引言

　　隨著城市夜景照明設(shè)施的迅猛發(fā)展和人們生活品味的提高，對(duì)于城市的燈光設(shè)施建設(shè)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(gòu)成了美麗的城市燈光夜景系統(tǒng)。但是,，在這些美麗的燈光后面,，我們的路燈管理部門(mén)擔(dān)負(fù)著沉重的燈光設(shè)備維護(hù)管理工作。隨著亮化工程腳步的進(jìn)一步加快,，這種沉重的負(fù)擔(dān)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(jiān)控管理系統(tǒng),，用于管理城市照明,，目的是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù),，通訊技術(shù)對(duì)日益快速發(fā)展的城市道路照明路燈實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)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(hù)、檢修效率,，從而保證城市整體亮燈率和設(shè)備完好率,；進(jìn)一步降低能耗、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,，從而避免無(wú)畏的電能和人力物力的浪費(fèi),。

　　路燈監(jiān)控管理信息系統(tǒng)

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



　　　　　　　　　　　　　　　圖1  路燈監(jiān)控管理信息系統(tǒng)

　　通信服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)可以連接多個(gè)查詢終端,，通信服務(wù)器和若干路燈監(jiān)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(duì)整個(gè)城市內(nèi)任一區(qū)域,、任一路燈監(jiān)控器的控制,；可隨時(shí)向路燈監(jiān)控器發(fā)出查詢指令，對(duì)各路燈監(jiān)控器的運(yùn)行狀態(tài),、電流,、電壓、門(mén)開(kāi)狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢,。

　　路燈監(jiān)控器硬件設(shè)計(jì)

　　路燈監(jiān)控器在硬件電路設(shè)計(jì)上,，根據(jù)其功能劃分，由六部分組成(見(jiàn)圖2),。



　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2 路燈監(jiān)控器功能結(jié)構(gòu)圖

　　電路圖如圖3所示,。



　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 路燈監(jiān)控器電路

　　時(shí)鐘存儲(chǔ)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(nèi)置晶振,、I2C總線接口,、定時(shí)中斷輸出 、高精度,、免調(diào)校的特點(diǎn),。同時(shí)該時(shí)鐘芯片內(nèi)部含有EEPROM，用于存儲(chǔ)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(jié),，每個(gè)字節(jié)由2位BCD碼組成,，由高到低分別為時(shí)、分,。

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

　　路燈監(jiān)控器編號(hào)2個(gè)字節(jié),，可以表示00~65536數(shù)值,。

路燈監(jiān)控器的工作狀態(tài)包括：報(bào)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),、景觀燈狀態(tài)(ZT5),。用連續(xù)的7個(gè)字節(jié)表示。

　　監(jiān)控器可以監(jiān)測(cè)9路工作電流,，利用二個(gè)存儲(chǔ)單元的9個(gè)存儲(chǔ)位,，分別存儲(chǔ)被監(jiān)測(cè)的電流的監(jiān)測(cè)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(cè)量模塊,，它可以采集12路電壓輸入信號(hào),，測(cè)量信號(hào)的輸入范圍0～10V，測(cè)量精度0.2級(jí),，其輸出采用RS-485總線,。

　　將欲監(jiān)測(cè)的電壓、電流通過(guò)電壓互感器,、電流互感器感應(yīng)出0～10V的電壓,，輸出給EDA9016的模擬量輸入端，EDA9016通過(guò)RS-485總線與監(jiān)控器的單片機(jī)連接,，路燈監(jiān)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)器的查詢命令發(fā)送給客戶端軟件,，實(shí)現(xiàn)路燈工作參數(shù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)電壓欠壓,、電壓過(guò)壓,、欠流、過(guò)流及時(shí)作出報(bào)警,。

　　串口擴(kuò)展

　　由于CPU采用PHILIPS的P89C51RD+芯片,，該CPU只有一個(gè)串口，在本設(shè)計(jì)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(yīng)用十分方便,。在本設(shè)計(jì)中采用一片MAX232芯片，通過(guò)CPU和GPRS模塊進(jìn)行通信,。

　　控制執(zhí)行單元

　　控制執(zhí)行部分采用三級(jí)管驅(qū)動(dòng)繼電器,，繼電器控制交流接觸器的辦法。在三級(jí)管和CPU IO口之間采用光耦隔離,，防止繼電器吸合對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾,。

