（农业机械化工程专业论文）基于gsm短消息的城市路灯智能监控系统.pdf

摘要 路灯是城市建设中不可缺少的公用设施，是城市形象的重要标志之一。城 市路灯照明的维护管理水平不仅反映城市的建设水平，而且体现城市的现代化 程度。随着我国社会主义现代化建设的不断发展，市政建设取得了极大进步。 传统的路灯控制与维护手段已不再适应现代化的要求，设计和实现自动化程度 高、运行可靠、高效节能的路灯远程监控系统，是当今城市现代化发展的必然 要求。 传统的路灯控制多以时控制和光控为主，基本靠人工控制。对于大中城市 来说，路灯遍布于大小街道，损坏时有发生，给路灯的管理维护带来了极大不 便。市政管理部门很难及时掌握辖区路灯的工作状况。人工巡视只能白天巡线， 夜间巡灯，劳动强度大，效率低，除造成人力、电能浪费外，控制、监测效果 还不理想。计算机技术、通信技术等的迅速发展给路灯监控系统提供了，便利。 g s m 网络条件的日益改善及资费方式的下调使可以利用其提供的短消息业务进 行远程监控系统的开发，本文介绍了基于g s m 短消息的城市路灯智能监控系统 的结构功能。 系统由雌控中心、分控点和通信三大部分组成。监控中心主要包括p c 机、 g p s 模块、g s m 模块等，中心管理软件采用v b 编程，结合g i s 实现路灯的生 动显示管理；g p s 模块进行精确授时，保证系统时钟的一致，使操作统一；g s m 模块实现与分控点间的通信，进行数据、信息的传递。分控点以单片机为核心 部件，辅以外围设备，连接g s m 模块、采集模块等，实现与监控中心信息的交 换，对中心命令响应，完成数据采集等任务。设计了报警功能，使系统发生意 外时能够尽早排除故障，使其安全运行。 路灯监控系统实现了城市路灯的计算机集中控制、监测与管理。操作维护 人员只需通过监控计算机即可了解整个系统的工作状态，并可通过计算机控制 所有路灯的开关，采集分控点设备及路灯的状态、数据信息。经调试表明，系 统可靠性高，适用性强，能够节省人力，减少电能损失，提高市政路灯管理水 平。 关键词：路灯；g s m 短消息；远程监控；可靠性 i n t e l l i g e n ts u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e m o fu r b a ns t r e e tl a m pb a s e do n g s ms h o r tm e s s a g e s h a ol i m i n d i r e c t i o n ：a g r i c u l t u r a lm e c h a n i z a t i o ne n g i n e e r i n g a d v i s o r ：z h a n gs h u g u a n g a b s t r a c t s t r e e tl a m pi si n d i s p e n s a b l ep u b l i cf a c i l i t yi nu r b a i ic o n s t r u c t i o na n di so n eo f t h ei m p o r t a n ts y m b o l so fc i t y c o n d i t i o n sm a n a g e do fu r b a ni l l u m i n a t i o nr e f l e c tn o t o n l yc o n s t r u c t i o nl e v e l s b u ta l s ot h em o d e r n i z a t i o nd e g r e e so ft h ec i t y ，w i t ht h e d e v e l o p m e n to fm o d e r n i z a t i o nc o n s t r u c t i o n si no u rc o u n t r y ，c o n s t r u c t i o n so fp u b l i c f a c i l i t i e sm a k e g o o dp r o g r e s s t r a d i t i o n a lc o n t r o la n dm a i n t e n a n c eo fs t r e e tl a m p si s n o te n o u g ha n ym o r et om o d e r n i z a t i o nn e e d i ti san e c e s s i t yt od e s i g na n dr e a l i z ea k i n do f h i g h e r a u t o i n m l u n i z a t i o n ，m o r ec r e d i b l ea n de f f i c i e n t l o n g d i s t a n c e m o n i t o r i n g a n dc o n t r o ls y s t e m m o s to ft h et r a d i t i o n a lc o n t r o l st os t r e