1 节能环保给无线通讯系统提出了新的挑战
实践证明传统的无线通讯系统因通讯误码率高，通讯距离有限，通讯的可靠性很难保证。更重要的是从节能环保角度看，由于它需要电源引线故只是一种没有与太阳能供电技术结合起来的无线信号系，从而无法真正发挥其无线的优势。
面对此挑战，那如何应对解决面临的问题呐？其一是需应用太阳能供电技术，不再用市电供电，使其更节能更环保；其二是应将无线通讯技术和太阳能供电技术相结合，实现了系统的分布式控制，系统各分机之间不再需要任何电缆连接，从而省去了埋管、布线等一系列工程成本，使信号控制系统的总体成本大大降低，真正做到了省时、省力、省钱。为此可在数种方案中选定了以成熟的分布式无线信号控制系统，以实现无电缆连接设计方案。也就是说该太阳能无线信号控制系统可实现无线通讯的自组织、自检测、自恢复功能，并实现了太阳能供电系统的充放电控制和保护功能，达到了系统无线分布式高可靠控制的设计目标。值此本文将就这一太阳能供电与无线通讯技术结合新趋势的特征与应用作分析研讨。
首先需说明为什么采用分布式太阳能全无线对射的基本架构？其优势是什么？其一是可减少安装工程量。由于采用全无线工作方式，不用挖沟、铺管、布线，施工更方便，特别是在复杂的布线环境中或已做好路面的条件下，太阳能全无线对射更显优势。若以一个工程要安装50对对射为例，安装传统有线对射的话，因为要连接大量的线缆，必须先要挖钩、铺管和布线，然后再安装对射，整个工程下来需要较多人工和较长工期。而若安装太阳能全无线对射，两个人安装的话一两天即可完工，省时省材。其二是方便维护。太阳能全无线对射在主机的显示中每对都拥有唯一的地址代码，某对对射发生故障或报警都会在主机上有相应提示，比如008这对对射电池低电，就会在主机显示屏上显示“008低电”，所以对于故障对射的维护很方便。传统的有线对射不仅要检查对射本身是否有异常，还要排查电缆线路方面的问题，维护起来相当烦琐。其三是防止全系统遭受雷击。因为对射装于室外，所以在夏季遭受雷击的可能性比较大。太阳能全无线对射无金属线连接，即使单个太阳能全无线对射遭受雷击也只是单个损坏，不会影响整个无线防盗系统。其四是节能环保。节能环保一直是国家政府所提倡的，安防工程采用太阳能全无线对射既节省线缆的使用，同时无需消耗电能，是真正的绿色环保技术及产品。据此将太阳能供电与无线通讯技术结合系统称之谓太阳能无线信号系统。
2 太阳能无线信号系统构建
2.1 系统方案
2.1.1 系统架构
全系统由分布于四个方向的信号控制设备和太阳能电源设备组成，四个方向分别由一个无线信号主机和三个从机控制（从机数目可应实际路口情况选择）。主机方向设备由为太阳能电源设备、主机和控制箱、太阳能信号灯；从机方向设备为太阳能电源设备、从机、太阳能信号灯。其系统架构见图1所示。
2.1.2 GPRS无线通信网络技术应用
传统的工业无线通信往往面临新的挑战,那就是：为分布各地的设备如何联网而烦恼；为延绵数公里的通信线缆如何铺设而费神；为如何与移动的设备通信而苦恼以及改变现有的通信方式而又无需大动干戈等均成为一难题。而如今的基于GPRS网络技术与嵌入式设备或模块的远程监控技术带来了的机遇可应对上述挑战。
因通过GPRS无线网络技术，可实现现场信号的实时无线传输，用户可通过因特网，访问GPRS服务器，随时查看现场数据。GPRS是通用分组无线业务，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务。GPRS理论带宽可达171，2kb/s，实际应用带宽约?0-70kb/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可用于Internet连接、数据传输等应用。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达171，2kb/s。这项技术可使我国在线分析的应用水平提高一个台阶，为生产装置创造更大的经济效益。[page]
2.2 主从分布式体系结构
