城市路燈指的是在城區(qū)提供給道路照明的燈具，城市路燈具有光亮強度大，功率高，分布范圍廣，數(shù)量眾多的特點，從而使得路燈的能耗在整個城市用電中占有一定的比例。如何合理有效即時的控制路燈的開關(guān)，使得既能夠保證城市照明的需要，又能夠最大程度的節(jié)省能耗是對于路燈管理的最大挑戰(zhàn)。針對路燈的管理，人們想出了各種辦法，比如帶時間控制控制模塊，在設(shè)定的時間點上開關(guān)路燈，還有就是聲控光控路燈在光線充足，無人行走的時候自動關(guān)閉路燈。但是上述各種辦法存在各種各樣的缺陷，不能完全適應(yīng)多變的情況，人們需要更加方便的控制管理辦法。
基于城市對于路燈的各種需要，城市路燈管理系統(tǒng)需要遵循“分散控制，集中管理”的原則實施管控，即路燈控制器分散配置在各個路燈箱里面，控制器再通過通信線路與監(jiān)控中心的計算機連接，監(jiān)控中心的服務(wù)器對路燈控制器實行遠(yuǎn)程監(jiān)控。 但是由于路燈的數(shù)量眾多且分布在城市的各條道路以及各個角落里面，完全采用有線方式連接工程量浩大且實現(xiàn)基本上不可能，只能采用無線傳輸方式通信，但是由于路燈數(shù)量眾多，每個路燈配置一個無線通信節(jié)點也不現(xiàn)實，成本高昂以及后期費用巨大，只能采取無線+有線相結(jié)合的傳輸方式進行數(shù)據(jù)通信。
某城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)，最開始采用定時自動開關(guān)以及聲控光控方式對路燈進行控制，但是在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，定時自動開關(guān)控制方式不能適應(yīng)冬夏季節(jié)的光照時間變化，在夏天出現(xiàn)光照情況良好的時候路燈就自行打開，而冬天在夜幕降臨的時候，路燈則沒有及時打開。還有就是陰天情況下，光照不足但是路燈按照時間設(shè)定依然處于關(guān)閉狀況。而采用光控方式，由于道路灰塵大，經(jīng)常會將光敏元器件給損壞，導(dǎo)致路燈控制不正常。還有就是路燈出現(xiàn)損壞的情況，只能依靠工人巡查或者出現(xiàn)投訴才能發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的維護非常麻煩。管理者決定采用在線式路燈監(jiān)控系統(tǒng)對整個城市的路燈實施監(jiān)管。
在線式路燈監(jiān)控系統(tǒng)就是監(jiān)控中心能夠?qū)崟r在線的對全城的路燈進行監(jiān)控管理，由于路燈是遍及全城的所有道路以及各個角落，采用光纖或者銅線作為傳輸線路基本上不可行。3G網(wǎng)絡(luò)具有全覆蓋無死角，通信穩(wěn)定的特點，隨著手機3G網(wǎng)絡(luò)的普及，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)越來越方便，流量費用也越來越低，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)成為趨勢。管理者決定采用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，但是單純采用GPRS網(wǎng)絡(luò)則由于路燈數(shù)量眾多，全部用GPRS DTU模塊實施控制的話，不但前期成本高昂（每個路燈要配置一臺GPRS DTU模塊，所需數(shù)量巨大），后期的維護成本（主要是由SIM卡產(chǎn)生的月租費用以及流量費用）也是個不小的負(fù)擔(dān)。
通過多方面的綜合評估，施工方?jīng)Q定采用有線+無線相結(jié)合的傳輸方式進行數(shù)據(jù)通信，即在本地組建小型控制網(wǎng)絡(luò)控制多個路燈的開關(guān)，再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心連接通信。在此采用的是RS-485總線作為控制網(wǎng)絡(luò)通信線路。施工方采用深圳市國科偉業(yè)通信技術(shù)有限公司的NG-316 GPRS DTU模塊以及NS-1012-8DO型開關(guān)量輸出模塊作為路燈監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)備。在此我們詳細(xì)描述一下現(xiàn)場的小型控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，關(guān)于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸部分我們在其他案例中做詳細(xì)闡述。
NS-1012-8DO模塊提供開關(guān)量轉(zhuǎn)485功能，向下提供八路開關(guān)輸出接口以及四路開關(guān)量輸入接口，開關(guān)量輸出接口用于控制路燈的開關(guān)，開關(guān)量輸入接口用于采集路燈以及相應(yīng)設(shè)備的運行狀態(tài)。向上提供一個RS-485接口，該模塊支持Modbus RTU協(xié)議，可以自行設(shè)置地址碼，可以多個模塊級聯(lián)在同一個RS-485總線網(wǎng)絡(luò)中通信。NG-316模塊則向下提供一個RS-485通信接口，其與多個NS-1012-8DO型模塊通過RS-485總線相連，向上與GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，并通過其與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的主機相連。
相對于工業(yè)現(xiàn)場控制要求精確至毫秒級別的時效性，路燈控制只要在數(shù)分鐘之內(nèi)得到響應(yīng)就不會影響系統(tǒng)的運行。由于本地的控制網(wǎng)絡(luò)采用RS-485總線通信，一般都是采用輪詢方式對各個開關(guān)量輸出模塊實施控制。即監(jiān)控中心服務(wù)器開啟一個線程與某個GPRS DTU模塊進行TCP連接，基于Modbus RTU協(xié)議向與該DTU模塊連接的某個地址碼的NS-1012-8DO模塊下發(fā)指令，控制其開關(guān)使得與之連接的路燈開關(guān)，當(dāng)確認(rèn)路燈按照指令動作之后，再向下一個地址碼的模塊下發(fā)指令控制其做相應(yīng)的動作。依次循環(huán)將該控制網(wǎng)絡(luò)中的路燈全部打開，由于服務(wù)器計算能力強，可以同時開啟多個線程同時與多個DTU模塊通信，基本上可以在幾分鐘之內(nèi)將所有路燈按照指令做相應(yīng)的動作。
采用無線+有線相組合的方式，既方便了現(xiàn)場布線（只需要建設(shè)一定數(shù)量的小型RS-485總線網(wǎng)絡(luò)），又節(jié)省了后期費用（GPRS DTU模塊數(shù)量減少了幾個數(shù)量級，由此需要的手機卡也少了幾個數(shù)量級，從而系統(tǒng)支付的流量費以及月租費也就成倍的降低）。
