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擔負著沉重的燈光設(shè)備維護管理工作,。隨著亮化工程腳步的進一步加快，這種沉重的負擔已經(jīng)成為困擾路燈管理部門的難題,。

　　為了解決這個難題,，提出了開發(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)代計算機技術(shù),，通訊技術(shù)對日益快速發(fā)展的城市道路照明路燈實現(xiàn)自動化監(jiān)控和智能化的科學(xué)管理，進一步提高道路照明質(zhì)量,，從而提高服務(wù)質(zhì)量,；進一步提高維護、檢修效率,，從而保證城市整體亮燈率和設(shè)備完好率,；進一步降低能耗、減輕勞動強度,，從而避免無畏的電能和人力物力的浪費,。

　　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)器通過局域網(wǎng)可以連接多個查詢終端,，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)器上完成對整個城市內(nèi)任一區(qū)域,、任一路燈監(jiān)控器的控制,；可隨時向路燈監(jiān)控器發(fā)出查詢指令,，對各路燈監(jiān)控器的運行狀態(tài)、電流,、電壓,、門開狀態(tài)等數(shù)據(jù)進行查詢。

　　路燈監(jiān)控器硬件設(shè)計

　　路燈監(jiān)控器在硬件電路設(shè)計上,，根據(jù)其功能劃分,，由六部分組成(見圖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

　　時鐘存儲單元

　　時鐘芯片選擇了高精度實時時鐘芯片－SD2000BPI ,。該芯片具有內(nèi)置晶振、I2C總線接口,、定時中斷輸出 ,、高精度、免調(diào)校的特點,。同時該時鐘芯片內(nèi)部含有EEPROM,，用于存儲開關(guān)燈時間表等信息：
　　每組開/關(guān)燈時間包括2個字節(jié)，每個字節(jié)由2位BCD碼組成,，由高到低分別為時,、分。

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

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

路燈監(jiān)控器的工作狀態(tài)包括：報警狀態(tài)(ZT0),、門開狀態(tài)(ZT1),、手動/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個字節(jié)表示,。

　　監(jiān)控器可以監(jiān)測9路工作電流,，利用二個存儲單元的9個存儲位,，分別存儲被監(jiān)測的電流的監(jiān)測狀態(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模擬量測量模塊,，它可以采集12路電壓輸入信號,，測量信號的輸入范圍0～10V，測量精度0.2級,，其輸出采用RS-485總線,。

　　將欲監(jiān)測的電壓、電流通過電壓互感器,、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RS-485總線與監(jiān)控器的單片機連接,，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，通過通訊服務(wù)器的查詢命令發(fā)送給客戶端軟件,，實現(xiàn)路燈工作參數(shù)的自動監(jiān)測,，對電壓欠壓、電壓過壓,、欠流,、過流及時作出報警。

　　串口擴展

　　由于CPU采用PHILIPS的P89C51RD+芯片,，該CPU只有一個串口,，在本設(shè)計中用于同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)計中采用一片MAX232芯片，通過CPU和GPRS模塊進行通信,。

　　控制執(zhí)行單元

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

　　其他設(shè)計

　　由于路燈監(jiān)控器工作在無人職守的地方，為了路燈監(jiān)控器的安全防盜，設(shè)計時在路燈監(jiān)控器的門上,，安裝了磁控開關(guān),，當門開時開關(guān)斷開，路燈監(jiān)控器判斷這個開關(guān)的狀態(tài),，當門開時,，路燈監(jiān)控器路燈監(jiān)控器先將報警類型、報警時間存儲在路燈監(jiān)控器的存儲器內(nèi),，然后通過GPRS無線通訊終端將門開信息發(fā)送給通訊服務(wù)器,，通訊服務(wù)器在轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，以便及時通知檢修人員對門開進行處理,。

　　路燈監(jiān)控器軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)軟件采用keil C作為開發(fā)工具,。除CPU程序外，還要開發(fā)一個對時鐘芯片進行時間預(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：首先進入上電初始化程序，對路燈監(jiān)控器的狀態(tài)進行初始化,，包括全夜燈,、半夜燈狀態(tài)、手動三遙狀態(tài),、報警狀態(tài)等變量進行初始化,。然后初始化MAX3100和時鐘芯片，讀取設(shè)備的編號,，初始化串口,，讀取當前的電壓電流，然后進入主循環(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)定的時間內(nèi)接收不到數(shù)據(jù)后自動返回主程序,，串口中斷子程序為：



　　一幀數(shù)據(jù)接收完畢后,，給串口中斷標志置位,，然后在主程序中判斷傳口中斷標志,，如果該標志被置位，則開始判斷控制位,，并進入相應(yīng)的子程序,，如設(shè)置開關(guān)燈時間，查詢工作參數(shù),，查詢工作狀態(tài),，實時開燈，實時關(guān)燈等，在執(zhí)行完相應(yīng)的子程序后將中斷標志復(fù)位,。

　　控制位判斷程序為：



　　在主循環(huán)中同時執(zhí)行自動開關(guān)燈的處理和門開報警的判斷,。

　　為了實現(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，充分考慮協(xié)議的格式,，使之規(guī)范化,，使之具有良好的擴展性，規(guī)定好協(xié)議的起始標志,、設(shè)備的編號,、設(shè)備類型、控制碼,、控制類型,、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域,、結(jié)束標志及如何進行校驗等,，達到預(yù)期的功能，又最精簡,。

　　現(xiàn)舉例如下：

實時開燈幀(C = 01H)
功能：通信服務(wù)器請求路燈監(jiān)控器立即開燈,。
幀格式：
F (回應(yīng)標志)：默認值；
C (控制碼)：  01H,；
CT (控制類型)：01H表示全夜燈負載,，02H表示半夜燈負載，03H表示景觀燈負載,， 04H表示全夜燈和半夜燈負載,，05H全夜燈和景觀燈負載，06H半夜燈和景觀燈負載,，
FFH表示所有路燈負載,；
I   (后續(xù)幀標志)：默認值；
L (數(shù)據(jù)長度)： L=00H,；
D   (數(shù)據(jù)域)：無數(shù)據(jù)域,；

　　結(jié)語

　　本系統(tǒng)采用51單片機作為主CPU，成本低,，實時性高,，已經(jīng)完成樣機試制，通過相關(guān)測試,，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)，運行穩(wěn)定，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益,。