基于3G信號傳輸?shù)牡缆泛途坝^照明無線控制系統(tǒng)研究

傅曉燕　等

摘要：文章所述系統(tǒng)通過WCDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，以解決信號線不能布線或布線代價大的應(yīng)用場合?？刂葡到y(tǒng)硬件采用ARM9，軟件采用Linux實現(xiàn)對資源的管理和控制。數(shù)據(jù)協(xié)議遵從標準的TCP/IP，將需要顯示的數(shù)據(jù)編碼后由主控端發(fā)送到各個接收子系統(tǒng)，并由子系統(tǒng)解碼主控端傳輸過來的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)景觀的遠程式控制。

關(guān)鍵詞：3G信號傳輸；道路；景觀；照明無線控制系統(tǒng)；ARM-Linux；WCDMA 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）19-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.010

城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路上的路燈及各類照明景觀燈設(shè)施是與我們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的市政公共設(shè)施建設(shè)，它既關(guān)系到夜間道路交通安全和百姓生活方便，又承擔(dān)著美化城市，展示城市時代性魅力的重任。城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)照明的發(fā)展優(yōu)化了我國的人居環(huán)境要求，但同時給耗能、耗材、管理等方面帶來了昂貴代價。尤其在類似于高架橋梁、偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及部分樓宇的景觀控制中，有些控制的信號線不能敷設(shè)，因此信號的長距離無線傳輸在景觀照明控制系統(tǒng)中變得越來越重要?，F(xiàn)如今，3G通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，具備更快速、更完善、更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，更低的網(wǎng)絡(luò)運行費用也給照明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了可能。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理

整個控制系統(tǒng)分為遠程主控端和各個子系統(tǒng)（如圖1），通過3G通信網(wǎng)絡(luò)形成一個主從式星狀網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)為一個獨立的單體照明系統(tǒng)。按照系統(tǒng)功能模塊可分為以下四個部分：

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 遠程主控端

遠程主控端是整個景觀照明無線控制系統(tǒng)的信息中心，也是系統(tǒng)的控制中心，主要負責(zé)對所有子系統(tǒng)景觀照明數(shù)據(jù)協(xié)議編碼、子系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控，輸出數(shù)據(jù)接入無線互聯(lián)網(wǎng)。

1.2 3G網(wǎng)絡(luò)接入

3G網(wǎng)絡(luò)模塊是無線通信與有線通信的界面，是實現(xiàn)整個景觀照明無線控制系統(tǒng)的信息通信的橋梁，即負責(zé)接收和傳送主控端發(fā)送的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)為有線信號傳輸模式，通過路由器接入各個控制系統(tǒng)。

圖2 遠程主控端框架 圖3 3G網(wǎng)絡(luò)接入模塊

1.3 控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)采用ARM嵌入式平臺，通過嵌入式Linux系統(tǒng)實現(xiàn)對系統(tǒng)的資源管理和控制，以及對接收到的數(shù)據(jù)進行譯碼分配和實時傳輸。

1.4 數(shù)據(jù)協(xié)議輸出端口

根據(jù)所需要控制的景觀燈具的輸入數(shù)據(jù)界面模式，控制子系統(tǒng)可以提供多種的輸出數(shù)據(jù)模式，景觀照明用的界面主要有DMX512、SPI、DALI、0～10V D/A輸出協(xié)議。

圖4 控制子系統(tǒng) 圖5 輸出端口模式

2 子系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容

子系統(tǒng)設(shè)計由軟件及硬件兩部分組成。本子系統(tǒng)硬件以三星公司S3C2440A嵌入式微處理器（ARM9處理核心，64M SDRA——64M Flash，100M網(wǎng)卡，linux開放操作平臺）、E1750通信模塊（2Mbps的上傳速度和7.22Mbps的下載速度，USB通用界面）和照明數(shù)據(jù)模塊組成為例，圖6為硬件結(jié)構(gòu)。