e t l a m p s a r et i m e - c o n t r o la n d l i g h t c o n t r o l ，w h i c hd e p e n do nm a n u a lw o r k ，b u tt h e r ea r es t r e e tl a m p s t h a tb r e a k u s u a l l yp r e s e n te v e r y r o a di na b i g o rm e d i u m c i t y , w h i c hb r i n gm a n y i n c o n v e n i e n c e st o m a n a g e m e n t i ti s d i f f i c u l tt ot h ep u b l i cf a c i l i t ym a n a g e m e n t o f f i c et ok n o ww o r kc o n d i t i o n so fs t r e e tl a m p si nt i m ei nt h e i rd i s t r i c t p a t r o l l i n g l a m p s a t n i g h t a n dl i n e si nt h ed a yh a st ob e a d o p t e d i nm a n p a t r o l l i n g t h ei n t e n s i t y o fl a b o ri s h i g h a n de f f i c i e n c yi sl o wi nt h i s w a y b e s i d e sm a k i n g aw a s t eo f m a n p o w e ra n de l e c t r i c i t y , i t sm o n i t o r i n ga n dc o n t r o le f f e c ti s n o ti d e a l t h er a p i d d e v e l o p m e n t o f t e c h n o l o g y o f c o m p u t e r 、c o m m u n i c a t i o n a n do t h e r s b r i n g s a d v a n t a g ef o r t h es u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e mo fs t r e e tl a m p t h ec o n d i t i o no fg s m n e t w o r k si m p r o v e s i n c r e a s i n g l y , a n d i t sc h a r g ef a l l sd o w n ，w h i c hc a nm a k e g o o d u s e o ft h eg s ms h o r tm e s s a g ef o rt h es t u d yo ft h er e m o t es u p e r v i s o r ys y s t e m t h i s p a p e ri n t r o d u c e st h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no fs u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e mo f u r b a n s t r e e tl a m pb a s e do ng s m s h o r tm e s s a g e t h e s y s t e m i sc o m p o s e do fs u p e r v i s o r yc o n t r o lc e n t e r , r e m o t et e r m i n a lu n i ta n d c o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e m s t h ec e n t e rc o n s i s t so fp c ，g p sm o d u l e ，g s mm o d u l e ， a n de t c t h ec e n t r a lm a n a g e m e n ts o f t w a r ew a sp r o g r a m m e db yv b ，a n dm a k e s t r e e t l a m pm a n a g e m e n tv i v i dr e c u r r e dt og i s g p sm o d u l ep r e c i s et e l l i n gt h er i g h tr e a l t i m ec a ng u a r a n t yc o n s i s t e n to fc l o c kt oe n s u r es i m u l t a n e