目前,城市路燈監控與防盜系統的技術比較落后,成本也較高。為此,筆者以單片機為控制核心,借助已有的GSM 移動通信網絡,設計了路燈監控與防盜系統,通過終端控制器分布式監測,以主控中心為核心的軟件系統實施全方位管理,從而實現城市路燈的高效控制和管理。
1 系統總體架構
城市路燈監控與防盜系統總體架構主要由以下3 部分組成:第1 部分是RTU,其包括系統的ZigBee無線模塊終端控制設備和電纜智能防盜設備;第2 部分是GSM 網,用于數據傳輸及報警;第3 部分是主控中心的監控軟件部分,其功能為實現對RTU 端的遠程控制以及數據傳輸與存儲,是整個智能城市路燈監控與防盜系統的指揮中心。系統總體架構圖如圖1 所示。
圖1 智能路燈監控防盜系統總體架構圖
2 系統硬件設計硬件設計
結構框圖如圖2 所示。
圖2 硬件設計結構框圖
2.1 中央處理模塊
中央處理模塊采用美國德州儀器(TI 公司)的低功耗微處理器MSP430,該芯片是一種混合信號處理器,其將模擬電路模塊、數字電路模塊及微處理器模塊集成其上,具有精簡指令集和16 位超低功耗,因而具有超強處理能力、高速運算能力、超低功耗、豐富的片內資源以及方便高效的開發環境。
2.2 GSM 無線通信模塊
該系統監控終端設備和主控中心之間的通信采用基于GSM 的無線通信技術,因而GSM 模塊是實現無線通信的關鍵。目前,市面上可供選擇的GSM 無線通信模塊有TC35 系列、WISM02 模塊等,前者是來自于西門子公司,后者來自于Wavecom 公司,這些模塊都可以進行二次開發,是標準的GSM 通信模塊,可以直接通過串行接口直接連接微處理器,操作方便,為此選用Wavecom 公司的WISMO Quik Q2403A 無線通信模塊,依據GSM07.05 定義的AT 指令規范,完成系統無線信息傳輸與數據管理任務。
2.3 射頻芯片
采用Chipcon 公司生產的CC2430 作為ZigBee無線模塊射頻芯片,該芯片延用了CC2420 芯片的架構,在此基礎上集成了1 個8 位MCU (8051)、128KB 可編程閃存、8KB 的RAM,還包含ADC、定時器、AES128 協同處理器等,其與Chipcon 公司的先進的ZigBee 協議棧、工具包和參考設計相結合,因而具有良好的集成開發環境。
2.4 電源芯片
采用選擇LM2575 系列芯片提供5V 電壓源電壓,固定振蕩器直接集成在芯片的內部,電路簡單且連接方便,電壓穩定,工作效率高。
2.5 其他輔助電路
為了滿足可操作性與可維護性的需要,該系統還設計了人機接口電路,選用了LCMI2864 芯片作為LCD 液晶顯示模塊,通過3 個按鍵來完成對路燈各參數的設定以及修訂工作。采用HRS4H-SDC12V繼電器,其最大切換電流為10A。
2.6 電纜防盜子系統
電纜防盜子系統由1 個電纜防盜主控端和N 個監控末端構成,主控端位于配電箱內,其主要工作原理如下:白天時,路燈斷電情況下,線路的主控端發送一個低壓直流信號,監控末端根據接收的信號判斷線路的完好性;夜晚時,監控末端通過檢測線路的50Hz 交流電判別線路是否正常。監控末端白天采用蓄電池的方式供電,夜間則對蓄電池進行充電,防盜主控端與監測末端主要通過ZigBee無線模塊網絡進行信息傳輸,可將監控信息通過GSM 網絡發到整個系統的主控中心統一管理,可以實現多變電站統一防盜監控。該子系統對末端監測模塊的數量沒有限制,一個電纜防盜中控模塊可同時監控多條電纜,任何一條電纜出現故障,都能實現即時報告故障地點及時間,以便管理人員及時做出處理。電纜防盜子系統結構圖如圖3 所示。
圖3 電纜防盜子系統結構圖
3 主要軟件設計
3.1 中央處理軟件
中央處理軟件借助IAR Embedded Workbench軟件開發平臺,這是一種支持多個目標處理器,采用項目模式對應用程序進行管理,為用戶提供便捷窗口界面的開發環境,開發與調試方便快捷,通用性好,功能強大。中央處理軟件流程圖如圖4 所示。
圖4 中央處理軟件流程圖
3.2 電纜防盜軟件
城市路燈監控與防盜系統終端控制器通過對防盜模塊監控端巡檢,如果發現電纜末端電壓檢測信號異常,RTU 立即向主控中心發出報警信號。電纜防盜軟件程序流程圖如圖5 所示。
圖5 電纜防盜軟件流程圖
4 結語
根據GSM無線通信技術與微處理器技術,并結合ZigBee無線模塊組網技術,設計了城市路燈監控與防盜系統。該系統改變了傳統城市無線路燈控制器的管理方式,實現了城市路燈的實時監控、節能調控以及遠程報警功能,具有技術先進、價格低廉、維護便捷的特點,在城市路燈監控與防盜方面有很好的應用潛力。