ZWS行業(yè)應(yīng)用-照明管理系統(tǒng)方案

為實(shí)現(xiàn)照明智能化，節(jié)能且便捷的管理燈具，基于ZigBee模塊和ZWS云平臺(tái)，致遠(yuǎn)電子提供了一款軟硬件結(jié)合的照明系統(tǒng)解決方案，實(shí)現(xiàn)對照明燈具的遠(yuǎn)程控制和管理。

ZWS云平臺(tái)，全稱為：ZLG Web Service云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通用的物聯(lián)網(wǎng)云端平臺(tái)型服務(wù)系統(tǒng)，支持多種通信協(xié)議設(shè)備的接入管理，包括ZigBee、LoRaWAN、OPC UA、CAN、Modbus等協(xié)議，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理設(shè)備、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)分析、告警觸發(fā)、數(shù)據(jù)推送等功能。

而照明管理系統(tǒng)是基于ZWS云平臺(tái)衍生出來的專門管控照明設(shè)備的行業(yè)應(yīng)用，具有以下功能特點(diǎn)：

• 實(shí)時(shí)獲取燈具狀態(tài)信息；
• 準(zhǔn)確獲取并統(tǒng)計(jì)燈具的能耗信息；
• ?遠(yuǎn)程控制單個(gè)燈具、分組燈具；
• 設(shè)置定時(shí)任務(wù)（定時(shí)開關(guān)燈、定時(shí)調(diào)光等）；
• 當(dāng)燈具出現(xiàn)欠壓、過壓、欠流等故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間發(fā)出告警通知。

照明管理系統(tǒng)通過無線ZigBee以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對照明燈的遠(yuǎn)程監(jiān)測和維護(hù)，提高燈具管理效率，降低運(yùn)維成本，是照明行業(yè)的典型應(yīng)用。

一、照明智能化的需求

在快速發(fā)展的現(xiàn)代，使用照明的場所越來越廣，小到家中的臺(tái)燈，大到市政路燈、工業(yè)照明、港口照明等。但隨著燈具數(shù)量的增多，燈的環(huán)境惡劣、安裝位置高等客觀原因，給維修和日?；芾頍艟咭苍黾恿瞬簧匐y度。此外，照明節(jié)能環(huán)保也是一個(gè)必須解決的問題。

傳統(tǒng)照明方案存在的問題：1、管理問題：不能遠(yuǎn)程控制燈具，不能靈活分組管理。2、監(jiān)測問題：無法及時(shí)獲取燈具狀態(tài)和能耗信息，且依靠人工巡檢、市民報(bào)修等手段去排查故障，效率低下。3、節(jié)能問題：不能設(shè)定時(shí)間定時(shí)自動(dòng)調(diào)光或關(guān)燈，在凌晨時(shí)段或可調(diào)暗時(shí)刻，仍全部開啟燈具，造成用電浪費(fèi)。為了解決這些問題，使照明燈更加智能化，致遠(yuǎn)提供了一個(gè)軟硬件結(jié)合的照明系統(tǒng)解決方案。

二、照明系統(tǒng)方案的整體設(shè)計(jì)

照明管理系統(tǒng)方案包含通信硬件和應(yīng)用軟件兩部分，如圖1。

圖1 照明管理系統(tǒng)方案

綜合考慮燈具的分布距離以及使用數(shù)量等特性，系統(tǒng)的硬件部分選用了ZigBee協(xié)議的通信方案。ZigBee協(xié)議具有低功耗、近距離、網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)勢，適用于照明場合的無線方式。

圖2 ZigBee協(xié)議優(yōu)勢

而網(wǎng)關(guān)和云端的通信采用的是MQTT協(xié)議，MQTT是一種輕量級(jí)的消息傳輸協(xié)議，基于發(fā)布/訂閱模式，可在網(wǎng)絡(luò)受限設(shè)備、低寬帶以及高延遲的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行穩(wěn)定傳輸。

