路灯无线控制系统

摘    要：本文提出了一种基于CDMA的路灯无线控制系统设计原理和实现方案，简要介绍了CDMA 技术的基本知识，描述了CDMA 无线传输应用于路灯控制实现方法。通过实际应用，获得了理想的效果。

关键词：CDMA；VPDN；电力；路灯；无线；远程；控制系统；

一、背景介绍

在我国，大部分城市特别是中小城市的路灯系统自动化管理水平还不很高，特别是当季节、气候天气变化时不能及时改变开关状态，不能对路灯充分利用，从而也给市民带来一定的困扰。近年来由于城市基础设施建设的飞速发展，城市的市容市貌得到了极大改观，城市灯光工程是现代化城市建设的重要标志，在城市建设与发展中具有举足轻重的地位。同时随着灯光工程的重视程度提高，路灯照明的管理、监测控制和维护的工作量增大与有限的人力物力资源矛盾日益突出。并且现实中通常设备陈旧，可靠性差，线路故障多，管理维护不便；与此同在的电力网不稳定，配电房所处环境恶劣，平时缺少人员值守等问题，使得对路灯运行进行无线远程监控成为市政管理迫在眉睫的首要任务。

随着CDMA无线网络的成熟，CDMA无线网络已经在城市路灯无线控制系统中已经成功应用。该系统运用先进的通讯技术和计算机网络技术，借助现有的配电设备、控制设备、环境监测设备等，实现了路灯管理的实用性、可靠性、技术先进性、经济性。

二、本系统优势

1、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于CDMA具有实时在线特性，系统无时延，系统能够同时实时收取，处理多个监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

2、远程仪器设备控制：由于采用CDMA双向传输系统，监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正，状态报告，开关以及其他监测，控制等功能。

3、建设成本低：可充分利用现有CDMA网络，设备安装即接通，而采用超短波通信时需要充分考虑现场环境，还需要配备天线铁架等附属设备。

4、安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟CDMA网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。采用超短波通信时安装调试工作量大，要先进行现场信号测试，天线铁架架设，天线方向角度调试等工作。

5、覆盖范围广：构建无线路灯控制系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区，乡镇和跨地区的接入需求。由于监控点数量众多，分布在全市范围内，部分监控点位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用超短波通讯方式，覆盖范围只有30多公里；而采用CDMA方式，理论上在无线CDMA网络的覆盖范围之内，都可以实现控。

6、数据传输速率高：CDMA网络传送速率理论上可达372Kbp，实际应用时数据传输速率在80Kbps左右，而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。

7、传输容量大：监控中心站要和每一个监控点实现实时连接。由于监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而CDMA技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

8、通信费用低，可按时间和流量进行收费.

三、系统组成

(图） 路灯无线控制系统示意图

1、远程测控终端

采用符合工业产品标准，能够满足照明监控需要、适用于户外环境或室内长期运行的控制终端，组成小的控制系统，实现数据检测中心对各个节点路灯的控制。单个控制终端由光控电路、时钟电路、检测电路，开关电路和存储器电路(掉电保护电路)组成。具有RS232等标准通信接口与CDMA DTU连接，主要完成数据的采集和处理、控制输出和进行数据通信、报警、接收远程命令、开关等等功能。

2、无线通讯部分
无线通讯应用CDMA DTU（Data Terminal unit)，可以理解为下位CDMA发射终端，在进行通信时，在它的作用下对所传信息进行格式转换和数据整理校验，全称CDMA数据传输单元，在国内目前实际上对CDMA DTU具有更加明确的约定：CDMA DTU是专门用于将串口数据通过CDMA 网络进行传送的无线设备。

3、数据检测中心

监控中心由监控主机，人机接口，相关外设及与无线数据通信网接口等部分组成。对远端监控点采用轮训或并行询问方式，完成进侧，控制，采集等多重任务。

监控系统软件是集路灯，景观灯，饰灯等的监控，数据采集，数据处理与一体，并通过群控或组控实现对不同灯型的监控终端进行控制的系统软件。具有数据存储，数据采集，报警处理，报表打印，图形人机界面，系统安全性控制，自动巡测终端，自动开关灯，终端分组控制，GIS系统接入线路防盗报警及多种时间表等众多功能。
 
四、 可靠性

本系统需要较高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密，信源加密，登录防护，访问防护，接入防护，防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。 

数据中心可通过公网使用VPN接入到CDMA网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Ｒａｄｉｕｓ服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高，稳定可靠。

对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。

1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。

2、利用SIM卡的号码，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。 

3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码，其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

五、 总结

随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越来越突出，节电节能，绿色照明的要求越来越迫切，越来越高。现在再采用那些传统的手控，时钟控城市照明系统的方法已不能满足要求。如何充分利用高科技手段解决上述矛盾也就成为当前照明控制领域一个新的和紧要的课题。城市道路照明自动化控制和智能化管理作为城市现代化的标志之一，它所带来的经济和社会效益是十分显著的，它的推广和实施也将是市政工程建设中的一项重要内容。