基于GPRS和PLC的遠程路燈監控系統設計
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GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù))是一種基于第二代移動(dòng)通信系統GSM的無(wú)線(xiàn)分組交換技術(shù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS的傳輸速率最高可達171．2 kbps，實(shí)際應用中的平均速率也高達53．6kbps。GPRS為移動(dòng)用戶(hù)和數據網(wǎng)絡(luò )之間提供連接，為移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)接口和X．25服務(wù)。GPRS采用數據分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同一無(wú)線(xiàn)信道又可以有多個(gè)用戶(hù)共享，因而資源被有效利用。用戶(hù)永遠在線(xiàn)，按流量計費，降低了服務(wù)成本。
利用GPRS進(jìn)行數據傳輸具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
①接入范圍廣。GPRS是在現有的GSM網(wǎng)上升級，可充分利用全國范圍的電信網(wǎng)絡(luò )，可以方便、快速、低成本地為用戶(hù)數據終端提供遠程接入網(wǎng)絡(luò )的部署。
②傳輸速率高。理論值最高可達171．2 kbps，是當前GSM網(wǎng)絡(luò )中電路數據交換業(yè)務(wù)速度的十幾倍。下一代GPRS業(yè)務(wù)的速度甚至可以達到384 kbps，完全可以滿(mǎn)足用戶(hù)應用需求。
③登陸快捷。GPRS接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均耗時(shí)為2 s。
④永遠在線(xiàn)，提供實(shí)時(shí)在線(xiàn)功能?！皩?shí)時(shí)在線(xiàn)”或“永遠在線(xiàn)”即用戶(hù)隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò )保持聯(lián)系。即使沒(méi)有數據傳送，終端也一直與網(wǎng)絡(luò )保持聯(lián)系，這將使訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)變得非常簡(jiǎn)單、快速。
⑤按流量計費。用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數據期間才占用無(wú)線(xiàn)資源，按照用戶(hù)接收和發(fā)送數據包的數量計費。沒(méi)有數據流量時(shí)，用戶(hù)即使掛在網(wǎng)上也不收費。
⑥切換自如。用戶(hù)在進(jìn)行數據傳送時(shí)，不影響語(yǔ)音信號接收。數據業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的切換有自動(dòng)和手動(dòng)2種方式，具體形式依據不同終端而定。
2 系統總體結構
按照路燈遠程測控系統的設計要求和要實(shí)現的功能，將系統大體分為中央控制室、集中控制器和路燈控制器3層網(wǎng)絡(luò )結構。系統的總體結構如圖1所示。
第1層中央控制室是l臺PC服務(wù)器，負責整個(gè)城市路燈的監控；第2層集中控制器負責一條街上全部路燈的控制；第3層路燈控制器負責同一燈桿上的所有燈具。其中，l層與2層之間使用了GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)，這兩層之間距離遠，雖然通信成本較高但通信成員少。2層與3層應用了窄帶電力線(xiàn)載波通信技術(shù)，利用現有的電力線(xiàn)傳輸信號，不用另外鋪設線(xiàn)纜，幾乎沒(méi)有運行成本，特別適合通信對象多的情況。
另外，本設計還具有電量計量等功能，由電壓互感器和電流互感器對各路段路燈的電力參數進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集到的數據進(jìn)行分析和存儲，或者通過(guò)監控中心的巡檢把現場(chǎng)各路段工作參數(包括電壓電流開(kāi)關(guān)量等)傳回監控中心。監測終端能自動(dòng)檢測到跳閘、斷路、電壓異常、供電故障、開(kāi)關(guān)燈控制異常等突發(fā)事件，并及時(shí)將告警數據上傳監控中心，以供監控中心值班人員及時(shí)了解情況做出處理。GPRS通信網(wǎng)絡(luò )是監控中心與無(wú)線(xiàn)數據采集監測終端的數據傳輸通道，選用固定IP地址方式通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )將所采集到的工作參數主動(dòng)、及時(shí)地上傳到監控中心。
3 系統硬件設計
3．1 GPRS發(fā)送模塊電路設計
GPRS模塊主要實(shí)現無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的功能。市場(chǎng)上有一些成熟的產(chǎn)品，譬如說(shuō)Sony／Eircsson公司的M47c、Simens公司的MC35等。這里選用Cello公司的CMS91，它是一種雙頻段GSM／GPRSlO級模塊，主要優(yōu)點(diǎn)有低功耗、接口簡(jiǎn)單、AT指令功能完善、可支持GPRS CLASS10、開(kāi)發(fā)多媒體應用、價(jià)格較低等。同時(shí)，它也提供SMS(短消息服務(wù))和語(yǔ)音功能。GPRS模塊提供RS232接口，可以通過(guò)它來(lái)完成對模塊的控制，譬如撥號和切換模式等。一旦通過(guò)模塊連接上Internet，采集到的數據就可以用TCP／IP傳輸方式發(fā)送到任意一臺具有公網(wǎng)IP地址的主機上去，從而實(shí)現采集數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。圖2給出了由CMS91構成的GPRS發(fā)送模塊的電路原理圖。
在該設計中，CMS91模塊相當于1個(gè)無(wú)線(xiàn)調制解調器用戶(hù)的應用系統，需要通過(guò)PPP(LCP／PAP／IPCP)先和運營(yíng)商的Internet接入服務(wù)器連接，然后才能應用TCP／IP／UDP或者更高一層的應用層程序(如HTTP、FTP等)進(jìn)行通信。該模塊已經(jīng)集成了1個(gè)天線(xiàn)接收機模塊，實(shí)際使用時(shí)需接入SIM卡插座。GPRS終端是通過(guò)RS232接口與設備進(jìn)行通信的，利用電平轉換芯片MAX232實(shí)現了微處理器的TTL電平與RS232電平的轉換。MAX232能滿(mǎn)足TIA／EIA-232-F和1TU v．28標準的要求，其工作電源電壓為3～5．5 V，有1個(gè)驅動(dòng)器和1個(gè)接收器，數據速率最高可達250 kbps，該芯片具有靜電保護功能和自動(dòng)掉線(xiàn)的特點(diǎn)。
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