基于無線通訊的智能路燈控制系統(tǒng)

摘要 介紹了一種基于無線通訊方式的智能路燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對各分控點(diǎn)的遙測、遙信和遙控功能，實(shí)時(shí)監(jiān)視分控點(diǎn)狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，接收故障告警信息，通過終端智能設(shè)備下達(dá)測控命令。系統(tǒng)還具有分級(jí)報(bào)警、操作權(quán)限控制、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印和電話報(bào)警功能等。
關(guān)鍵詞 智能路燈控制：GPRS；數(shù)傳電臺(tái)

    當(dāng)今城市路燈照明系統(tǒng)的功能已不再局限于提供照明便利，正在轉(zhuǎn)變?yōu)檎故境鞘行蜗蟮氖侄?，成為代表城市功能改善投資環(huán)境的重要組成部分。此外能源的供需矛盾也越發(fā)突出，節(jié)電節(jié)能、綠色照明的要求迫切。如今再采用傳統(tǒng)的手控、鐘控城市照明系統(tǒng)的方法已無法滿足節(jié)能的要求。如何緩解上述矛盾，并平衡二者之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)“按需照明”，使路燈管理智能化，讓照明系統(tǒng)自身也產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，成為路燈管理者的重要課題。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
    智能路燈控制系統(tǒng)是由終端控制器和分布在市區(qū)路燈控制箱的節(jié)點(diǎn)監(jiān)控，所組成的集散式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過無線方式，對其分布在室外數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。

    (1)監(jiān)控中心部分。由一臺(tái)局端主機(jī)和大屏幕彩色顯示器、GPRS模塊／數(shù)傳電臺(tái)收發(fā)機(jī)構(gòu)成，中心主機(jī)安裝有路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控管理軟件。
    (2)監(jiān)控終端部分。每個(gè)箱配一個(gè)監(jiān)控終端，其主要由GPRS或數(shù)傳電臺(tái)、數(shù)據(jù)檢測、故障檢測與智能控制等組成。
    考慮到路燈的運(yùn)行特點(diǎn)和長遠(yuǎn)的發(fā)展前景，從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性等方面考慮，智能路燈控制系統(tǒng)將采取GPRS公網(wǎng)通訊和數(shù)傳電臺(tái)的方式進(jìn)行組網(wǎng)。
1．1 GPRS通訊方式
    GPRS是基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加的一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)，可為用戶提供端到端的、廣域無線IP連接。GPRS是一項(xiàng)無線高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過GPRS可在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

    基于GPRS通訊方式的智能路燈控制系統(tǒng)框圖如圖2所示，主要由路燈智能控制終端、無線傳輸模塊(DTU)和監(jiān)控機(jī)組成。監(jiān)控機(jī)根據(jù)需要發(fā)出的控制命令經(jīng)由Intelnet發(fā)布，相應(yīng)的無線傳輸模塊(DTU)接收到命令解碼并傳送給智能控制終端，智能控制終端根據(jù)命令控制相應(yīng)路段的路燈。同時(shí)，智能控制終端能實(shí)時(shí)監(jiān)控路燈運(yùn)行狀況，并將故障信息經(jīng)由DTU傳給監(jiān)控室。這就使路燈巡查工作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，為工作提供了便利，實(shí)現(xiàn)了對城市照明系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，確保高效穩(wěn)定，全天候運(yùn)行。
    GPRS城市路燈監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)輸出、按量收費(fèi)和自由切換等優(yōu)點(diǎn)，克服了有線通信、無線集群等通信方式所存在的建設(shè)周期長、投資規(guī)模大、技術(shù)不成熟以及終端支持少等缺點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的科技含量，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了系統(tǒng)的建設(shè)投資和運(yùn)營費(fèi)用，并為系統(tǒng)升級(jí)打下基礎(chǔ)，是目前較為理想的城市照明監(jiān)控管理系統(tǒng)。
1．2 數(shù)傳電臺(tái)通訊方式
    數(shù)字傳輸電臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

