基本信息
- 项目名称：
- 基于ZigBee的太阳能路灯监控装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 太阳能路灯和常规的路灯不同，各灯之间是相互独立的，没有线路连接，因此，难于用常规的方法对太阳能路灯的工作状况进行有效的监控。而另一方面，为了保证其正常工作，又需要对其工作状况进行监控。利用先进的ZigBee技术可以实现低成本、高可靠、功能强的分布式监控系统，本项目就是利用ZigBee技术组建无线网络实现一条线路中太阳能路灯工作状态的全方位的监控，然后再利用GPRS技术通过因特网将每条线路路灯的工作状态传送到监控中心，实现对整个地区乃至整座城市所有太阳能路灯的集中监控。
- 详细介绍：
- 随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓是无处不在。太阳能作为一种"取之不尽，用之不竭"的安全、环保新能源越来越受到重视，在人类追求新能源的同时，太阳能照明产品随着太阳能热水器普及之后应运而生。 国内太阳能路灯的研制已经达到了成熟阶段，北京远方动力、南方阳光、扬州博瑞等各种大小型生产厂家看到了随之而来的市场和利益如同雨后春笋般迅速成长了起来。 随着太阳能路灯的广泛运用，随之而来的一个问题开始困扰了太阳能路灯的施工部门和维修部门。由于产品的制作误差或环境的影响，太阳能路灯也有偶尔故障的时候，但是每个太阳能路灯都是独立的、分散的个体，也没有人会一直照看着每一个路灯，有些路灯出故障后相关部门根本不能得知，这种情况下，这些坏的路灯会一直坏下去，严重影响了交通安全和城市的美化。 为了对太阳能路灯的工作状态进行有效监控，可以在路灯下加检测电缆，将路灯组成一个监控网，但是这样首先要铺设电缆，进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，这样的施工量不亚于铺设一组市电照明电路了。会使其结构过于复杂,成本高而不实用。 于是，开发安装方便、成本适中的太阳能路灯的监控系统得到了越来越多的重视和期待，我们提出的项目就是利用ZigBee无线技术与GPRS技术的结合解决太阳能路灯复杂的监控问题。相比之下，无线监控系统安装方便，成本相对较低。只需在每个独立的路灯上增加一个体积很小的ZigBee无线模块就可以组成无线网络监控着每一盏路灯的使用情况，解决了太阳能路灯的故障监测，路灯的亮、灭控制和照明时间的调整控制等难题。 太阳能路灯被越来越普遍地推广，其监控系统也必须有相应的配套，以保证其正常运行。所以研制太阳能路灯zigbee无线监控产品，有着广阔的应用前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品是利用ZigBee技术实现太阳能路灯工作状态的全面监测和控制，以保证其正常工作的。该方案是在各太阳能路灯上安装ZigBee节点模块，利用ZigBee技术的网络通信能力实现工作数据的采集和传输，对太阳能路灯工作的若干参数进行检测和控制，其主要技术关键和特点如下： 1、绝大部分采用先进的SOC（片上系统）实现，以最大限度地缩小体积、降低成本、提高可靠性； 2、设计可靠、简单的路由算法和数据融合方法； 3、软件采用混合语言编制程序，减小代码长度、提高可靠性，降低对MCU性能的需求。 4、除用于太阳能路灯监控外，还可用于石油输送管道等的监控。 本项目开发了包括能检测太阳能路灯正常照明与否、太阳能电池电压正常与否，蓄电池电压正常与否、能自动组网联网控制的子模块以及总控中心模块。本项目攻关的技术关键是若干节点的自动组网和数据融合算法，目标是研制出监控子节点和中心控制模块、监控中心的监控软件等。 其主要经济技术指标如下： 1、符合zigbee协议的协调器和路由器，实现自动组网和联网控制； 2、低成本。子模块仅三百元左右； 3、开发出模块化的、具有自主知识产权的通信软件； 4、设计实现网络连接的路由算法； 5、每个节点可以监测的模拟量：太阳能电池电压，蓄电池电压，路灯工作电流； 6、可以实现的控制：路灯的开、关，亮度调节。
科学性、先进性
- ZigBee技术是最新的短距离无线网络技术，由于其成本低、工作可靠、安全性高，有着十分广泛的应用，在短距离无线网络方面具有突出的优势，将该技术应用于太阳能路灯的集中监控可以很好地解决各太阳能路灯之间的数据传输和集中。再结合GPRS技术实现更大范围内、多条线路的集中监控，可以有效地解决太阳能路灯工作的可靠性，提高其使用效率。同时由于ZigBee技术的无线发射功率低，使用免申请的ISM频段，电磁干扰极小，不会对其它通信系统带来影响，本项目中采用TI公司生产的ZigBee收发器，功能强、体积小，包含了AD转换器、串行接口等，以最低的成本实现ZigBee监控节点。远距离的通信利用了GPRS技术，使用成本低、覆盖范围广。综上所述,利用ZigBee技术与GPRS技术的结合实现较广阔范围内太阳能路灯的集中监控问题,具有先进性和实用性。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年6月获湖北省第七届“挑战杯·青春在WO”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
作品所处阶段
- 试制已完成，即将投入实用。
技术转让方式
- 技术合作。
作品可展示的形式
- 实物展品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 利用低功耗，低成本的ZigBee技术实现太阳能路灯的工作状态监控具有以下优点： （1）省电：两节五号电池可使用长达五年到八年左右的时间。再加上路灯本来具有太阳能供电设备，所以能源的供应和消耗在zigbee技术上不是问题。 （2）可靠：采用了碰撞避免机制。Zigbee技术采用了CSMA-CA技术，避免了无线数据的碰撞，提高了数据传输的可靠性。 （3）成本低：其他的监控产品价格可能是zigbee模块的好几倍甚至十几倍。 （5）安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，各种应用可以灵活确定其安全属性。 本作品成功地利用ZigBee技术的无线网络功能实现对太阳能路灯工作状态的监测和控制，解决了太阳能路灯的故障监测，路灯的亮、灭控制和照明时间的调整控制等难题，技术先进，功耗低，成本低，性能好，安全可靠，对于促进太阳能路灯的广泛应用，节约能源有十分重要的作用，具有较大的应用价值和经济效益，市场需求较大，每年至少可创几百万元的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前，国外的路灯无线监控技术已经成熟，他们的产品不仅仅可以监控路灯的好与坏，甚至可以做电池保护、调光，和联网联控，并且他们的产品已经得到了十分广泛的应用。但是在国内这方面的产品甚少，有些监控产品也是利用视频技术或纯粹的GPRS技术去监控，这样需要花费巨大的成本，失去了使用太阳能路灯本质的意义。 另一方面,作为一种新型的短距离无线网络技术的ZigBee技术及其应用研究方兴未艾，出现了利用ZigBee实现家用三表的远程抄表方案，应用于工业数据采集、无线传感器网络、分布式温度监测、家庭自动化等各种应用，但将ZigBee技术应用于太阳能路灯监控的还未见报道。