i t yo fo p e r a t i o n g s m m o d u l et r a n s m i t sd a t ao ri n f o r m a t i o nt or e a l i z ec o m m u n i c a t i o nw i t l le v e r yr t u ， r t uh a sas i n g l ec l i pa n ds o m ep e r i p h e r a l sa si t sc o r e ，w h i c hc o n n e c t e dw i t hg s m m o d u l e ，d a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e ，a n ds o o n i tc a ne x c h a n g ei n f o r m a t i o nw i t h s u p e r v i s o r yc o n t r o lc e n t e r , r e s p o n dt h eo r d e ro fc e n t e r , a c c o m p l i s ht h et a s ko fd a t a a c q u i s i t i o n t h es y s t e mh a s t h ef u n c t i o no f g i v i n g a na l a r mw h e ns u d d e n n e s s h a p p e n s t oe l i m i n a t em a l f u n c t i o na s q u i c k l y a sp o s s i b l es oa st ob e o p e r a t e ds a f e l y s t r e e tl a m ps u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e mr e a l i z e st h eu n i f i e dc o n t r o l ，m o n i t o r i n g a n dm a n a g e m e n to fu r b a ns t r e e tl a m ps y s t e mb yc o m p u t e r s o p e r a t o r sc a na c q u a i n t t h e m s e l v e sw i t hc o n d i t i o n so fe v e r ys t r e e tl a m po n l yt h r o u g hm o n i t o r i n gc o m p u t e r , a n dc a no p e no rc l o s et h e m r e s p e c t i v e l y , a c q u i r ed a t ai n f o r m a t i o no f s t r e e tl a m p sa n d r t u t h es y s t e mh a sh i g hr e l i a b i l i t y , s t r o n ga p p l i c a b i l i t ya n dc a ns a v em a n p o w e r ， r e d u c ee x p e n s eo fe l e c t r i c i t ya n d i m p r o v em a n a g e m e n t o fs t r e e tl a m p si nc i t y k e yw o r d s ：s t r e e tl a m p ；g s ms h o r tm e s s a g e ；l o n g i n s t a n c em o n i t o r i n ga n d c o n t r o l ；r e l i a b i l i t y ； 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑i 堡盔些盘堂或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑i 垦垒些苤茎有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权塑i 垦盔些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 导师签名 签字日期：年 月日 签字日期 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 缮黝 年月 日 电话 邮编 基于g s m 短消息的城市路灯智能监控系统 1 概述 1 1 城市路灯控制和管理的现状 路灯是城市形象的标志，是城市的窗口 照明是关系到亿万市民切身利益的重要环节 也是城市建设中必需的公用基础设籀。城市 直接反映了城市的建设水平和市容风貌，路 灯的控制和管理水平更显示出城市的现代化程度。