18 марта 2017
Управление освещением для страны, города, района, улицы или осветительного прибора. Управление осуществляется как в реальном времени, так и по расписанию. Отображение показателей энергопотребления и мощности освещения. Разработка прошивки для устройств управления электроприборами.
Уличное освещение — неотъемлемая часть городской инфраструктуры. Освещение должно быть экономичным, обеспечивать безопасность граждан, иметь систему самодиагностики вышедших из строя приборов. Зачастую необходимо, чтобы определенные группы светильников работали в особом режиме, освещая наиболее важные точки: пешеходные переходы, перекрестки и т.д. Ручное управление уличным освещением не позволяет эффективно достичь целей, стоящих перед муниципалитетом.
Современные светодиодные лампы, микроконтроллеры с модулем Wi-Fi и «Интернет вещей» позволяют решить перечисленные задачи и обеспечить высокий уровень автоматизации, сократить сложность монтажа и поддержки инфраструктуры, повысить точность управления приборами.
Разработанная система управления городским освещением состоит из следующих компонентов.
Каждый осветительный столб оснащен блоком управления на базе микроконтроллера ESP8266. Микроконтроллеры образуют между собой беспроводную ячеистую сеть, которая позволяет устройствам взаимодействовать друг с другом по принципу одноранговой сети без единой точки доступа. Каждое устройство подключается к нескольким другим, находящимся в зоне действия. Маршрутизация от одного устройства к другому осуществляется через промежуточные устройства. При выходе одного из них из строя маршрутизация автоматически адаптируется под изменившуюся топологию сети. Ячеистая сеть может быть использована как в локальной сети, так и для обеспечения доступа в Интернет через один или несколько шлюзов. В системе управления городским освещением ячеистая сеть позволяет не протягивать коммуникации между столбами освещения. На базе микроконтроллера ESP8266 разработан блок управления электросчетчиком, обеспечивающий измерение мощности и расхода электроэнергии, а также управление контактором. Блоки управления взаимодействуют с центральным сервером через Интернет.
Каждый блок управления получает команды от центрального сервера и периодически отправляет телеметрические данные: температура лампы, текущий ток в лампе, мощность нагрузки на счетчик и т.п. При временном отсутствии связи с сервером данные сохраняются в энергонезависимой памяти устройства и доставляются при восстановлении связи.
Центральный сервер обеспечивает сбор диагностических и телеметрических данных с блоков управления, а также оповещает блоки управления об изменении конфигурации устройства. Конфигурация устройства включает текущий уровень освещения и расписание изменения освещения. Конфигурация сохранятся в энергонезависимой памяти устройств, что позволяет применять расписание автономно при временном обрыве связи с центральным сервером.
Показания энергопотребления, мощности, тока и прочие характеристики периодически отправляются приборами на центральный сервер, где они обрабатываются и сохраняются в Elasticsearch. На основе собранных показаний строятся различные отчеты.
Помимо телеметрических данных устройства периодически отправляют на центральный сервер информацию о своей доступности. Благодаря этому система имеет функцию выявления проблемных участков, которые долгое время не выходят на связь.
На основе анализа показателей функционирования устройств и информации об их доступности центральный сервер генерирует оповещения тревоги для лиц, ответственных за тот или иной участок, что позволяет оперативно реагировать на аварийные ситуации.
Приборы освещения и электросчетчики отображаются в виде дерева и сгруппированы по улице, району, городу, что упрощает навигацию при поиске нужного прибора.
Для отображения приборов на карте используется картографический сервис OpenStreetMap. Все устройства привязаны к географическим координатам, что позволяет наглядно определить их расположение.
Для удобства навигации предусмотрена фильтрация устройств по состоянию онлайн/офлайн, по наличию сбоя в функционировании устройства, по уровню освещения для ламп.
Управление устройствами включает в себя управление освещением как в реальном времени, так и позволяет задавать расписание изменения уровня освещения. А благодаря группировке можно управлять уровнем освещения всей улицы, задать расписание освещения для целого района или города.
Помимо оперативного управления функционал оператора включает возможность массовой загрузки информации о локациях и устройствах, печати QR-кодов локаций для монтажников.
Благодаря инструменту Elasticsearch осуществляется гибкая выборка по разным критериям, группировка и агрегация показателей, собранных с электросчетчиков. Это позволяет просматривать показатели энергопотребления и мощности освещения как в реальном времени с различной степенью детализации, так и строить отчеты за прошедшие периоды с фильтрацией по приборам.
Установкой и заменой сбойных устройств занимаются полевые инженеры. Они имеют специальную роль в веб-интерфейсе, адаптированном под мобильные телефоны. Задача полевого инженера — привязка устройства к определенной локации во время его установки. Для этого используется сканирование QR-кода устройства и QR-кода локации с помощью встроенной камеры мобильного телефона. Таким образом, устройство может быть отображено на карте без необходимости встраивать в каждый блок управления дорогостоящий и энергоемкий GPS-модуль.
Во время проектирования системы заказчик выбрал Kaa в качестве IoT-middleware. Решение выглядит солидным, обладает обширной документацией, имеет открытый исходный код. Однако на практике продукт оказался несколько сырым, документация была местами не актуальной, а взаимодействие через API — усложненным. Команда проекта столкнулась с этими сложностями, благо удалось найти оперативную поддержку на форуме разработчиков.
Интересным сочетанием было использование технологии ASP.NET MVC и хостинга Ubuntu на DigitalOcean. На момент разработки кросс-платформенная версия с открытым исходным кодом ASP.NET Core находилась на стадии RC1, что также «подливало масла в огонь». Однако веб-приложение не нуждается в большом количестве разнообразного API, что позволило избежать серьезных проблем, связанных с недоработками ASP.NET Core RC1.
Для автоматизации развертывания системы использован Docker, что в перспективе позволяет масштабировать разные подсистемы независимо.
2002–2024