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- 摘要：本文提供了一种基于2G/3G/4G网络的路灯监控系统设计原理和实现方案 ，简要介绍了2G/3G/4G技术的基本知识 ，描述了2G/3G/4G无线传输应用于路灯监控系统的实现方法。通过实际应用，获得了理想的效果 。
一、概述
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 、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 。
照明自动监控与管理系统能够灵活开/关灯 ，随时了解运行参数 ，及时发现故障，将传统的人工“巡灯 ”制度改为“值班 ”制度 ，极大地提高照明系统的管理效率。系统能将采集到的数据自动进行存储、统计 ，并能随时进行查询和打印，极大地提高管理水平 ，同时还能通过全夜灯 、半夜灯和智能调压等手段 ，降低能耗，提高设备使用寿命 ，获得良好的经济效益 。
本系统是由厦门才茂通信科技有限公司自行开发研制的2G/3G/4G无线透明传输终端(DTU)与路灯智能监控器和管理系统 ，采用先进的计算机通信技术和数字信号处理(DSP) 技术，通过交流采样的方法 ，完成现场的电流 、电压以及功率、功率因素等参数的采样 、运算 、存储、显示 ，并根据预置参数或调度端的命令自行完成数据的传送， 并实现对路灯、景观灯的远程监控，从而实时掌握照明系统运行状况 ，快速发现路灯故障 、盗窃等并能主动报警 ，确保照明系统的可靠运行，提高路灯运行质量 。
二 、系统框图
三、终端设备
厦门才茂通信科技有限公司2G/3G/4G DTU 厦门才茂2G/3G/4G DTU采用ARM9高性能工业级嵌入式处理器 ，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速 ，稳定可靠，数据终端永远在线 ，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户 ，产品支持语音，短信 ，数据触发上线以 及超时自动断线的功能 。同时也支持双数据中心备份 ，以及多数据中心同步接收数据等功能 。公司产品已广泛应用于金融，水利 ，环保 ，电力，邮政，气象等行业。
产品实物图（2G/3G/4G DTU）
一 、硬件系统
CPU：工业级高性能嵌入式处理；带缓存 ，高速缓存数据 ，加快高速数据访问速度；高速指令缓存，加强了指令处理速度
MMU：CPU带MMU内存管理单元 ，可以防止内存溢出导致系统的异常
FLASH：64Mbits（可扩充到256Mbits）有足够大的内存来存放程序和数据（不同型号有差距以实际型号为准）
SDRAM：256Mbits(可扩充到2048Mbits)>=256Mbits ，有足够大的缓存来提高系统运算速度（不同型号有差距以实际型号为准）
二 、软件功能
工业级设计：
1.工业级CPU：工业级高性能嵌入式处理，高速缓存数据 ，加快高速数据访问速度；带缓村 ，高速指令缓存，加强了指令处理速度 。
2.工业级无线模块：采用工业级无线模块 ，抗干扰强 ，传输稳定 。
3.实时操作系统：采用LINUX2.6操作系统，带内存管理单元 ，实时性强 ，功能升级快，系统稳定，带完善TCP/IP协议栈；或者嵌入式UCOS操作系统。
4.强化电路板：PCB采用遵循20H和3W原则 ，同时公司所有产品电路板都采用生益材质来生产 ，确保板材的稳定可靠 。
5.工业级元器件：整机元器件采用严格筛选的工业级元器件来生产 。
6.工业级电源：宽压电源设计，电源适应范围为DC6V~DC32V ，内置电源反向保护和过压过流保护。
稳定可靠：
1.三层系统保护：在原来两级（软件保护 CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上 ，增加一级系统虚拟值守VWM（Vial Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠
2.UIM/SIM卡ESD保护：1.8V/3V/5V标准的推杆式用户卡接口 ，内置15KV ESD保护 。
3.串口ESD保护：RS232/RS485/TTL/RS422,内置15KV ESD保护 。
4.金属外壳：采用金属外壳 ，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离 ，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。
5.所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证 。
6.高速处理CPU：采用高速性能工业级CPU ，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机 ” 、“当机 ”等疑难问题 。
7.超大内存：FLASH64Mbits，SDRAM ，256Mbits（不同型号内存不同） ，有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超包，数据不丢失。
8.DNS自动获取：自动获取DNS ，不再需要人工配置输入DNS；规避了因为选择的DNS服务器异常 ，导致DTU设备当机的严重现象。
9.完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异 ，掉线概率极大降低 。
10.EMC性能优异：通过电力3000V电击测试 ，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；通过EMC测试；
功能强大：
1.TCP透明数据传输和UDP透明数据传输；支持多种工作模式