因此，保证城市路灯处于良好状态，不 仅直接关系着人民的生活、生产发展、交通安全和社会治安，而且对于提供良好的投资环 境，吸引外商外资，促进经济腾飞等起着非常重要的作用。口】 建国以来特别是改革开放之后，我国经济建设成绩有目共睹，精神文明建设进步迅速。 随着社会主义现代化建设的不断发展，城市路灯己从单纯的照明发展成为美化城市环境、 改善投资形象的重要组成部分。随着温饱问题的解决及小康生活的实现，在现代化的火中 城市，政府管理部门以及富裕起来的市民对城市亮丽风景线的道路照明及发展水平，提出 了越来越高的要求。 1 1 1 城市照明系统传统控制方式 长期以来，国内大多数城市路灯照明控制广泛采用传统控制方式，包括以下几种： ( 1 ) 人工控制方式；根据开关灯时间表由值班人员负责手动进行开关灯操作。 ( 2 ) 时控方式：以时间为唯一的开关灯依据，不论气象条件如何变化，均只能在规定时 刻开关灯，仅随季节变化人工干预调整开关时间。 ( 3 ) 光控方式：按光照度的差异来控制路灯开关，但在光线不足的白天或有强光照射的 夜晚，可能会发生误动作。p t t 2 存在的主要问题 国内大多数城市路灯的开关灯控制由各变压器( 配电箱) 分散控制。尽管城市路灯运 行有专门控制线，只有控制功能而无法实现监测。由于不能严格按照室外自然光照度进行 控制，不仅实时性差，故障率高，而且浪费严重。另外，传统控制方式要求人不离岗，及 时控制灯光的开启和关闭，由于人工控制误差而造成电能浪费很是惊人。比如采用定时器 控制方式时，由于一年四季的时差，要经常对定时器进行人工调整从夏至到冬至，日出 时间推迟、日落时间提前：从冬至到夏至，日出时间提前、日落时间推迟，据此天气现象， 要求路灯开关时间根据日出日落时间进行调整。这样不仅消耗大量人力资源，还可能由于 调整不及时而造成浪费。”“ 对于大中城市，路灯存在于大街小巷，站点多，分布面广。如此以来，自然损坏和人 为破坏时有发生，加之分布广、损坏率高等特点，给路灯的维护管理带来了很多困难，管 理部门无法及时掌握辖区路灯运行状况，只有通过专人专车巡回检奄或群众举报才能掌握 河北农业大学硕士学位论文 路灯的工作情况。 目前，我国路灯管理部门多采用“人工巡视”方式对路灯工况进行检查。典型工作流 程为：巡检人员或市民群众发现故障后通知承询台；承询台将故障地点、类型等情况填写 维修票下发到相应维修队；维修队调派维修人员赴现场进行处理；维修人员处理完毕填写 完工情况，将维修小票传回；承询台签收维修小票，故障处理完毕。此方式费时费力，难 于满足高“亮灯率”的要求，远远落后于现代道路照明的需要。【6 1 国家经委、国家计委在节约用电管理办法第十五条对节电提出了“电力需求侧管 理”的概念，电力需求侧管理是指通过提高终端用电效率和优化用电方式，在完成同样用 电功能的同时减少电量消耗和电力需求，达到节约能源和保护环境，实现低成本电力服务 所进行的用电管理活动。 夜间大面积灭灯，是影响道路照明的最重要问题之一，人工巡视难于及时发现并给予 维修处理，给人民生活带来许多不便，社会反映强烈。人工巡视依靠巡检人员在开灯时间 开车巡视，而这也仅限于主干道，次干道、小街小巷则无暇顾及。傍晚早送电，清晨晚断 电，甚至“长明灯”现象时有发生，造成电能浪费。此外，人工巡检信息反馈滞后，管理人 员无法及时做出相应处理；路灯的损坏率和亮灯率完全靠人工记录，其准确度和及时性无 法保证，对历史资料的查询也费时费力，从而严重影响路灯的维修管理。【4 由于无法实时 监测路灯线路的电压与电流，因此对路灯线路上的盗用情况也无能为力。总而言之，人工 巡视周期长劳动强度大，随机性强，而且控制精度低，很难满足高“亮灯率”的管理要 求。 1 2 路灯监控系统的必要性 路灯照明系统是城市建设当中不可缺少的公用设施，设计自动化程度高、运行可靠、 高效节电、使用维护方便的监控系统，是路灯控制与管理现代化的必然要求。传统的路灯 = i f 关控制完全依赖光电控制或操作人员根据时钟定时控制，不但亮灯与关灯的时刻不准 确，而且很可能会由于人为失误或其它因素( 如某处控制线断) ，造成大面积路灯不亮， 造成不良影响，给人民的生活带来不便。d 7 1 微机监控系统通过监控中心的实时监控，监测各分控点的工作情况、运行状态，包括 实时电压、电流以及开关状态等。当路灯站点出现故障的时候，报警信息能够及时反馈给 监控中心进行处理，保证路灯处于良性状态，方便人民生活，减少交通事故，扼制夜间作 案，改善投资环境，促进经济腾飞，提高城市道路照明的现代化控制和管理水平，社会效 益也非同一般。 1 3 路灯监控系统建设的可行性 1 3 1 通讯的可行性 2 采用无线信道有以下几种方式； 基于g s m 短消息的城市路灯智能监控系统 ( 1 ) 数字数据网( d i g i t a l d a t a n e t w o r k ，d d n ) 是利用数字通讯( 如光缆、数字微波和卫 星信道) 来传输数据信号的数据传输网，可以为用户提供专用的数字数据传输信道，为用户 建立专用数据网提供条件。d d n 网络提供图像通信、数据电话通讯、数据广播通讯等多种 业务，具有传输速率高、网络时延小、误码率低、可靠性高等特点。缺点是d d n 在某些 城市覆盖面积小，且数据网在使用成本及使用畅通上也易受数据通讯的控制。 ( 2 ) 专门的路灯监控通讯网。