本系统进行了多项设计， 全系统采用主从分布式体系结构。该一主多从，从机数目在0-3之间任选。主机和从机分别控制不同方向上的多组信号灯。各分机采用太阳能独立供电，主从机间采用GPRS/CDMA无线网络技术控制，各分机之间不再需要任何电缆连接，大大节省工程费用。 系统采用太阳能分布式供电技术。太阳能供电分系统实现了太阳能电池板、蓄电池和负载之间的充放电控制功能，具备欠压保护、过充电保护、滞回启动、滞回充电等控制功能。有效延长蓄电池寿命，提升可靠性。由于采用太阳能供电，不再需要市电供电，系统既节能又环保。
需要说明的是太阳能电源之所以也采用分布式太阳能光伏发电供电技术。主要是利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统，它一般接入低于35千伏或更低电压等级的电网。分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。而它主要有以下特点：一是输出功率相对较小。传统的集中式电站动辄几十万千瓦，甚至几百万千瓦，规模化的应用提高了其经济性。光伏发电的模块化设计，决定了其规模可大可小，可根据场地的要求调整光伏系统的容量。二是污染小，环保效益突出。分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。
由于主从机之间的GPRS/CDMA无线网络技术控制, 则通过高可靠、高抗干扰和自重置功能的无线通讯组件结合完善的通讯协议有效实现了系统无线控制。 系统无线通讯协议采用方案发送应答式结合周期巡检的方法，同时具备多种通讯故障诊断纠错能力，包括：报文出错重发、看门狗限时重置、报文头尾自恢复设计、系统限时重置等自我诊断恢复设计，能有效屏蔽雷击、无线电等外来信号干扰。故该系统具备自组织、自检测、自恢复功能。当主机或从机出现断电、通讯故障、控制故障等情况时，系统能自动进入黄闪状态，当太阳能供电恢复或故障排除后，系统能自动恢复正常运行状态。 全系统采用节电设计，主从机启动后即进入省电模式，信号灯亦采用节能LED设计。
2.3 太阳能无线信号系统软硬件
2.3.1 太阳能电源系统构建
太阳能供电系统设计主要考虑以下设计要素：电源负载的最大功率；蓄电池的阴天最大放电时间；太阳能电池板对蓄电池满充电的最大充电时间；当地的平均日照时间；当地的纬度；太阳能电源控制电路必须具备滞回启动和滞回充电功能。
2.3.2 系统主机硬件与软件的构建
太阳能无线信号系统主机与嵌入式GPRS无线数传模块的应用。
太阳能无线信号系统主机选用单片机为主控芯。而嵌入式GPRS无线数传模块的应用  选用ZWG—23DP/ZWG—23DPS为其典例。ZWG-23DP是一款嵌入式GPRS无线数传模块，它具有小巧的体积和灵活的应用方式，可以非常方便的嵌入到用户的设备中，使您的设备具有GPRS无线通信功能。该模块同时提供配置串口和通信串口，使用便捷。ZWG-23DPS在ZWG-23DP的基础上增加I/O和AD功能，可实现远程控制。无线通讯模块 ISM频段，无需申请，发射功率50mW，通讯距离200米；面板显示和灯态输出 采用直流驱动技术实现；外围电路包括存储、时钟、键盘、串口、电源等。
主机软件
主机软件由主程序和四个中断程序构成：主程序完成系统初始化，LCD显示，看门狗服务，键盘处理，通讯处理。中断服务程序：串口收发中断程序、键盘中断程序、500ms定时中断程序、1秒钟中断服务程序。
系统从机
从机硬件也由单片机、无线通讯模块、灯驱动电路、看门狗芯片和电源组成。从机软件包括主程序和中断服务程序。主程序完成初始化、通讯控制、灯态控制、看门狗服务等。中断服务程序包括：串口中断服务程序和500ms定时中断。[page]
3 太阳能无线信号系统应用
应该说太阳能无线信号系统应用广泛。值此从太阳能无线照明控制系统与太阳能无线安全控制系统二个方面应用作说明。
3.1 应用于太阳能无线照明控制系统
3.1.1 应用于太阳能无线（遥控、遥信、遥测）功能的智能控制系统