圖6 子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 圖7 子系統(tǒng)工作流程

軟件負責(zé)完成對照明效果的管理和控制，子系統(tǒng)軟件核心部分主要包括bootloader、操作系統(tǒng)、根文件系統(tǒng)和用戶程序。需要設(shè)計完成的主要工作包括：（1）Bootloader部分采用U-boot 1.1.6，主要負責(zé)初始化處理器及硬件設(shè)備，引導(dǎo)操作系統(tǒng)啟動；（2）操作系統(tǒng)采用Linux 2.6.22內(nèi)核，此內(nèi)核擁有良好的調(diào)度、中斷、內(nèi)存管理等性能以及支持各種根文件系統(tǒng)，具備良好的可移植性；（3）根文件系統(tǒng)使用YAFFS2；（4）編寫3G網(wǎng)絡(luò)的接入?yún)f(xié)議。驅(qū)動采用USB-ModeSwitch+libushb針對E1750進行相應(yīng)的設(shè)置，實現(xiàn)了在ARM-Linux下驅(qū)動WCDMA模塊。輸出協(xié)議模塊驅(qū)動支持DM512協(xié)議，SPI串行數(shù)據(jù)協(xié)議，DALI協(xié)議，0～10V模擬輸出；（5）照明控制軟件設(shè)計。通過照明控制軟件完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的譯碼，重新編碼和傳輸?shù)娇刂茻艟摺?/p>

3 子系統(tǒng)工作流程

工作流程的關(guān)鍵點是數(shù)據(jù)的傳輸。遠程子系統(tǒng)采用同步傳輸模式，即遠程控制中心通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸要顯示的控制效果數(shù)據(jù)傳輸給子系統(tǒng)，子系統(tǒng)進行邊接收邊進行相應(yīng)解碼并以相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議發(fā)送出去，以實現(xiàn)景觀照明中場景效果的實現(xiàn)。

子系統(tǒng)流程如圖7所示。

4 發(fā)展前景分析

長距離的無線照明控制，其系統(tǒng)功能是“控制”，其系統(tǒng)特點是控制方式“無線”。眾所周知，傳統(tǒng)照明是手動、有線路的控制，不能達到隨心所欲的管理。如一盞燈出現(xiàn)問題，一整條線路有可能都受到影響，或者燈具的損壞無法及時發(fā)現(xiàn)，造成照明故障，這種現(xiàn)象一直困擾著照明管理者。而這種無線照明控制系統(tǒng)，由于采用3G無線傳輸技術(shù)，一方面在控制上面可以實現(xiàn)無線化，另一方面具備單燈控制，附帶電流、電壓、功率因數(shù)、功耗統(tǒng)計等功能，使照明管理更具人性化與智能化。景觀照明講究的是一座城市或一個區(qū)域的整體效果，包括道路綠帶亮化、游園綠地亮化、建筑物立面亮化、公共設(shè)施亮化、噴泉水池以及各種非公益性的廣告、字牌和店招等構(gòu)成，搭載了3G信號的無線傳輸，解決了有線傳輸?shù)木€路敷設(shè)困難，可實現(xiàn)“隨心所欲”的設(shè)計布局。另外，通過無線控制，使照明的效果更加多彩分層。

作為智能照明的一大特色，無線照明控制早在2005年就已經(jīng)開始被應(yīng)用在照明控制中，但由于種種技術(shù)和成本的限制，一直未能廣泛應(yīng)用。但是隨著通訊技術(shù)、智能手機等發(fā)展，無線照明控制得到大大改善。采用3G通訊網(wǎng)，在每個控制點配置一個無線控制器，選用模塊化、數(shù)字式的智能燈光控制模塊，在控制中心（總控室）配置集中監(jiān)控系統(tǒng)軟件，管理人員就可以通過手機或電子地圖界面控制和管理整個城市的景觀燈，實現(xiàn)智能化管理。無線照明控制系統(tǒng)是劃時代的智能技術(shù)，它把傳統(tǒng)的照明控制與無線結(jié)合起來，開創(chuàng)了一種新型的管理與節(jié)能，真正實現(xiàn)智能化照明。LED技術(shù)是21世紀以來發(fā)展最為迅速的照明技術(shù)，它節(jié)能、環(huán)保、穩(wěn)定、高效，已經(jīng)大量的運用在商業(yè)照明、景觀照明等領(lǐng)域。而無線照明控制系統(tǒng)因為結(jié)合了LED、通信、計算機、傳感器等技術(shù)，一方面保障正常的照明功能，另一方面兼具節(jié)能、環(huán)保、智能管理等，備受矚目。

5 結(jié)語

本文介紹了3G數(shù)據(jù)傳輸方式下的景觀照明控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，闡述了整個控制系統(tǒng)的設(shè)計，特別介紹了子系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。使用3G網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP技術(shù)，遠程控制中心通過發(fā)送相應(yīng)命令和編碼后的照明數(shù)據(jù)到各個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)解碼并傳輸?shù)较鄳?yīng)的輸出數(shù)據(jù)接口，以實現(xiàn)遠程的無線控制，其發(fā)展前景廣闊。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）