必须向当地的无线管理委员会申请专用的通讯频道，在监 控中心架设全向高增益天线，远程监控终端设立电台。专用通讯网不受外界控制，通讯半 径可以通过在监控终端设置逐步扩展；缺点是一次性投资较高，监控点越多系统成本越高， 且网络需要自己维护。通讯可靠性不够理想。 ( 3 ) g s m 无线移动网是一种极具发展前途的新兴技术，由中国移动和中国联通两家建网， 覆盖范围大，无须担心存在死角、盲区等问题。即便是个别地方局部网络覆盖有问题也是 暂时的，只要与当地通讯部门协调即可解决。g s m 网络具有通讯数据传输响应时问短、抗 干扰能力强、功耗低等特点，且系统建设费用低廉。1 132 设备的可行性 路灯微机监控系统是集计算机技术、现代通讯技术、检测技术、自动控制等技术于一 体的高科技系统工程。口1 ( 1 ) 现代化计算机技术飞速发展，其硬件、软件性能和可靠性都大大提高，能够满足路 灯监控系统长期稳定可靠运行的要求。 ( 2 ) 无线数据通讯设备发展日趋成熟，无论从可靠性、资费，还是对使用环境的要求等 各方面都可得到满足。 ( 3 ) 各类检测设备正在向小型化、智能化方向发展，可靠性逐渐提高，完全可以适应路 灯监控系统长期正常高效运行的要求。 1 4 路灯监控系统组成及功能 路灯管理部门对路灯控制系统的基本要求为：能够自动控制路灯的开启和关闭，采集 路灯照明期间线路的电流、电压等参数，计算亮灯率，检查线路的状态( 断线或短路等) ， 能够分析故障原因，为照明系统的正常运行、维护提供支持和帮助。“ 随着城市现代化建设的发展，对路灯从数量到质量要求都在日益提高。常规的监控方 式不仅耗费大量的人力、物力和财力，还无法达到准确、及时、全面。发展路灯的自动化 管理水平是物质文明的提高，也是精神文明的进步，采用先进技术提高路灯自动化控制与 管理水平，实现科学化控制、管理，势在必行。 近年来，计算机技术发展迅速，结合各行业实际取得了许多成果，极大的推动了社会 发展。城市路灯照明监控系统符合时代进步要求，能够提高路灯管理效率与现代化程度， 提高照明质量，节省运行所需人力、物力。借助于计算机、通信等先进技术，开发研制与 城市道路照明相配套的智能监控系统成为必然，拥有运行可靠、自动化程度高、高效节电、 3 河北农业大学硕士学位论文 使用维护方便的城市路灯监控系统将成为现代文明大都市的重要标志之一。【1 1 】 1 41 城市路灯监控系统的组成 图1 4 1 为路灯监控系统的基本组成。 图1 4 1 路灯监控系统组成 f i e 1 4 1c o m a o s i t i o no fs t r e e tl a m as u p e r v i s o r yc o n t r 0 1s v s t e m 城市路灯智能监控系统由监控中心、分控点及通信部分组成。监控中心由监控计算机 及其外围设备、大屏幕投影仪、g s m 通信模块等组成，用于对辖区各路灯节点进行监控。 各分控点均安装在市区街道路灯变压器或者配电箱处，内装有单片机测控装置，包括电流 采集电路、电压采集电路、接触器驱动电路及g s m 通信模块等，用于执行监控中心的遥 测、遥控等命令，对节点各路灯支路的电流、电压进行监测和采集，响应监控中心命令对 各支线路灯进行开关控制。 1 4 2 城市路灯监控系统的功能 监控中心为监督控制方式，是整个路灯系统的指挥和数据处理中心，主要完成各种信 息和数据的收发、整理，根据需要对各节点进行遥测、遥控，亦可脱机进行，完成管理、 办公自动化方面的工作。分控点单片机系统为实时在线控制系统，不断检测线路状态、参 量及查询监控中心的命令。b 2 ( 1 ) 遥控 监控中心根据路灯开关时间自动控制路灯开关，以当地3 6 5 天日出日落时间作为基 本条件，设定有效开关时段，根据天气变化等因素引起的照度不同，按具体情况执行开 关操作，方便使用节省电能。 系统操作人员在监控中心进行操作，实现群控开关灯，或部分开关灯。 分控点根据预设时间独立定时开关灯。 4 基于g s m 短消息的城市路灯智能监控系统 监控中心对各分控点精确授时，校正系统时间。 ( 2 ) 遥测 监控中心微机可以按照预置时问间隔对分控点进行数据采集，包括该时刻的电压、电 流等运行参数。通过对这些数据分析可得到线路状态、亮灯率、故障原因等数据资料。若 采集到分控点数据不正常( 如关灯时电流不为零) 或远程终端故障等，则必须能够报警， 做到异常、故障早发现早排除。 ( 3 ) 遥信 分控点设备向监控中心上报工作状态和故障信息，遇故障时能够自动报警。 1 5 城市路灯监控系统的特点 ( 1 ) 提高辖区路灯亮灯率，保证一致性。对辖区内所有路灯、景观灯根据季节、气候、 天气以及特殊节假日等要求，统一控制所辖路灯，不但保证了路灯的一致性，而且避免由 于人为等原因造成的电能浪费。 ( 2 ) 系统信息反馈及时，故障响应时间短。分控点电压、电流、电度值等能够及时反馈 到监控中心，管理人员可以很方便地了解辖区内路灯的开关灯等状态信息；为维修人员提 供决策性支持，缩短故障响应处理时间，及时发现故障隐患。 ( 3 ) 节省电能，减少浪费。系统通过合理的设置开关灯时间，节省电能。系统的自动化 运行使日常巡线、巡灯等工作大大减少，节省人力、物力。 ( 4 ) 报表功能。