    該技術(shù)目前已較為成熟，采用微處理機(jī)控制和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)，帶根雙二進(jìn)制過濾的連續(xù)相位頻率鍵控調(diào)制(CPFSK)，解調(diào)采用Virterbi解碼器和均衡軟判解碼，軟件主力增益達(dá)7 dB。電臺(tái)的通訊范圍在50公里以上，支持話音通訊，通過復(fù)用器可實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳。數(shù)字傳輸電臺(tái)的主要優(yōu)勢在于無需依托移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)，適合中小城市的照明監(jiān)控系統(tǒng)組建。與GPRS比較，數(shù)傳電臺(tái)無需運(yùn)營費(fèi)用，屬一次性投資，但安裝費(fèi)用相對較高。
1．3 智能控制終端
    智能控制終端是系統(tǒng)重要組成部分，其不僅能接收來自控制中心的命令對該節(jié)點(diǎn)路燈進(jìn)行遙信、遙控和遙測，且遇到通訊障礙時(shí)，微控制器也可獨(dú)立工作，并通過內(nèi)部時(shí)鐘和經(jīng)緯度信息計(jì)算出日出日落時(shí)間來控制開關(guān)時(shí)間，使該節(jié)點(diǎn)路燈正常運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

2 軟件設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)的開發(fā)以力控的組態(tài)作為平臺(tái)，以圖形化和數(shù)據(jù)報(bào)表作為主要輸出，控制部分以自動(dòng)控制為主，為用戶留有手動(dòng)控制方式。系統(tǒng)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼J(rèn)證措施，分為不同的操作權(quán)限。監(jiān)控中心根據(jù)時(shí)間曲線計(jì)算出每天開關(guān)燈的準(zhǔn)確時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對所有分控點(diǎn)的自動(dòng)群開或群關(guān)；單個(gè)分控點(diǎn)的自動(dòng)開關(guān)燈。智能路燈控制系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

2．2 智能控制終端軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件主流程圖如圖6所示。系統(tǒng)通電后，開始初始化，設(shè)置串行口的波特率為9 600 bif·s-1，開串口中斷；初始化日歷時(shí)鐘，讀取當(dāng)前日期時(shí)間；初始化液晶顯示模塊，點(diǎn)亮LCD，顯示年月日；計(jì)算當(dāng)天日出日落時(shí)間值，掃描鍵盤；之后進(jìn)入開燈和關(guān)燈判斷處理循環(huán)。當(dāng)遇到串口中斷時(shí)，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，處理完成后返回中斷入口處繼續(xù)運(yùn)行主程序，如此循環(huán)。

3 系統(tǒng)功能
    該系統(tǒng)的監(jiān)控中心可實(shí)現(xiàn)對各分控點(diǎn)的遙測、遙信和遙控功能，實(shí)時(shí)監(jiān)視分控點(diǎn)狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，接收故障告警信息，通過終端智能設(shè)備下達(dá)測控命令。其遙控、遙測及遙信功能主要表現(xiàn)在監(jiān)控中心根據(jù)開關(guān)燈時(shí)間曲線或程序設(shè)定開關(guān)燈時(shí)間，自動(dòng)發(fā)出群控開關(guān)命令；操作員在監(jiān)控中心進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)群控開／關(guān)燈，部分群控開／關(guān)燈和單點(diǎn)開／關(guān)燈；分控點(diǎn)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間獨(dú)立定時(shí)開／關(guān)燈等；巡檢或隨機(jī)檢測各分控點(diǎn)路燈參數(shù)、供電參數(shù)包括配電控制柜進(jìn)線電壓、各回路共3相電流和亮燈率；由分控點(diǎn)設(shè)備向監(jiān)控中心上報(bào)各回路開關(guān)工作狀態(tài)和故障信息。
    此外該系統(tǒng)還具有分級(jí)報(bào)警、操作權(quán)限控制、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印和電話報(bào)警等功能。無論監(jiān)控系統(tǒng)處于何畫面，均自動(dòng)提示告警顯示并打印告警信息，所有報(bào)警均可采用聲光告警信號(hào)，且告警的等級(jí)不同顯示的顏色也不同。系統(tǒng)可自動(dòng)記錄告警歷史數(shù)據(jù)和一般歷史數(shù)據(jù)、故障統(tǒng)計(jì)報(bào)表、監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表以及亮燈率報(bào)表等。為確保安全管理，系統(tǒng)實(shí)行多級(jí)操作口令，保證對分控點(diǎn)遙控操作的安全。

4 結(jié)束語
    智能路燈控制系統(tǒng)可增強(qiáng)城市照明可靠性和可控性。并結(jié)合城市夜景設(shè)置，通過智能控制，創(chuàng)造城市新景觀。還可根據(jù)不同季節(jié)合理利用電能資源，杜絕電能浪費(fèi)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障提高路燈系統(tǒng)工作質(zhì)量，減輕工人線路巡檢工作量，提高工作效率。遇到天氣變化或特殊事件，路燈可快速切換，并且可根據(jù)電流電壓的監(jiān)測及時(shí)發(fā)現(xiàn)路燈故障。