远程路灯控制系统设计概述.doc

远程路灯控制系统设计概述1路灯控制系统的发展概况路灯照明系统是城市建设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、使用维护方便并能美化市容的路灯系统，是路灯控制与管理现代化的必然要求。但是传统的路灯开与关的控制完全依赖光电控制或操作人员根据时钟定时进行，控制为一级一级串联进行的。在这种方式下，不但亮灯与关灯的时刻不准确，而且会由于人为的失误或其它因素(如某处控制线断)，造成大面积路灯不亮。此外，路灯巡检方法是靠维修人员在开灯时间开车巡视，发现问题才去解决，而这也仅仅限于主干道。对于次干道、小街小巷则无暇顾及，常常出现局部路灯长期不亮的情况。人工巡检方式必然导致信息反馈滞后，使管理人员无法及时做出相应处理。在管理方面，路灯的亮灯率与损坏率全靠人工记录，其准确度和及时性均无法保证，从而影响到损坏路灯的维修工作，而且对历史资料的查询也费时费力。再者，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。目前，大多数中小城市仍然以上述传统的方式进行管理。随着城市现代化的发展，有必要大力推广城市路灯管理系统的改造。例如，南京、上海、苏州等城市都已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，实现了对路灯故障的及时处理，改善了城市的亮化水平。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。2工程背景和意义本课题是为城市路灯控制系统设计监控终端。采用最新的单片机和合理的硬件结构，使其功能完善，适应现代化城市发展的需要。具体来说，确定路灯监控系统论文选题的原因主要有如下一些:1.从无锡路灯管理处了解到，他们92年采用的路灯控制系统已经严重落后，满足不了现代城市发展的要求，应采用新的技术予以更新，在开发设备上给予支持；2.目前国内城市建设发展很快，道路扩宽，城区扩大，市政在路灯方面的投资也开始加大，特别是一些新兴的中小城市，其推广应用前景是很广阔的；3.作为比较完整的计算机控制项目，本课题涉及面较广，包括遥控、遥测、通讯、数据采集、自控以及管理等等一系列技术。路灯监控系统终端，既是一个完整的系统，又是更复杂系统的基础，故它有一定的代表性。综上可知，本课题不仅可以应用于城市路灯工程改造，而且还可以推广到类似的项目，如船闸综合自动化系统、城市污水无人值守管理系统、自来水供水监控系统、城市供电监控管理系统以及许多其它的类似项目。可以认为，研制城市路灯监控管理系统会对今后开展其它工作具有指导意义。3路灯控制系统的组成和信道选择图1.1为城市路灯监控系统的组成示意图，其中包括一个由中心计算机为主体的主站MTU(Master Terminal Unit)和若干个由单片机为主体构成的远程终端RTU(Remote Terminal Unit)。图1.1 路灯控制系统的组成Fig 1.1 The composition of the Street Lamp Control System主站与远程终端之间的数据通信一般采用调制解调器，其通信信道有以下几种方式:1)有线通信，通过专门的通信线进行传输。通信线可以采用:(l)同轴通信电缆，它由中心导体、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。此又分为用于基带数字信号传输的基带同轴电缆(如50同轴电缆)和用于宽带传输的宽带同轴电缆(如公用天线电视CATV系统中使用的75电缆)。前者专门用于数字传输，波特率达10Mb/s；而后者可用于模拟传输或数字传输，数字传输波特率可达50Mb/s。前者每段50电缆可支持100个节点，而后者75宽带可支持数千个节点；(2)双绞线，由彼此绝缘双绞而成的一根信号线和一根地线组成，可用于点对点和点对多点通信，采用线驱动器和接收器，可长距离传送数据。其抗干扰能力低于同轴电缆，但价格很便宜；(3)电话线，利用现有的电话线进行数据通信不要专门架线，但要支付电话费用，且在远程通信时，传输线上的分布电容会使数据波形失真；(4)电力线，利用同一变压器同一电网上的电力线载波也可实现数据通信，这必将大大降低成本，缩短工时。可以单片机为控制核心，控制双音多频DTMF发生器MT5087，实现信号编码，再通过锁相环电路(LM567)进行信号调制。载波信号经放大后，耦合至电力线完成数据发送。接收端将电力线上耦合进行的载波信号。经锁相环电路进行解调，再送入DTMF译码器(MT8870)，实现信号译码，由单片机接收，使信号还原，从而完成两地的数据通信。由于交流电网干扰因素很多，为了避免频段干扰，发射频率一般选在1003OOKHz。目前己有多种电力载波扩频通信芯片供应，如PL2101专为电力线载波而设计的芯片。电力载波的主要问题是传输距离有限，一般仅几公里；(5)光缆，其主要优点是传送数据的速率可达几百Mb/s，在不用转发器的情况下，可传输数公里，并且不受电磁干扰影响，具有良好的保密性，但其造价高。2)无线通信，通过电磁波实现无线通信，目前有两种方式:(1)通过公共的GSM网络或自行开发的网络手机短信或直接拨号方式进行路监控数据的传输，即在主控手机和各节点电脑板上的相应通信模块之间通过通信网络将监控数据以短信方式进行传输，是一种便捷的方式，既不需要架线，又不需要申请无线通信频点和架设电台。但是采用公共通信网络通信费用较高；(2)通过自设电台实现无线通信，这种方式虽然初始投资需要一定费用，但具有以下优点；采用国家无委规定的专门数据传输频道230MHz，频点相互干扰小，有利于数据传送；扩充选址灵活方便；中心站可以迁移。因此，目前已应用的绝大多数路灯控制系统均采用无线数据传输。本课题在综合比较各种信道方案后，也选用无线数据传输方案，图1.2(a)和(b)分别示出总站和外围站的几个主要构成部分。4路灯监控系统的功能4.1路灯监控系统的技术参数和基本组成根据要求，确定路灯监控系统的主要技术参数如下:系统容量240可扩展信道传输方式双向单工同频传输传输速率12O0bit/s发射功率5W可调至25W工作频率220MHz-235MHz频段范围频道间隔25KHz接收灵敏度0.25V（12dB SINAD）工作温度-30+50数传方式异步传输调制方式通话时为FM, 数传时为FSK-FM天线阻抗50频率控制PLL锁相环数据采集精度模拟量优于1.5%，脉冲量优于7 %。，,开关量的差错率优于10-74.2路灯监控系统的主要功能路灯监控系统的主站和远程终端的主要功能要求如下:主站功能1.遥测:主站微机定时(可设置)对远程终端进行数据采集。采集远程终端配电箱该时刻的电压、电流和光照度强度。将采集的数据存储在微机中。2.遥控:1)自动遥控:主站微机根据其内存的开关灯时间(可依照地球自转规律得出，或由天文台查询给出)可自动控制各路路灯开关。为了兼顾天气变化等引起照度不同的因素，主站装有光照度测量装置，设定照度门限值，根据天气明亮情况，可在微机设定的开关灯前15分钟内(可选)提前开关灯。这样，使路灯开关以时间为主、光控为辅，更趋于合理。2)手动遥控:通