准确性、实时性高的报表( 如：亮灯率、故障率) 能够为管理人员提供 数据支持，提高系统管理水平。 随着城市现代化的飞速发展，大力改造落后的城市路灯控制管理系统势在必行。例如， 南京、上海、太原等城市都己经实现了路灯无线管理与监控。虽然他们开发的先后时间与 技术手段有所不同，但是他们的共同点就是大大的提高了城市路灯的管理效率，实现了剥 路灯故障的及时处理，改善了城市路灯的亮化水平；同时，也取得了明显的经济效益，节 约了电能，确保了安全供电。因此，本课题的研究有着具有重要的意义和广阔的应用前景。 5 翌i ! 变些查堂堡主兰些笙苎 2 通讯方式 近几年来通讯技术发展速度迅速，各种数据通讯方式不断出现。城市路灯智能监控 系统中监控中心与分控点之间的通讯方式选择是系统设计的关键部分之一。它是连接监控 中心和分控点的中间媒体，起到上传下达的作用。 2 1 通讯方式 21 1 通讯方式简介 通讯通常包括有线通信和无线通信两种方式。 ( 1 ) 有线通信，通过专门的通信线进行传输，通信线主要包括以下几种方式：【”】【“】 通信同轴电缆，由中心导体、固定中心导体的电介质绝缘层、外屏蔽导体和外绝缘 层构成。同轴电缆可分为用于基带数字信号传输的基带同轴电缆和用于宽带传输的宽带同 轴电缆，可用于点对点或点对多点配置。典型基带同轴电缆所覆盖的最大距离限于几公里， 而宽带同轴电缆可延伸到数十公里。 取绞线，由有规则地翅制在一起的两根绝缘导线( 一根作为信号线，一根作为地线) 组成。双绞线可用于点对点或点对多点通信，对干扰和噪声非常敏感。若采用线驱动器与 接收器，可完成长距离的高速数据传输。 电话线，是进行串行数据通信的非常经济的途径，但在远程通信时传输线上的分布 电容易使数据波形失真。 电力线，利用电力线载波实现计算机问的数据通信，大大降低成本，缩短工时。为 避免频段干扰，发射频率般选择在长波段1 0 0 3 0 0 k h z 。电力线载波传输限于同一电力 变压器供电范围内，并且主从机最好接于同一相线，这样传输衰减小、传距远、效果好。 光缆，是由光纤组成的可传输光信号的介质，其传输速率高，不受电磁干扰影响， 具有良好的保密性，但造价高。 ( 2 ) 无线通信。远程通信在现代社会中占有越来越重要的地位，无线通信是通过无线电 波实现的，理论基础是无线通信技术。目前无线通信主要有两种方式： 1 3 d 5 通信双方直接发送和接收对方的信号，可以通过自定义频率来接收和发送，并且可 根据要求不断地调整变化；另外，数据可以加密，保密性好。不足之处是发射功率大，传 输距离限制较大，传输距离限在几公里之内。 通信双方间接通信。如当今流行的g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 蜂窝移动通信系统，综合利用了移动通信技术、网络技术、数字信号处理、计算机处理技 术等研究成果。g s m 无线移动网络覆盖范围广，技术成熟，保密性好，通话质量高，提供 语音和数据传输服务，不受传输距离限制。一般城市无须担心死角、盲区等问题，个别地 方局部网络覆盖问题也只是暂时的。g s m 无线m o d e m 发射功率小( 仅为o 6 w ) t 平时 处于待机状态，数据传输响应时间小于l o s ，抗干扰能力强。短消息服务支持漫游功能， 6 基于g s m 短消息的城市路灯智能监控系统 从而可用于实现远程维护和远程监控，且通讯费用不变。 2 1 2 方案选择 监控系统的数据传输方式按数据传输媒介的不同可分为有线系统和无线系统两大类。 二者各有利弊，讨论的焦点主要集中于系统的造价和通信的可靠性问题上。由于地域差别 较大，且系统要求有别，一般按不伺地区、不同系统区别对待。 有线系统优势在于数据传输的可靠性，但是系统投资费用大，且需铺设专门线路，工 程造价高，审批程序烦琐困难。无线系统只要解决好数据传输的可靠性问题，优势将很是 明显。 无线系统中，移动通信网是比较理想的数据传输方式。其中g s m 网络全国范围内联 网、漫游，网络能力强，无需组网，网络覆盖范围广，对用户数量无限制，可以为客户节 省昂贵的建网费用和维护费用，克服了专网通信系统投资成本大，维护费用高等缺点。i l “ g s m 是以加入窄带i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ，综合服务数字网) 网， 向用户提供i s d n 业务为目标的。主要支持的业务包括以下三大类： ( 1 ) 基本电信业务：包括电话、传真、紧急呼叫、短消息、话音信箱、智能用户电报等， 可以与p s t n ( p u b l i cs w i t c h e d t e l e p h o n en e t w o r k ，公共开关电话网络) 、i s d n 等互通。 ( 2 ) 数据传输业务：包括3 0 0 b s 和1 2 0 0 b s 异步双工数据传输，1 2 0 0 b s 、2 4 0 0 b s 、4 8 0 0 b s 、 9 6 0 0 b s 同步双工数据传输，以及它们的分组式传输等。 ( 3 ) 补充业务：包括三方会话、电话会议、呼叫转移等业务。呼叫转移是指在无法接昕 来电时，将该来电转往另一电话机或语音信箱。i 1 “ 所谓短消息就是通过g s m 网络传输的有限长度的文本信息。