而達到照明智能控制。

LORA無線單燈控制系統，由以下四部分組成：

單燈控制器、LORA網關、物聯網管理平臺及應用客戶端/APP四個部分組成。

1）LORA與ZIGBEE兩種無線技術的優勢對比

LORA技術具有遠距離、低功耗（電池壽命長）、多節點、低成本的特性。

ZIGBEE技術具有近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的特性

LORA 是LPWAN通信技術中的一種，是美國SEMTECH公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡單的能實現遠距離、長電池壽命、大容量的系統，進而擴展傳感網絡。LORA是當前最成熟、穩定的窄帶物聯網通訊技術，一次組網終身不需繳費，LORA是物聯網應用中的無線技術有多種，可組成局域網或廣域網。LORA技術具有遠距離、低功耗(電池壽命長)、多節點、低成本的特性。這些關鍵特征使得LORA技術非常適用于要求低功耗、距離遠、大量連接以及定位跟蹤等的物聯網應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業、智慧工業、智慧城市、智慧社區等應用和領域。

ZIGBEE是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。ZIGBEE技術具有近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的特性。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。

（四）系統功能特點

LORA無線單燈控制系統具有友好的人機界面和完善的圖形數據處理功能，方式靈活、簡單。地理信息（GIS）圖形處理系統使操作人員可以在屏幕上實現圖形的縮放、平移、導航及各種監視、操作、修改和定義功能。整個系統具備的功能特點如下：

1）遠程控制

系統根據不同類型的監控終端控制要求，采用時控（經緯度）和光控相結合的控制方案，自動、手動、遙控開/關終端，或按需開關；四遙功能：遙控，遙測，遙信，遙調；可根據操作人員要求，對終端進行分組設置，根據每個分組設置而實現不同的開關控制方案；

2）自動巡測

監控終端能按設定的時間周期自動進行定時巡測。也可隨時手動巡測和選測各監控終端的運行情況。包括電壓、電流、開關輸出狀態、亮燈率、各種開關量狀態輸入，并將數據保存到數據庫；

3）報警處理

當監控終端主動報警或調度端在巡測時發現有數據異常時，自動發出語音報警、自動存盤并在地圖上顯示相應的位置和故障類型。可通過設定的手機號碼，向有關人員短信報警。

4）自動計算和存儲數據

根據現場運行電壓、電流等參數能自動計算相應數據，耗電量、亮燈率等，系統能夠自動記錄所有采集數據，備份必須數據，提供備份方案。保證數據庫正常運行；

5）獨立運行

當指揮中心管理系統或通信線路發生故障時，終端會根據預先設定的程序自動運行，確保路燈的正常運行。

6）終端斷電運行

監控終端內裝有不間斷電源，具有斷電運行功能，能在供電線路斷電、缺相時及時報警，使有關部門在第一時間獲知并搶修。

7）遠程實時查詢

通過因特網，實現手機或便攜式筆記本遠程實時查詢，查詢內容包括各終端的最新以及歷史數據和故障情況，實現異地遠程接入訪問。

8）業務接口對接

通過智慧城管系統對接實現與不同廠家系統間的集成對接，使系統建成后不受限于路燈系統生產廠家。主要含基礎信息管理、亮化監控、電子地圖展示、實時查看、統計分析、智能告警、案件處置、顏色匹配、控制平臺集成等。并實現形成智慧城管案件轉向業務受理系統進行案件的受理、立案、處置、結案流轉；

9）查詢打印

可以對各監控終端任意定時數據和年、月、日統計數據進行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可打印；可以對歷史故障進行查詢和打印。

（五）主要產品介紹

A.LORA網關（型號：JCT-LD）

LORA網關是實現路燈單燈監控的重要硬件設備，它使用LORA無線技術和路燈管理器通信，與系統中心的通信可以使用GPRS/TCP/IP，同時采集單燈的電壓、電流等數據，一般情況下，一個LORA可以管理直徑3KM范圍內的單燈。

技術參數：

功能特點：

?LORA技術，具有遠距離、低功耗、多節點的特性；

?以無線GPRS方式將終端設備連接系統后臺實現遠程控制；

?可實現LORA轉串口，LORA轉網口和TCP/IP協議；

?密封式設計，防塵防水；合金式外殼，抗摔抗老化；

?數據接收傳送穩定，抗干擾能力強；

?實現多頻點、多信道的同時接收，支持2/3/4G全網通通信

安裝方式：

B.LORA單燈控制器（型號：JCT-LK）

LORA單燈控制器有單桿兩路雙盞燈和單桿一路單盞燈兩種規格，區域內的路燈無線終端管理到每一盞燈，對電壓、電流、功率因數、亮燈率進行監控。單燈設備內部加注密封膠，使設備具有良好的防水性，單燈控制器可內置在燈具中，也可外掛在燈桿檢修口處，可分別滿足路燈企業和工程企業的使用需求。