圖3 MQTT消息傳輸

三、通信硬件

照明管理系統(tǒng)的通信硬件采用了致遠(yuǎn)自主研發(fā)的ZigBee網(wǎng)關(guān)GZ32M-I-Pro和ZM32節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)，ZM32節(jié)點(diǎn)將燈具的數(shù)據(jù)透傳給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再通過wifi/4G/以太網(wǎng)的方式將數(shù)據(jù)傳送到云端。

GZ32M-I-Pro是基于ZM32透傳模塊開發(fā)的ZigBee網(wǎng)關(guān)，支持 WIFI、4G、雙口以太網(wǎng)數(shù)據(jù)回傳鏈路，支持自動(dòng)切換網(wǎng)卡功能。還提供本地Web界面配置，可配置網(wǎng)絡(luò)號(hào)、信道號(hào)等參數(shù)以及上云配置。

圖4 ZigBee網(wǎng)關(guān)配置

ZM32節(jié)點(diǎn)體積小、功耗低、可嵌入到燈具內(nèi)，且100秒內(nèi)可完成節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)，是燈具智能化的首選。

圖5 ZM32節(jié)點(diǎn)

四、應(yīng)用平臺(tái)

照明管理平臺(tái)是基于ZWS云平臺(tái)開發(fā)的行業(yè)應(yīng)用，針對性的解決傳統(tǒng)照明在管理、監(jiān)測和節(jié)能上的弊端，具備的功能特點(diǎn)：

• 支持能耗統(tǒng)計(jì)，可查看單燈的能耗信息；
• 支持跨網(wǎng)關(guān)分組，可分組、分區(qū)監(jiān)測和控制； 支持設(shè)置定時(shí)任務(wù)，定時(shí)開關(guān)燈，節(jié)能減排；
• 支持一鍵開關(guān)燈，快速處理應(yīng)急情況；
• 支持故障告警，第一時(shí)間通知告警信息。

是一個(gè)專門為管理照明行業(yè)各類燈（工業(yè)燈、場館燈等）而設(shè)計(jì)的典型行業(yè)應(yīng)用，用戶只需簡單配置，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)燈、調(diào)光、一鍵控制、定時(shí)場景及跨網(wǎng)關(guān)分組控制燈等管理。

五、燈具如何接入照明管理平臺(tái)？

首先，在線下配置好ZigBee網(wǎng)關(guān)，并將燈具加入自組網(wǎng)中，使它們能相互通信。然后登錄照明管理平臺(tái)，在控制平臺(tái)上，添加網(wǎng)關(guān)、燈具，當(dāng)燈具在線狀態(tài)為綠色說明燈具在線，就可以正常與云端進(jìn)行通信了。

圖6 燈具接入

六、接入燈具后，要如何管理控制？

照明場景中，大多都是對一片區(qū)域的燈進(jìn)行控制，因此燈具分組很重要。為了能更好的管控?zé)艟?，第一步是要對燈具進(jìn)行分組（可以基于網(wǎng)關(guān)分組，也可以跨網(wǎng)關(guān)進(jìn)行分組）。

圖7 分組設(shè)置

完成分組后，可從分組、網(wǎng)關(guān)的角度去查看燈的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及能耗信息，還可以一鍵控制多個(gè)燈具。

圖8 查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

為了能監(jiān)測燈具的故障，可以設(shè)置燈具告警閾值，當(dāng)燈具發(fā)生故障觸發(fā)閾值時(shí)，云端會(huì)實(shí)時(shí)推送欠壓、過壓等告警信息，用戶能第一時(shí)間了解故障狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行處理。

圖9 故障告警

還可以根據(jù)時(shí)間周期（每日、每周、每月）預(yù)設(shè)定時(shí)開關(guān)燈、定時(shí)調(diào)光等定時(shí)任務(wù)，減少人工控制的頻次，解放用戶雙手。定時(shí)任務(wù)的執(zhí)行方式，用戶可以選擇由云端執(zhí)行，或者將定時(shí)任務(wù)下發(fā)給燈具，由燈具自動(dòng)執(zhí)行。

圖10 定時(shí)任務(wù)