s m s ( s h o r tm e s s a g e s e r v i c e ) 短消息业务作为g s m 网络的一种基本业务，与语音传输及传真一样，同为g s m 数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。它通过无线控制信道进行传输，不用建立拨 号连接，把要发的信息加上目的地地址发送到短消息服务中心s m s c ( s h o r t m e s s a g es e r v i c e c e n t e r ) ，经s m s c 完成存储后再发送给最终的信宿。短消息服务本身具备数据传送功能， 利用s m s 进行无线通信可以双向传输数据，而且性能稳定，为远程数据传送和监控设备通 信提供了支持平台。 s m s 短信息服务作为g s m 网络的基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开 发商的重视，基于s m s 短消息的各种应用也蓬勃发展起来。考虑到系统安装成本、维护费 用、传输时间、可靠性、安全性等一系列问题，我们以s m s 短消息作为监控中心和分控点 间数据传输的通道，设计了基于g s m 短消息的城市路灯监控系统。 2 2 短消息业务的特点 短消息业务占用g s m 的控制信道，而不是业务信道，因此与话音业务、数据业务互 不干扰，是唯一不要求建立端端路径的业务。 7 河北农业大学硕士学位论文 2 2 1 短消息业务分类 短消息业务按其实现的方式可以分为点对点短消息业务和小区广播短消息业务。 ( 1 ) 点对点短消息业务能够使g s m 数字移动通信网用户发出或接收长度有限( 不超过 1 4 0 个字节) 的数字或文字消息，并且短消息的收发不影响通话。点对点短消息业务即通 过m o ( m o b i l e o r i g i n a t e ds h o r t m e s s a g e ，移动起始短消息) 和m t ( m o b i l et e r m i n a t e ds h o r t m e s s a g e ，移动终接短消息) 将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务。点到点 短消息业务由s m s c 完成存储和前转功能的。点对点消息的发送或接收应在呼叫状态或空 闲状态下进行，由控制信道传送短消息业务。 ( 2 ) 小区广播短消息业务是指通过发送信息的基站向指定区域中所有短消息用户发送短 消息的业务。它也是在控制信道上传送的，移动台只有在空闲状态下才可接收广播消息。 该业务将发送的短信息编码后，使消息的长度增加为每页8 2 个字节( 7 b i t 编码，9 2 个字 符) ，并且最多能发送2 0 页之多。通常移动公司会使用这种方式在一定的区域内向所有 g s m 用户循环发送一些具有通用性的信息如交通信息、天气情况、股市信息、新翔等。 1 1 8 - 2 2 2 2 2 短消息业务的优点及应用 由于短消息发送占用信令通道，当移动台占线而无法通话的情况下仍可按收短消息。 使用短消息服务，可以做到信息的及时发布，即使对方关机或不在服务区，s m s c 也会保 存短消息，并在h l r ( h o m e l o c a t i o n r e g i s t e r ，归属位置寄存器) 中设置等待标志，一旦 对方开机或回到服务区g s m 系统会及时通知短消息服务中心重发，用户即可收到短消息。 短消息业务是g s m 系统中最为简单、最方便的数据通信方式。短消息业务的优点如 下： ( 1 ) 收费低廉 资费问题始终是消费者最关心的。尽管语音业务资费不断下调，但相对短消息服务费 用来说还有很大差距。消息服务单向收费，接收方免费，价格优势明显。 ( 2 ) 时时在线 只要手机处于开机状态，就可以接收短消息，用户可以随时发送短消息，可以说是2 4 小时在线。另外，短消息服务中心能够存储信息，对由于关机或其它原因而没有受到的短 消息临时存储，只要提交短消息时间有效期设置恰当，在开机后仍然可以接收此短消息。 ( 3 ) 多种数据承载能力 短消息服务有三种模式：块模式、文本模式和p d u ( p r o t o c o ld e s c r i p t i o nu n i t ) 模式。 其中，p d u 模式时下最为流行，它可毗传输文字、声音及图像，特别是现在彩信的出现使 人们可以传输彩色照片。 ( 4 ) 内容丰富使用方便 用户可以根据自己的喜好自由挑选定制自己感兴趣的信息服务。短消息不要求对方必 须在另一端，用户可以随地发送短信息，而不必管对方开机已否，是不是在服务区- 也不 8 基于g s m 短消息的城市路灯智能监控系统 用担心深夜打扰对方休息。因为短信息可以存储在短消息服务中心，旦对方开视，短信 息就会自动发送到他那里。】 以上是短消息的一些优点除此之外还具有开通方便等许多语音等业务无法代替的功 能。 2 3s m s 短消息的开发 数字蜂窝移动通信是基于时分多址技术的移动通讯体制中应用广泛、成熟、完善的系 统，是我国公众移动通信网的主要方式。s m s 短消息服务是g s m 终端之间通过s m s c 短 消息服务中心进行文本信息收发的应用服务，服务中心完成信息的存储和转发功能。