公共路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究

        公共路燈是公共事業(yè)建設(shè)的一個重要部分。傳統(tǒng)的路燈總控室只能實現(xiàn)每天路燈的開和關(guān)，無法實時了解在線路燈的狀況，比如電壓高低、電流大小、路燈的好壞，這就導(dǎo)致路燈維護遲緩，給市民造成生活上的不便。隨著人民生活水平的提高，公共路燈的監(jiān)控越來越重要。為了提高公共照明系統(tǒng)的質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)路燈的損壞情況，人們希望能夠找到一種利用已有的路燈供電系統(tǒng)，通過電力線載波通訊技術(shù)來傳輸控制路燈的信號。進而實現(xiàn)一種自動控制、及時維護的公共路燈照明遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

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        一、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和工作過程

        公共路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)由一個主機模塊和若干個從機模塊組成，主機和從機通過電力線連接，遠程數(shù)據(jù)采集終端，和數(shù)據(jù)遠程采集，主機模塊由主單片機系統(tǒng)、微型打印機、顯示模塊、鍵盤和通訊模塊等外圍設(shè)備組成，如圖1所示。主機安裝在路燈的總控室內(nèi)。

        圖l主機系統(tǒng)的組成框圖

        如圖2所示，從機模塊是由從單片機系統(tǒng)、電流傳感器、電壓傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、地址編碼矩陣、繼電器開關(guān)和通訊模塊等外圍設(shè)備組成。從機安裝在各個路燈控制箱內(nèi)，主機和從機以電力線載波通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

        圖2從機系統(tǒng)的組成框圖

        根據(jù)操作者的要求，主單片機系統(tǒng)可將從機地址及開啟或關(guān)閉繼電器的命令，經(jīng)通訊模塊發(fā)往從機，實現(xiàn)路燈的開啟。當操作者已開啟所有的路燈后，再次按照從機地址的大小，將巡檢命令 經(jīng)通訊模塊發(fā)往從機，從機就將檢測到的該路燈的相關(guān)信息返回給主機，并打印出來。根據(jù)打印的報表情況.就可以知道各個從機的上作情況，進而了解在線路燈的好壞，從而實現(xiàn)對路燈遠程監(jiān)控。

        二、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

        2.1、主機系統(tǒng)

        主機系統(tǒng)為8031單片機的應(yīng)用模式，由微型打印機、4位半顯示單元、鍵盤單元組成。因為主機處理的數(shù)據(jù)量較大，所以需對主機的存儲系統(tǒng)進行擴充。鍵盤單元直接用單片機的口線實現(xiàn)，本系統(tǒng)定義了如下的功能鍵：

        Kl：啟動所有的路燈，打印與顯示每一從機的采集數(shù)據(jù);

        比：關(guān)閉所有的路燈;

        K3：自動巡檢所有路燈，打印與顯示每一從機的采集數(shù)據(jù)。

        2.2、從機系統(tǒng)

        圖3是從機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。電流傳感器、電壓傳感器和自制的光電轉(zhuǎn)換單元將采集到的信號，通過調(diào)整、濾波后，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷褐?、電流值和光電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再輸入到A/D轉(zhuǎn)換單元，最后傳送到A1到c51單片機系統(tǒng)。電壓傳感器并接在路燈的接線端子上，電流傳感器串接在路燈的回路中，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用1℃L1543芯片。

        圖3從機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

        從機地址編碼單元由一組開關(guān)設(shè)置，利用了單片機的lO條口線，所以從機地址有1024個編碼。如果路燈的個數(shù)較多，從機地址不夠，可以通過8255接口芯片對此擴充。單片機通過驅(qū)動單元(含光耦固態(tài)繼電器)來開啟和關(guān)閉路燈。

        通訊模塊由sScP300和ssCP111電力線載波芯片組成，ssCP300和sScP11l是INTELLON公司的載波芯片，該芯片的工作原理與應(yīng)用情況，還需要聚英電子RTU6640來進行數(shù)據(jù)采集，通訊模塊通過單片機的中斷過程與主從單片機交換信息。

        三、系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

        3.1主機與從機通訊的數(shù)據(jù)格式

        主機與從機通訊的數(shù)據(jù)格式，像www上的分組數(shù)據(jù)包一樣，主機發(fā)往從機的數(shù)據(jù)包中含有起始位、主機地址、從機地址、需求命令、奇偶校驗位和結(jié)束位，從機發(fā)往主機的數(shù)據(jù)包中含有起始位、主機地址、從機地址、采樣的電壓值與電流值、奇偶校驗位和結(jié)束位。主機的信息可以發(fā)往任意一個從機，但從機的信息只能發(fā)往主機，各個從機間互不通訊。由于本系統(tǒng)對實時性無太高要求，且為了防止一起打開或關(guān)閉路燈對線路電流沖擊過大，主機發(fā)往從機的信息采用地址逐漸遞增的方法，也就是說，每次發(fā)送的數(shù)據(jù)包中只含有一個從機的地址。主機與從機收發(fā)數(shù)據(jù)均以中斷方式進行。當所有從機收到主機發(fā)來的信息后，立即解數(shù)據(jù)包并與本機地址比較，如果與本機地址相同，則將采樣的數(shù)據(jù)按照打包格式發(fā)往主機;如果與本機地址不同，不發(fā)往主機任何數(shù)據(jù)。

        3.2、主機與從機的軟件設(shè)計

        主機軟件主要包括通訊程序(含數(shù)據(jù)打包)、實時顯示與打印程序。主機將所有的從機地址以表的方式存儲在主機存儲器內(nèi)，再根據(jù)操作者的需求，按照主機通訊數(shù)據(jù)包的格式，將數(shù)據(jù)包發(fā)往從機。主機收到從機的數(shù)據(jù)包后，將數(shù)據(jù)解包，打印從機地址、對應(yīng)從機的電壓值、電流值。如果從機的電流值接近零，表明此從機對應(yīng)的路燈已壞，若收不到從機的數(shù)據(jù)包，只打印出從機的地址，表明此路燈有問題，比如從機未工作等。

        從機的主要功能是按照主機的需求，開啟、關(guān)閉路燈或巡檢采樣路燈的電壓、電流值，并將采樣的數(shù)據(jù)打包發(fā)回主機。

        四、結(jié)論

        基于電力線載波技術(shù)實現(xiàn)的路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過試運行，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠可靠地對公共路燈進行有效的遠程監(jiān)控，能避免繁重的布線工作，且具有造價低、傳輸線路牢固可靠和安裝使用方便等優(yōu)點。