　　其他設(shè)計(jì)

　　由于路燈監(jiān)控器工作在無(wú)人職守的地方，為了路燈監(jiān)控器的安全防盜,，設(shè)計(jì)時(shí)在路燈監(jiān)控器的門(mén)上,，安裝了磁控開(kāi)關(guān)，當(dāng)門(mén)開(kāi)時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi),，路燈監(jiān)控器判斷這個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài),，當(dāng)門(mén)開(kāi)時(shí)，路燈監(jiān)控器路燈監(jiān)控器先將報(bào)警類型,、報(bào)警時(shí)間存儲(chǔ)在路燈監(jiān)控器的存儲(chǔ)器內(nèi),，然后通過(guò)GPRS無(wú)線通訊終端將門(mén)開(kāi)信息發(fā)送給通訊服務(wù)器，通訊服務(wù)器在轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端,，以便及時(shí)通知檢修人員對(duì)門(mén)開(kāi)進(jìn)行處理,。

　　路燈監(jiān)控器軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)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(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行時(shí)間預(yù)置的程序,，以便于批量生產(chǎn)。

　　路燈監(jiān)控器的工作流程如下：首先進(jìn)入上電初始化程序,，對(duì)路燈監(jiān)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(bào)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(shè)備的編號(hào),，初始化串口，讀取當(dāng)前的電壓電流，然后進(jìn)入主循環(huán)程序,。

　　系統(tǒng)采用中斷方式接收GPRS串口數(shù)據(jù),，根據(jù)通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式判斷接收的數(shù)據(jù)是否正確，并能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接收不到數(shù)據(jù)后自動(dòng)返回主程序,，串口中斷子程序?yàn)椋?br />


　　一幀數(shù)據(jù)接收完畢后,，給串口中斷標(biāo)志置位，然后在主程序中判斷傳口中斷標(biāo)志,，如果該標(biāo)志被置位,，則開(kāi)始判斷控制位，并進(jìn)入相應(yīng)的子程序,，如設(shè)置開(kāi)關(guān)燈時(shí)間,，查詢工作參數(shù)，查詢工作狀態(tài),，實(shí)時(shí)開(kāi)燈,，實(shí)時(shí)關(guān)燈等，在執(zhí)行完相應(yīng)的子程序后將中斷標(biāo)志復(fù)位,。

　　控制位判斷程序?yàn)椋?br />


　　在主循環(huán)中同時(shí)執(zhí)行自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈的處理和門(mén)開(kāi)報(bào)警的判斷,。

　　為了實(shí)現(xiàn)路燈監(jiān)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(guī)范化,，使之具有良好的擴(kuò)展性，規(guī)定好協(xié)議的起始標(biāo)志,、設(shè)備的編號(hào),、設(shè)備類型、控制碼,、控制類型,、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)域,、結(jié)束標(biāo)志及如何進(jìn)行校驗(yàn)等,，達(dá)到預(yù)期的功能，又最精簡(jiǎn),。

　　現(xiàn)舉例如下：

實(shí)時(shí)開(kāi)燈幀(C = 01H)
功能：通信服務(wù)器請(qǐng)求路燈監(jiān)控器立即開(kāi)燈。
幀格式：
F (回應(yīng)標(biāo)志)：默認(rèn)值,；
C (控制碼)：  01H,；
CT (控制類型)：01H表示全夜燈負(fù)載，02H表示半夜燈負(fù)載，03H表示景觀燈負(fù)載,， 04H表示全夜燈和半夜燈負(fù)載,，05H全夜燈和景觀燈負(fù)載，06H半夜燈和景觀燈負(fù)載,，
FFH表示所有路燈負(fù)載,；
I   (后續(xù)幀標(biāo)志)：默認(rèn)值；
L (數(shù)據(jù)長(zhǎng)度)： L=00H,；
D   (數(shù)據(jù)域)：無(wú)數(shù)據(jù)域,；

　　結(jié)語(yǔ)

　　本系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為主CPU，成本低,，實(shí)時(shí)性高,，已經(jīng)完成樣機(jī)試制，通過(guò)相關(guān)測(cè)試,，并投入小批量生產(chǎn),。本產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定,，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,。