短消 息服务已经成为各种信息服务中最炙热的增值服务，在g p s ( 全球定位系统) g s m 移动 车辆监控定位系统、远程维护系统、数据采集等众多领域得到了广泛的应用和发展。 2 。3 1 g s m 通信接口的硬件实现 g s m 无线通信控制终端的通信接口一般采用可供二次开发的标准g s m 模块，如西门 子的t c 3 5 系列模块、w a v e c o m 公司的w i s m 0 2 系列模块等。这些g s m 模块具有g s m 无线通信的全部功能，提供标准豹u a r t ( u r d v e r s a ls y n c h r o n o u sr e c e i v e r t r a n s m i t t e r ) 串行 接口。因此，单片机可以方便地通过串口与g s m 模块连接，使用g s m 0 7 0 5 所定义的a t 指令集指令实现短信息的收发、管理和查寻等。 2 5 1 系统中，选用了w a v e c o m 公司的w i s m o q u i k q 2 4 0 3 a 模块，其特点介绍见附录a 。 2 6 1 1 2 7 1 图2 3 1 为qz4 03a 模块功麓结构示意图。 卜围 射频接口 “o 控制 一电源管理卜 a i d 转换 6 0 卜呻怔叵卜 s i m 卡控制 弓【 脚 c p u 接 豇 存储管理单元 口 连 接 器 实时时钟 托及s p i 控制 专l 音频接口卜h 话音编译 键盘控制 u a r t 图2 ，a 1q 2 4 0 3 模块功能结构 f 礤2 3 ，1f u n c t i o n a l a r c h i r e c t u r eo f 啦4 嘲 9 河北农业大学硕士学位论文 使用g s m 模块实现短消息系统有如下优势： 2 8 1 ( 1 ) 用户只需一台电脑即可使用该系统，对硬件设备要求低。( 2 ) 模块使用外接电源，可 以长时间连续工作。( 3 ) 开发简单，有短消息开发接口，支持v b ，v c + + ，d e l p h i 等调用。 ( 4 ) 具有接收功能，可实现真正意义上的交互处理。( 5 ) 能够稳定的进行大量短信息的群发。 2 3 2 基于g s m 的软件接口实现 g s m 模块与计算机间的通信协议为a t 贺氏指令。a t 指令集是由诺基孤、西门子、 w a v e c o m 、爱立信、摩托罗拉和h p 等公司共同为g s m 系统研制，由e t s i ( e u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d si n s t i t u t e ，欧洲通信技术委员会) 发布，包含了对s m s 的控制。 a t 指令在此基础上演化并被加入g s m 0 7 0 5 标准以及之后的g s m 0 7 0 7 标准。因此，m c u i = l ：通过u a r t 串行接口直接向g s m 模块发送指令，实现g s m 短消息的收发、查询等操作。 a t 指令( 除重复操作指令a 5 i - ) 均以“a t ”开头，除了发送短消息最后是以 + 结束外，其余都以回车符 结束，指令执行成功与否均有相应的返回，响应形式为 ， 是换行符号。其它非预期信息，模块有信息提示， 接收端可作相应处理。在a t 指令中还包括控制符：结束符( 用 表示，1 6 进制的o x o d ) 和发送符( 用 表示，1 6 进制的0 x l a ) 。常用的与s m s 有关的g s ma t 指令如表 2 3 1 所示。 1 5 , 3 0 , 3 1 , 4 2 完整的a t 指令表见附录b 。 1 0 襄2 31 梧关的g s ma t 目令 t a b j e 2 2 1i n t e n e l a t e dg s ma ti n s t n l c t i o n 下面重点介绍常用的初始化指令和短消息操作指令。1 “4 1 1 ( 1 ) 初始化指令 设置波特率。设置w i s m o 模块的通信波特率，a t + i p r = 。指令正确则 基于g s m 短消息的城市路灯智能监控系统 模块返回 o k 。 设置短消息服务中心号码。a t + c s c a = “+ 8 6 1 3 8 0 0 3 1 1 5 0 0 ”( 保定移动通信s m s c 号码) ，设置正确则模块返回 o k 。如果读取s m s c 号码则使用 指令a t + c s c s = ? ，模块返回 + c s c a ：“8 6 1 3 8 0 0 3 1 1 5 0 0 ”。注意：s m s c 号码可能会因手机不同或城市不同而不同。 选择当有新的短消息到达时自动提示。a t + c n m i = 1 ，1 ，0 ，0 ，i ，设置正确 则模块返回 o k ；错误则返回+ c m se r r o r ： 。指令设置可使 模块在短消息到达后向单片机发送指令 + c m t i ：“s m ”，i n d e x ( 消息在s i m 卡 中的存储位置) 。 设置短消息支持格式。a t + c m g f = 0 i ，设置0 代表文本模式：设置1 代表 p d