基于GPRS通信方式的路燈監控器

　　引言

　　隨著(zhù)城市夜景照明設施的迅猛發(fā)展和人們生活品味的提高，對于城市的燈光設施建設提出了更高的要求。道路照明路燈，裝飾彩燈、燈光噴泉、彩燈草坪、大廈射燈等各種各樣的特色燈光構成了美麗的城市燈光夜景系統。但是，在這些美麗的燈光后面，我們的路燈管理部門(mén)擔負著(zhù)沉重的燈光設備維護管理工作。隨著(zhù)亮化工程腳步的進(jìn)一步加快，這種沉重的負擔已經(jīng)成為困擾路燈管理部門(mén)的難題。

　　為了解決這個(gè)難題，提出了開(kāi)發(fā)路燈監控管理系統，用于管理城市照明，目的是利用現代計算機技術(shù)，通訊技術(shù)對日益快速發(fā)展的城市道路照明路燈實(shí)現自動(dòng)化監控和智能化的科學(xué)管理，進(jìn)一步提高道路照明質(zhì)量，從而提高服務(wù)質(zhì)量；進(jìn)一步提高維護、檢修效率，從而保證城市整體亮燈率和設備完好率；進(jìn)一步降低能耗、減輕勞動(dòng)強度，從而避免無(wú)畏的電能和人力物力的浪費。

　　路燈監控管理信息系統

　　路燈監控管理信息系統是由通信服務(wù)器和若干路燈監控器組成，如圖1所示。



　　　　　　　　　　　　　　　圖1路燈監控管理信息系統

　　通信服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)可以連接多個(gè)查詢(xún)終端，通信服務(wù)器和若干路燈監控器采用ADSL與GPRS通訊方式。使用者可以在通信服務(wù)器上完成對整個(gè)城市內任一區域、任一路燈監控器的控制；可隨時(shí)向路燈監控器發(fā)出查詢(xún)指令，對各路燈監控器的運行狀態(tài)、電流、電壓、門(mén)開(kāi)狀態(tài)等數據進(jìn)行查詢(xún)。

　　路燈監控器硬件設計

　　路燈監控器在硬件電路設計上，根據其功能劃分，由六部分組成(見(jiàn)圖2)。



　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2 路燈監控器功能結構圖

　　電路圖如圖3所示。



　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 路燈監控器電路

　　時(shí)鐘存儲單元

　　時(shí)鐘芯片選擇了高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片－SD2000BPI 。該芯片具有內置晶振、I2C總線(xiàn)接口、定時(shí)中斷輸出 、高精度、免調校的特點(diǎn)。同時(shí)該時(shí)鐘芯片內部含有EEPROM，用于存儲開(kāi)關(guān)燈時(shí)間表等信息：
　　每組開(kāi)/關(guān)燈時(shí)間包括2個(gè)字節，每個(gè)字節由2位BCD碼組成，由高到低分別為時(shí)、分。

　　每組報警時(shí)間包括4個(gè)字節，每個(gè)字節由2位BCD碼組成，由高到低分別為年、月、日、時(shí)、分、秒。默認值為00H。

　　路燈監控器編號2個(gè)字節，可以表示00~65536數值。

路燈監控器的工作狀態(tài)包括：報警狀態(tài)(ZT0)、門(mén)開(kāi)狀態(tài)(ZT1)、手動(dòng)/三遙狀態(tài)(ZT2)、全夜燈狀態(tài)(ZT3)、半夜燈狀態(tài)(ZT4)、景觀(guān)燈狀態(tài)(ZT5)。用連續的7個(gè)字節表示。

　　監控器可以監測9路工作電流，利用二個(gè)存儲單元的9個(gè)存儲位，分別存儲被監測的電流的監測狀態(tài)。

　　電壓電流采集

　　電壓及電流采集部分采用山東力創(chuàng )的EDA9016模擬量測量模塊，它可以采集12路電壓輸入信號，測量信號的輸入范圍0～10V，測量精度0.2級，其輸出采用RS-485總線(xiàn)。

　　將欲監測的電壓、電流通過(guò)電壓互感器、電流互感器感應出0～10V的電壓，輸出給EDA9016的模擬量輸入端，EDA9016通過(guò)RS-485總線(xiàn)與監控器的單片機連接，路燈監控器可以按照EDA9016的通訊協(xié)議，采集各路的電壓及電流，通過(guò)通訊服務(wù)器的查詢(xún)命令發(fā)送給客戶(hù)端軟件，實(shí)現路燈工作參數的自動(dòng)監測，對電壓欠壓、電壓過(guò)壓、欠流、過(guò)流及時(shí)作出報警。

