基于无线传感器网络的路灯监测及控制系统的设计（译文）参考.doc

基于无线传感器网络的路灯监测及控制系统的设计Chunguo Jing, Dongmei Shu and Deying Gu Automation Engineering Department Northeastern University at Qinhuangdao Qinhuangdao, China 摘要： 远程路灯监控系统已应用在城市路灯。一般情况下，该系统监测和控制范围只达到路灯变电站。在这项工作中，一个无线传感器实验系统被开发来研究路灯监控系统的可行性。该系统包含传感器节点，远程终端装置和控制中心。传感器节点安装在每个灯柱上并用于检测和控制灯。远程终端装置作为控制中心和传感器节点之间的中继站。控制中心实时监测和控制所有路灯。设计出了传感器节点和远程终端装置的硬件。开发出了传感器节点，远程终端装置和控制中心的软件。多用跳跃节点。试验表明该系统可以用于路灯控制。该系统在路灯中的应用可以扩大控制范围到每一盏灯，减少路灯用电量和维护费用，并提高路灯的实用性。 一.简介 路灯是城市基础设施的一个不可缺少的一个部分，其主要功能是在一天中黑暗的数个小时内照亮城市的街道。它还有一个功能是装饰街道，甚至对于减少交通事故和街头犯罪也有一定效果[1,2]。因此对于公众和城市管理者来说保证路灯正常开启和关闭是很重要的。起初，路灯是通过手工操作在黄昏开启并在天亮时关闭，然而智能控制器被用于根据日出/日落时每个变电站控制器环境的光强度自动开灯和关灯[3]。虽然智能控制器能够自动开灯和关灯，但是由于智能控制器时间错误或者光传感器被灰尘或其他东西覆盖而经常出现白天开灯和晚上关灯的情况。这些增加了市民众对不正常的照明的不满，并会导致车辆和行人一些潜在的危险。为了找出故障路灯并减少能源浪费，维修人员需要日以继夜地巡逻街道。这增加了维护和管理成本。由于以上原因和路灯功能多样化，智能路灯控制器的路灯控制不能符合路灯控制的要求。 现在，远程路灯监测和控制系统被广泛用于路灯监控和操作。该系统是由控制中心，远程终端装置（RTU）和通信装置组成[4]。控制中心负责控制和监测整个路灯系统。远程终端装置安装在每个路灯变电站并用来控制和监测每个远程站点。无线电和通用分组无线电服务是控制中心和远程终端装置之间通信的两个主要技术。远程路灯监测和控制系统实现实时集中管理和控制所有远程终端装置，但是系统的控制范围只达到路灯变电站，个别灯的状态不能被这个系统检测到。为了从控制中心控制，监测和诊断数以百计，成千上万的路灯，无线传感器网络被用在了远程路灯监测和控制系统中。一个实验系统被建成用来研究使用传感器网络的路灯控制的可行性。 二.无线传感器网络 一些目前的技术如电力载波（PLC）也可以用作单灯控制和监测的目的。但PLC技术也有一些问题例如噪音，线路输入阻抗变化，载波信号衰减，往往会导致通信故障。因此，无线传感器网络被选作路灯控制这项工作。 无线传感器网络（WSN）是最近几年的一项新技术。很多研究者已经很努力研究无线传感器网络。它被认为是一种把信息世界和物理世界连接在一起的技术。一个无线传感器网络系统由传感器节点，汇节点，因特网或信息传输网络和用户计算机组成[5]。传感器节点用无线方式彼此通信并在ISM频段操作。节点发送功率受限制，所以它的分离节点用阶跃网络传输数据。图1是一个常见的无线传感器网络原理图。 图1.无线传感器网络的一个原理图 在无线传感器网络中，传感器节点被组成一个节点群；每个节点至少属于一个群。每一个群有一个汇节点作为这个群的一个局域节点控制器或者通过IP网络与远程用户计算机连接。 无线传感器网络的节点结构通常由三个层次组成：一个物理层，一个中间存取控制（MAC）层和一个应用层。每一层用定义好的接口向上述层提供服务。图2显示了一个传感器节点的层结构和每一层的功能。在不同的应用中，物理层会有些区别，这些包括传感器类型，执行机构和传感器的数量。 图2.在无线传感器网络中传感器节点的结构 无线传感器网络的主要特点是成本低和大量的分布。为了实现经济规模徐涛达到低成本的大市场，某些无线传感器网络的产品特点需要标准化，所以不同厂商的产品可能一起经营。有两个关于无线传感器网络的标准由IEEE出版。它们是IEEE 802.15.4低速率无线私人局域网络（WPAN）标准[7]和IEEE 1451.5无线智能传感器接口标准[8]。因此，在学习和设计无线传感器网络是要遵循这些标准。 无线传感器网络的应用前景包括工业控制和监测，家庭自动化和家用电子产品如无线键盘和个人计算机（PC）的加强型玩具，安全和军事遥感，资产追踪和供应链管理，智能农业和健康监测。在这项研究中，一个实验的无线传感器网络被设计出来用于控制，监测和诊断路灯。 路灯系统控制和维护是路灯局一个劳动密集型高成本的任