2.支持虚拟数据专用网（APN/VPDN）
3.支持双数据中心备份及多数据中心（8个）接受数据 ，最大支持发送中心达256个
4.智能防掉线 。支持在线检测 ，在线维持，掉线自动重拨 ，确保设备永远在线
5.远程唤醒：支持短信 、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接
6.支持固定IP通信方式；支持DDNS动态域名通信方式
7.支持短信远程配置 ，远程控制；支持短消息告警
8.丰富接口：提供RS232接口或者RS485接口或者TTL接口或者RS422接口或者USB接口接口，全接口支持。
9.完善的网络支持：提供包括2G网络（GSM网络） ，2.5G网络（GPRS网络） ，2.75G网络（EDGE网络），3G网络（WCDMA网络 、EVDO网络 、TD-SCDMA网络），4G网络（HSPA 网络、LTE网络） ，全网络的产品支持 。
10.数据包传输状态报告
11.标准的AT命令界面
12.可以用做普通拨号MODEM
13.支持串口软件升级
14.同时支持LINUX 、UNIX和WINDOWS操作系统
简单易用：
1.图形化配置工具：完善的图形化配置工具 ，提供快速配置功能，实现客户快速配置；提供批量配置功能 ，实现批量设备的配置 。
2.中心软件：提供C# ，VC，VB ，DEPHI中心端软件 ，方便客户测试。
3.提供多种动态库DLL：公司提供C# ，VC ，VB ，DEPHI中心端软件的动态库支持，并提供使用说明文档 ，方便客户自行快速开发中心端应用软件 。
4.丰富第三方软件支持：包括亚控软件 ，三维力控软件在内的业内主要中心端软件支持（驱动中选择“厦门才茂（桑荣）”或者“桑荣 ”的驱动 ），可以直接方便购买第三方软件来上项目，实现快速稳定低成本地完成项目 。
5.检查软件：提供串口调试软件 ，网络速度检测软件 ，提供不同的调试等级输出，方便客户查看各种信息 ，快速定位问题。
DTU在应用之前首先要进行设置 ，通过光盘配套的参数配置软件设置好数据中心的IP和端口及其它参数的设置，设置好之后串口和采集器串口对接 ， DTU上电之后根据事先设置好的中心IP和端口进行连接 ，成功连接到中心软件后即可双向透明传输数据 。
四 、路灯监控系统
该系统是将基于厦门才茂通信科技有限公司2G/3G/4G的无线传输终端(DTU)应用，为城市路灯监控中心提供随时掌握路灯的工作状态和故障情况 ，并可随心所欲的打开或关闭路灯的功能 。 路灯监控系统主要是在线路终端配置了2G/3G/4G无线传输终端 ，根据实际情况的不同，2G/3G/4G无线传输终端的安装方案不同。
方案一、是一个2G/3G/4G无线传输终端通过低压电力线管理连接在统一配电变压器网络内的多个监控器 ，从而实现一个2G/3G/4G无线传输终端负责多个路灯或照明设备的监控和管理数据的传输；
方案二、是每个路灯都装有一个监控器和2G/3G/4G无线传输终端 ，可以做到监控与管理每一个路灯 。通过监控器，系统能自动监测到跳闸 、断路 、电压异常、供电故障 、开关灯控制异常等突发事件，并通过2G/3G/4G无线传输终端及时将告警数据上传到监控中心 ，以供监控中心值班人员及时了解情况 ，做出处理 。
对于路灯管理部门来说，基于2G/3G/4G无线传输终端的路灯监控系统只需在原有路灯线路上增加GPRS/CDMA无线传输终端（由2G/3G/4G无线传输终端将路灯的实时信息发送给监控中心 ，并接受来自监控中心发来的调度指令）；并且在监控中心增加GPRS/CDMA无线传输终端接口功能同时以专线方式将监控中心与 2G/3G/4G核心网连接即可。
该系统主要特点如下：
A 、经济性：建设成本少 ，路灯监控中心与路灯之间是通过2G/3G/4G网络进行连接，可以大大节省布线的成本 ，前期投资少、见效快 ，后期升级 、维护成本低，易于规划。
B 、实时性：由于GPRS/CDMA具有永远在线的特点 ，能够实时的将路灯的变化信息传送给监控中心 ，便于工作人员及时监控路灯的状态并进行调度安排 。
C、灵活性：由于减少了固定的传输线路，路灯的位置设定比较灵活；另一方面由于2G/3G/4G无线传输终端的安装位置的不同 ，2G/3G/4G无线传输终端可以负责单个 、几个或者一路路灯的数据传输 ，统筹安排比较灵活 。
五 、系统的优势
1、提高亮灯率 系统投运后可以随时发现路灯运行中出现的问题，随时处理，提高亮灯率。
2 、节约能源 ，减少电费支出 在系统投入使用后 ，可在深夜行人稀少和交通量减少的情况下，执行“隔一亮一 ”或“隔二亮一”的照明方式 ，既给夜间出行的行人带来主便又能节约大量的电费支出 。在实现单控后 ，由于隔盏关灯进行控制一般是通过敷设双线实现的，现在最少还能节约50%的电缆成本及其施工费用 。这对现有系统的改造十分方便 ，无须敷设额外线缆。
3 、延长灯具寿命 采用路灯智能控制终端智能调压方式节能运行后 ，可保持每盏灯电压相对稳定，尤其是在后半夜电压升高的情况下 。据测试 ， 正常电压（220V）情况下 ，钠灯电压为100V，电压升高后（230V-240V） ，钠灯电压可升至120V-150V；正常电压环境下降压节能运行 后 ，钠灯电压一般为85V，电压升高环境下，钠灯电压可保持在100V左右 。从理论和实际使用环境 ，采用调压控制节能可以延长路灯使用寿命。因此 ，调节电 压方式具有双重节能的效果 。
4、节约人力、物力，提高管理水平 由于可实时监控每盏路灯 、每个路段及亮化工程点工 作状态 ，计算机可以及时对故障进行汇总 ，写入数据库，以便次日进行维修；利用动态实时模拟显示屏 ，监视全市路灯 ，值班员在中央控制室就可以概览路灯现场运 行情况，从而减少巡灯的维护成本和减轻巡检人员工作强度 ，大大提高工作效率 。另外 ，在恶劣天气时，根据各路灯控制智能终端采集的数据情况加以分析 ，采取相 应紧急措施 ，避免重大交通事故的发生。