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)控中心實現(xiàn)對各分控點的遙測、遙信和遙控功能，實時監(jiān)視分控點狀態(tài)和運行參數(shù)，接收故障告警信息，通過終端智能設備下達測控命令。系統(tǒng)還具有分級報警、操作權限控制、統(tǒng)計報表打印和電話報警功能等。
關鍵詞 智能路燈控制：GPRS；數(shù)傳電臺

    當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系，實現(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)濟效益，成為路燈管理者的重要課題。

1 系統(tǒng)方案設計
    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)點監(jiān)控，所組成的集散式控制系統(tǒng)結構。通過無線方式，對其分布在室外數(shù)十個至數(shù)百個控制點進行遠程遙控。圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡圖。

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

    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)控機組成。監(jiān)控機根據(jù)需要發(fā)出的控制命令經(jīng)由Intelnet發(fā)布，相應的無線傳輸模塊(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)命令控制相應路段的路燈。同時，智能控制終端能實時監(jiān)控路燈運行狀況，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現(xiàn)了自動化，為工作提供了便利，實現(xiàn)了對城市照明系統(tǒng)的實時監(jiān)控和管理，確保高效穩(wěn)定，全天候運行。
    GPRS城市路燈監(jiān)控網(wǎng)絡輸出、按量收費和自由切換等優(yōu)點，克服了有線通信、無線集群等通信方式所存在的建設周期長、投資規(guī)模大、技術不成熟以及終端支持少等缺點，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)的建設投資和運營費用，并為系統(tǒng)升級打下基礎，是目前較為理想的城市照明監(jiān)控管理系統(tǒng)。
1．2 數(shù)傳電臺通訊方式
    數(shù)字傳輸電臺的結構框圖如圖3所示。

    該技術目前已較為成熟，采用微處理機控制和數(shù)字信號處理(DSP)技術，帶根雙二進制過濾的連續(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7 dB。電臺的通訊范圍在50公里以上，支持話音通訊，通過復用器可實現(xiàn)數(shù)話同傳。數(shù)字傳輸電臺的主要優(yōu)勢在于無需依托移動網(wǎng)絡和Internet網(wǎng)絡，適合中小城市的照明監(jiān)控系統(tǒng)組建。與GPRS比較，數(shù)傳電臺無需運營費用，屬一次性投資，但安裝費用相對較高。
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)點路燈進行遙信、遙控和遙測，且遇到通訊障礙時，微控制器也可獨立工作，并通過內(nèi)部時鐘和經(jīng)緯度信息計算出日出日落時間來控制開關時間，使該節(jié)點路燈正常運行，其結構框圖如圖4所示。

2 軟件設計
2．1 系統(tǒng)軟件設計
    系統(tǒng)的開發(fā)以力控的組態(tài)作為平臺，以圖形化和數(shù)據(jù)報表作為主要輸出，控制部分以自動控制為主，為用戶留有手動控制方式。系統(tǒng)有嚴謹?shù)恼J證措施，分為不同的操作權限。監(jiān)控中心根據(jù)時間曲線計算出每天開關燈的準確時間，實現(xiàn)對所有分控點的自動群開或群關；單個分控點的自動開關燈。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計
    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；初始化日歷時鐘，讀取當前日期時間；初始化液晶顯示模塊，點亮LCD，顯示年月日；計算當天日出日落時間值，掃描鍵盤；之后進入開燈和關燈判斷處理循環(huán)。當遇到串口中斷時，進入中斷服務子程序，處理完成后返回中斷入口處繼續(xù)運行主程序，如此循環(huán)。

3 系統(tǒng)功能
    該系統(tǒng)的監(jiān)控中心可實現(xiàn)對各分控點的遙測、遙信和遙控功能，實時監(jiān)視分控點狀態(tài)和運行參數(shù)，接收故障告警信息，通過終端智能設備下達測控命令。其遙控、遙測及遙信功能主要表現(xiàn)在監(jiān)控中心根據(jù)開關燈時間曲線或程序設定開關燈時間，自動發(fā)出群控開關命令；操作員在監(jiān)控中心進行操作，實現(xiàn)群控開／關燈，部分群控開／關燈和單點開／關燈；分控點根據(jù)預先設定的時間獨立定時開／關燈等；巡檢或隨機檢測各分控點路燈參數(shù)、供電參數(shù)包括配電控制柜進線電壓、各回路共3相電流和亮燈率；由分控點設備向監(jiān)控中心上報各回路開關工作狀態(tài)和故障信息。
    此外該系統(tǒng)還具有分級報警、操作權限控制、統(tǒng)計報表打印和電話報警等功能。無論監(jiān)控系統(tǒng)處于何畫面，均自動提示告警顯示并打印告警信息，所有報警均可采用聲光告警信號，且告警的等級不同顯示的顏色也不同。系統(tǒng)可自動記錄告警歷史數(shù)據(jù)和一般歷史數(shù)據(jù)、故障統(tǒng)計報表、監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表以及亮燈率報表等。為確保安全管理，系統(tǒng)實行多級操作口令，保證對分控點遙控操作的安全。

4 結束語
    智能路燈控制系統(tǒng)可增強城市照明可靠性和可控性。并結合城市夜景設置，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，并及時發(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)測及時發(fā)現(xiàn)路燈故障。