无线路灯监控终端的设计与实现

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路灯是城市照明的一项非常基础的设施,它是街道的饰品、都市的眼睛、夜里的导航,它对城市生活有着重大和深远的影响。“十二五规划”中提出的加快产业转型和推动绿色节能产业发展政策,使得城市照明得到如日中天的发展,与此同时也要求城市道路照明要有更加高效的管理方法,以达到更好的“节能减排”效果。通过对路灯监控系统的发展状况和城市照明的现状调查发现,传统的路灯控制系统操控方法简单,维护工作量大,需要耗费大量的人力物力。基于实际的具体需求分析,设计出一种无线的远程路灯监控系统。本次系统设计架构由四部分组成:系统客户端、系统服务器、监控终端和单灯控制器。系统的客户端和服务器构成C/S架构,它们是上位机软件部分。监控终端是集中控制现场,它与上位机软件之间进行GPRS通信。监控终端具有级联功能,一个监控主终端控制另外三个子终端的GPRS通信,主终端与子终端之间是ZIGBEE协调器和ZIGBEE路由器的关系。系统的单灯控制器是单灯控制单元,与监控终端的ZIGBEE模块组成ZIGBEE网络。利用ZIGBEE近距离无线通信技术和GPRS远距离无线通信技术,搭建起路灯监控网络。系统所使用的传输媒介,集成了计算机技术和无线网络技术,充分利用当前的资源,节约成本,利用移动网络和路由思想保证了传输的可行性和优越性。无线路灯监控系统是典型的SCADA(Supervisory ControlAnd DataAcquisition,监控与数据采集)应用系统,其中的路灯监控终端是SCADA的实现基础,也是一个完整的嵌入式应用系统。当监控主终端通过GPRS连接至系统上位机时可以实现路灯的远程监控;当监控主终端与上位机断开GPRS通信时,监控终端能够根据自身的初始配置信息与单灯控制器构成一个控制系统,实现路灯的自动控制。监控终端除了无线通信和路灯控制功能之外,还具有数据采集功能。监控终端结合传感器技术实现对路灯供电的线电流和三相电压采集,掌握路灯的实时供电信息。监控终端采用多控制芯片分模块设计思想,将监控终端分为电源模块,主控制模块,模拟量采集模块,通信模块和人机交互模块。其中的主控制模块采用ARM处理器STM32F103ZE作为主CPU,保证无线通信的稳定性和路灯监控的实时性。电源模块负责监控终端的电源管理,它是个带有UPS和数据采集的多功能电源模块。市电部分是由三相四线输入的开关电源组成,只要三相电任意一相有电开关电源就能正常工作,备用电源采用阀控密封铅蓄电池供电。电源模块采用Microchip的PIC16F886作为控制芯片,用于管理UPS功能和市电电压的采集。模拟量采集模块可以采集路灯回路的线电流,掌握路灯回路的负载情况,它的控制芯片也是PIC16F886。主控制模块与模拟量采集模块、电源模块构成主从模块关系,它们之间采用SPI主从通信方式交互信息。该系统实现对路灯的“遥控、遥测、遥信、遥调”功能,能够实现城市路灯监控一体化,维护管理自动化,解决传统城市路灯监控工作量大、成本高等缺点,能够很好迎合现今的时代需求和社会需求,产生良好的经济效益和社会效益。
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