遥控、遥信、遥测简称三遥。太阳能遥控、遥信、遥测功能的智能控制系统是介于监控中心与底层照明回路的重要枢纽。用于无人值守或无人化管理，三遥系统的全部信息通过操作系统软件、人机界面组成完整的系统，能方便地实现对路灯的控制，运行信息反馈。以Windows操作系统平台为基础，以数据库为核心，以路灯监控和管理应用软件包为工具，以GPPS/CDMA传输方式为远程数据通信网络，集监测、控制、管理、防盗功能为—体的分布型网络结构计算机监控和管理系统。实时数据库管理系统可快速响应，能很好地满足路灯系统实时性的要求。其系统构建见图2所示。
该系统主要功能为：其一是能分组自动和手动遥控，测量回路的电压、电流（加装电流互感器）、有功功率、功率因数等电量数据和开关量信息；其三是电流检测，开关信号输出，可分别控制全夜灯、半夜灯、景观灯、广告灯等各种不同灯型；其三是系统下放参数设置，可根据各地经纬度计算日出日落时间，自动设置开关灯时间，方便可靠；其四是具备无线单灯控制接口，而ZigBee模块扩展接口可监控到单灯。尤其是系统具备16路开关量检测接口，可以用作防盗检测、接触器触点与吸合检测等，并且有故障报警功能，包括巡测数据异常报警和监控设备防盗报警功能等，通过手机监控中心提示及查询打印。
3.1.2  应用于太阳能无线智能单灯（太阳能路灯）控制系统
系统是一套专门用于照明管理的太阳能无线控制系统，该采用新型无线传感器网络控制技术，无需布线，安装方便，自动维护，具有系统自动巡检功能，实现城市路灯订单式维修。系统通过实现对路灯的单灯控制，具有随意定时、分控、故障报警、调光等功能。以物联网ZigBee技术为基础，将ZigBee无线通信技术应用于单灯照明控制，是物联网技术在照明领城的创新性应用。该系统在无线通讯上除了应用GPRS无线网络外还有无线通讯ZigBee技术，为什么呐？ZigBee，IEEE 802.15.4协议的代名词，是一种短距离、低功耗的无线通信技术，具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等特点。ZigBee的应用领域主要包括无线照明系统与能源管理等广泛领域。而ZigBee能够在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，并且这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它的通信效率非常高。因而其技术与芯片可广泛应用于太阳能无线照明系统。图3所示为太阳能无线智能单灯控制系统构建框图。
关于单灯控制功能：开关灯控制，可对电流、电压、功率、功率因数作检测；具有0-10V调光信号输出接口与PWM调光信号输出接口；又具有保险丝检测，其功率消耗不大于1.5W；因基于ZigBee物联网传输技术，具有自组网和自动路由功能，安装维护方便，不需要额外铺设信号传输电缆。
3.2 应用太阳能无线安全控制系统
3.2.1 应用于太阳能无线电缆防盗系统
该系统由集中控制单元和信号发送单元组成，集中控制单元安装在太阳能路灯配电箱中，信号发送单元安装在回路末端等构成。其功能为：在夜间路灯上电和白天路灯断电情况下，当路灯线路发生被盗时，该装置均可检测到线缆出现异常，并及时将报警信号传送给控制中心，进行处理。其构建见图4所示。
3.2.2 太阳能无线控制交通信号灯系统
它包括设置在交通路口的交通信号灯组和无线交通信号控制机，所述交通信号灯组由设置在灯杆上的机动车交通信号灯、非机动车交通信号灯、倒计时器、人行条屏灯、太阳能电池板及电瓶、电瓶柜构成，所述无线交通信号控制机包括CPU板、显示面板、光电传感器、无线传输模块、天线；CPU板包括低功耗单片机、时钟电路、串行接口、显示器、按键接口和光感接口；显示面板包括模拟路口显示器、时钟显示器、状态指示电路和输入按键。该新型系统的优点在于实现无线传输多相位信号控制交通信号灯，通过无线模块将控制方案发送给各个方向的控制驱动板按照接收的控制方案控制交通信号灯工作。
3.2.3 看守所监狱专用太阳能供电型无线通信信号屏蔽系统
一种看守所监狱专用太阳能供电型无线通信信号屏蔽系统，其包括：一个或多个屏蔽器；用于通过屏蔽终端控制器向各个屏蔽器发出控制指令，或通过屏蔽终端控制器获取各个屏蔽器工作状态信息的管理模块；将太阳能转换为电能

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