　　串口擴展

　　由于CPU采用PHILIPS的P89C51RD+芯片，該CPU只有一個(gè)串口，在本設計中用于同GPRS模塊通信。而多功能表和EDA9033均采用RS-485接口，所以要利用CPU普通IO口模擬SPI接口與MAX3100通信，MAX3100的串口再和MAX485相連，從而產(chǎn)生EDA9033和多功能電表需要的RS-485接口。

　　GPRS模塊

　　GPRS?？焯峁㏑S-232接口與外界通信，透明傳輸模式，應用十分方便。在本設計中采用一片MAX232芯片，通過(guò)CPU和GPRS模塊進(jìn)行通信。

　　控制執行單元

　　控制執行部分采用三級管驅動(dòng)繼電器，繼電器控制交流接觸器的辦法。在三級管和CPU IO口之間采用光耦隔離，防止繼電器吸合對系統產(chǎn)生的干擾。

　　其他設計

　　由于路燈監控器工作在無(wú)人職守的地方，為了路燈監控器的安全防盜，設計時(shí)在路燈監控器的門(mén)上，安裝了磁控開(kāi)關(guān)，當門(mén)開(kāi)時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，路燈監控器判斷這個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，當門(mén)開(kāi)時(shí)，路燈監控器路燈監控器先將報警類(lèi)型、報警時(shí)間存儲在路燈監控器的存儲器內，然后通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)通訊終端將門(mén)開(kāi)信息發(fā)送給通訊服務(wù)器，通訊服務(wù)器在轉發(fā)給客戶(hù)端，以便及時(shí)通知檢修人員對門(mén)開(kāi)進(jìn)行處理。

　　路燈監控器軟件設計

　　本系統軟件采用keil C作為開(kāi)發(fā)工具。除CPU程序外，還要開(kāi)發(fā)一個(gè)對時(shí)鐘芯片進(jìn)行時(shí)間預置的程序，以便于批量生產(chǎn)。

　　路燈監控器的工作流程如下：首先進(jìn)入上電初始化程序，對路燈監控器的狀態(tài)進(jìn)行初始化，包括全夜燈、半夜燈狀態(tài)、手動(dòng)三遙狀態(tài)、報警狀態(tài)等變量進(jìn)行初始化。然后初始化MAX3100和時(shí)鐘芯片，讀取設備的編號，初始化串口，讀取當前的電壓電流，然后進(jìn)入主循環(huán)程序。

　　系統采用中斷方式接收GPRS串口數據，根據通信協(xié)議規定的數據格式判斷接收的數據是否正確，并能在規定的時(shí)間內接收不到數據后自動(dòng)返回主程序，串口中斷子程序為：



　　一幀數據接收完畢后，給串口中斷標志置位，然后在主程序中判斷傳口中斷標志，如果該標志被置位，則開(kāi)始判斷控制位，并進(jìn)入相應的子程序，如設置開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，查詢(xún)工作參數，查詢(xún)工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)開(kāi)燈，實(shí)時(shí)關(guān)燈等，在執行完相應的子程序后將中斷標志復位。

　　控制位判斷程序為：



　　在主循環(huán)中同時(shí)執行自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈的處理和門(mén)開(kāi)報警的判斷。

　　為了實(shí)現路燈監控器與通訊服務(wù)器的可靠通訊，制定合理的通訊協(xié)議，具有非常重要的意義。在制定協(xié)議時(shí)，充分考慮協(xié)議的格式，使之規范化，使之具有良好的擴展性，規定好協(xié)議的起始標志、設備的編號、設備類(lèi)型、控制碼、控制類(lèi)型、數據長(cháng)度、數據域、結束標志及如何進(jìn)行校驗等，達到預期的功能，又最精簡(jiǎn)。

　　現舉例如下：

實(shí)時(shí)開(kāi)燈幀(C = 01H)
功能：通信服務(wù)器請求路燈監控器立即開(kāi)燈。
幀格式：
F (回應標志)：默認值；
C (控制碼)：01H；
CT (控制類(lèi)型)：01H表示全夜燈負載，02H表示半夜燈負載，03H表示景觀(guān)燈負載， 04H表示全夜燈和半夜燈負載，05H全夜燈和景觀(guān)燈負載，06H半夜燈和景觀(guān)燈負載，
FFH表示所有路燈負載；
I(后續幀標志)：默認值；
L (數據長(cháng)度)： L=00H；
D(數據域)：無(wú)數據域；

　　結語(yǔ)

　　本系統采用51單片機作為主CPU，成本低，實(shí)時(shí)性高，已經(jīng)完成樣機試制，通過(guò)相關(guān)測試，并投入小批量生產(chǎn)。本產(chǎn)品已經(jīng)應用于城市路燈監控系統，運行穩定，取得了良好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。

基爾霍夫電流相關(guān)文章:基爾霍夫電流定律