技術參數：

功能特點：

?LORA技術，具有遠距離、低功耗、多節點的特性；

?單燈控制與檢測、可實現分組、分類等組合控制

? 0-10V/PWM調光輸出，支持LED調光控制

?電流電壓、有功無功因素等數據采集

?異常開關燈、燈具故障、通訊失敗等報警功能

?適用于LED燈、高壓鈉燈、太陽能燈

?具有系統管理軟件和手機APP

安裝方式：

單燈控制器可以安裝在燈具內，或者燈桿的檢修孔中，或者托盤中，或者獨立的控制箱中。圖2如何安裝在燈具中，圖3如何安裝在燈桿檢修口中。

1、 安裝工具與材料

A.      安裝產品使用的工具包括：電動手槍鉆，斜口鉗、剝線鉗、絕緣膠布、安全手套、安全帶（高空作業）、螺絲刀（十字、一字各一把）等。

2、 固定產品所需的材料

A、 螺釘、彈墊、墊片、卡片、雙芯護套軟線（芯線截面積1平方毫米）。

C.手機APP軟件

顯示系統時間，單燈總數量，單燈狀態（在線，亮燈，故障），地圖定位，終端設備的具體參數（三相電流電壓，功率因數，亮度，電量因數），另外，可以個性化上傳用戶頭像和名稱，操作簡便，管理協調，實用性強。

單燈系統管理軟件為路燈管理部門的信息化建設提供了一套全面的解決方案。

? 路燈自動巡檢模塊：監控中心能對安裝了路燈監控器的路燈進行自動巡檢，查報故障并自動生成報修單；

?路燈控制模塊：能實時對安裝了路燈監控器的路燈進行開、關、調節亮度等功能，或預設控制方案，使路燈按照預設方案進行亮燈。

?設備管理模塊：對燈桿、燈具、電線、控制箱、變壓器、電表、開關、監控器等路燈設備實現計算機信息化管理，具有設備安裝、報廢、維修、更換、出入庫等功能。

?多媒體模塊：具有圖片庫管理功能、使管理更具直觀化、形象化和親和化。

?輔助分析模塊：具有統計、報表、分析、查詢、負荷計算、實時讀表、用電分析、電纜長度計算等功能。

? WEB信息發布模塊：與網站實現無縫對接，進行遠程管理的功能

D.物聯網卡（型號：JCT-SIM）

LORA網關內置物聯卡，可選用中國三大移動運營商的中國移動或者中國聯通網絡運營商的無線數據網絡進行組網。由運營商提供的4G/3G/2G卡，硬件外觀與普通SIM卡完全一樣，加載針對智能硬件和物聯網設備的專業化功能，采用專業號段和獨立網元，滿足智能硬件和物聯網行業對設備聯網的管理需求， 以及集團公司連鎖企業的移動信息化應用需求。

（五）系統優勢

Ê節省成本：路燈管理器采用先進的LORA無線通信技術，安裝施工簡易快捷，無需鋪設專線, 模塊化安裝，可以系統自動檢測生成故障報表。每個路燈只需要一個單燈控制器，每臺網關可以管理直徑范圍2KM的單燈，節省了GPRS流量。不用改變既有的電力線架設和配電監控網絡，一方面節省了人力物力；也保證了通訊的可靠性。

Ê每天可進行自動通、斷電操作；可保證工作日、節假日按不同的時間自動通、斷電；可對用電設備進行分區、分線路管理。

Ê監控燈具的開/關和亮度，從而可以顯著延長燈具的有效壽命，減少燈具更換次數，節約資源。可以遠程設置節點監控參數，實現節點的靈活監控。在后半夜車稀人少時，則監控路燈保持較低照度的照明（或者實行“半夜燈”調節監控）。這樣做主要優點就是在調光的同時，也大幅降低了電耗，節約用電，同時還可以延長燈源壽命。

Ê根據天氣情況和實際光的照度，自動監控燈具的開/關和燈具的亮度，如在不好的天氣時及時打開路燈，對于安裝在橋下或隧道的路燈，路據實測光強，來自動以最佳的亮度打開路燈，提高公眾滿意度，在災害天氣使路燈更人性化。

Ê通過系統中心設置，防止非授權人操作，確保系統監控安全可靠。依據采集數據情況，可判斷終端設備運行狀態情況。所有運行參數（自動通斷電時間，區域劃分）可在管理終端隨時設置，隨時啟用，管理方便。

Ê節能功效：路燈管理器帶有節能模塊，可以分時段進行調光，綜合節電率可達30%。

Ê告警信號反饋：根據用戶需求，系統可設置緊急告警通過短消息方式發送給相關人員，方便管理人員及時處理。