电气1061邓成公共照明的远程监控1.doc

毕业设计(论文)报告题目名称： 公共照明的远程监控 学生姓名： 邓成 学 号： 1004043640 二级学院（系）/专业：能源与电气工程学院/电气自动化 班 级： 电气1061 指导教师： 严明良 2013 年 5 月 5 日目 录摘 要4第一章 概述611课题产生的背景和研究意义612国内外公共照明监控系统的现状和发展6第二章 公共照明远程监控设备的总体设计方案721公共照明远程监控系统总体设计方案7211系统设计所遵循的原则7212系统的功能设计需求7213系统的总体设计方案822现有通讯方式的比较和选择9第三章 公共照明远程监控设备的硬件设计1031设备硬件总体构成1032微处理器的选择1033电源模块的设计11331 12V电源11332 5V及3V电源1234外围测控模块的设计13341人机接口模块13342开关量采集及控制模块14343时钟模块15344温度采集模块1635 GPRS通讯模块16351 SIM300模块简介16352 通讯模块硬件设计17第四章 公共照明远程监控设备的软件设计174. 1 MSP430的c语言开发调试环境1742监控设备的总体软件设计方案1843初始化模块中完成的工作1944人机接口模块程序设计2045开关量控制及采集模块程序设计2046电参量采集模块程序设计20461有功功率和无功功率的计算21462电压有效值的计算21463电流有效值的计算2147时钟模块程序设计2148温度采集模块程序设计2249电力抄表功能程序设计24410电缆防盗功能程序设计25411 GPRS通讯程序设计254111 SIM300的AT命令解析254112 GPRS通讯功能的实现254113 GPRS通讯程序的设计26412软件抗干扰措施28第五章 公共照明远程监控设备的实现28结束语30参考文献31致谢32摘 要我国传统的公共环境照明的控制、管理和维护手段存在效率低下、成本高昂，并且无法进行实时监控等问题，早已不能跟上现代化城市的发展速度。随着当今经济建设的发展，城市化进程的加速和交通运输事业的高速发展，城市和城市公共环境照明得到了长足进步。针对城市和城市道路照明发展中的能源需求和消耗不断加大，以及光污染等问题，建设部会同国家发改委、科技部等部门大力推进绿色照明工程，国家确定了在“十二五”期间国内生产总值能源消耗继续降低20%的目标，强调落实节约资源和保护环境的要求，建设低投入、高产出、低能耗、少排放、能循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型社会，并把推广高效节能绿色照明系统等列为十大节能重点工程之一。照明的质量和水平已成为衡量社会现代化和人类社会进步可持续发展的重要标志。采用先进的公共照明远程监控系统，具有高程度的自动化、可靠的设备运行、高效的节能和便利的维护工作等特点，成为各市政府极为关心的市政形象工程。此篇论文结合比较分析目前公共照明监控设备功能的基础上，深度研究公共照明远程监控系统的工作原理、实现的功能及特点后，结合当今社会对公共照明控制管理的要求，针对其中的传统通讯方式存在的漏洞和不足，借助自动化控制技术、数据采集系统和当今先进的远程无线通讯技术，即分组交换通信技术（以下简称GPRS）设计了一套公共照明远程监控系统。本文第一章首先简要概述了本课题的背景和研究意义、国内外发达国家与发展中国家的公共照明监控系统的现状；第二章再分析各种远程通讯方式的优点及缺点，结合公共照明远程监控系统应具有的设计原则和功能，确定监控设备的总体架构和设计方案；第三章主要详细地阐述公共照明远程监控设备的硬件设计：第四章分析了公共照明远程监控设备软件的整体架构及具体实现方法；第五章介绍所设计的公共照明远程监控设备的实现；最后对本论文进行全面的总结。关键词：远程监控；GPRS；远程抄表；MSP430；电缆防盗；ABSTRACT The controlling method for traditional public light system cant satisfy the needs of modern city ,for the questions exiting in it such as low efficiency ,high cost ,unable to monitor .Along with social and technical unceasing development ,the characters of advanced public light remote measuring and controlling system are automatic ,reliable ,saving and convenient ,the public light remote computer supervisory system has already become municipal administration vivid project which various municipal governments care for extremely .In this paper ,within the analysis of extant public light supervisory systems function and the society request to the public light control management ,studing the working priciples ,functions and characters of the public light remote measuring and controlling system ,we unify with the aid of the automation control and data acquisition system and the advanced communication technology-GPRS wireless communication .Also a new public light remote measuring and controlling device is designed ,which the real-time computer measuring and controlling of the urban public light is realized . The first chapter has first summarized briefly the system project background ,the situation and development of domestic and foreign street lights supervisory system and my main work .The second chapter analyse the advantadges and disadvantadges of different remote communication method ,combined with public light remote measuring and controlling system functions and pricinples ,determine the general design scheme .The third chapter describes the hardware design of public light remote measuring and controlling device in detail .The forth chapter analyze the entirely structure and the implement method of public light remote measuring and controlling device .The fifth chapter introduces the realization of public light remote measuring and controlling device .At last ,we summarize the article.Key words : Remote Measuring and Controlling ; Remote Meter Reading ; MSP430 ; GPRS ; Cable Anti-Burglary ;第一章 概述11课题产生的背景和研究意义一座城市的公共环境照明必然关系到市民的切身利益，同时也直接反映了这座城市的建设水平、市容风貌和人文气息，其控制和管理水平更显示出城市的现代化程度。客观地评价，我国目前的公共照明设施监控系统总体来说技术还是相对落后的，大多数地区还在使用传统的控制方式。所谓传统的控制方式只要可分为三大种：人工控制方式、时控方式和光控方式。人工控制方式是指根据制定好的开关灯时间表，由值班人员手动进行开、关灯操作。时控方式是指以时间为唯一的开、关灯依据，不管在任何季节气象条件下，均只能在规定的统一时刻开、关灯，随着季节的变化，就需要人工干预来调整开关时问。光控方式是指按光照度的差异来控制开、关灯的，但在光线强度不足的白天或有强光照射的夜晚，均可能会发生误动作。因此，传统的公共照明控制方式由于没有远程数据采集和传输的功能，无法实现集中监控，所以运行、操作结果不能集中监视、记录与统计，达不到高水平的量化管理要求。在传统的控制方式中，设备动作是否正确、工作是否正常等都无法及时了解，唯有靠大量的工作人员进行巡视和市民主动报修等手段来了解。本论文采用无线监控系统以后，传统的照明系统的运行情况将得到根本性的改善。通过监控中心的实时监控，便可实时巡检各站点的工作情况，包括当前工作的电压、电流以及电能值和开关灯状态等。当任何一个站点突然出现故障的时候，信息都能够很快反馈到监控中心进行报警，从而使得故障能够在最短时间内得到处理，保证照明设施处于良性状态。该远程监控系统不仅大大减小管理人员的劳动强度，降低物资消耗，延长灯具的使用寿命，更能从质上减少电能的消耗，具有非常高的经济价值。同时应用该系统可以极大地提高城市监控自动化水平，有效提高亮灯率，有助于提高城市形象，便利人民生活，减少交通事故发生率，扼制夜间违法作案，响应祖国“十二五”的号召，其社会效益非同一般。12国内外公共照明监控系统的现状和发展公共照明远程监控系统是一款典型的分布式监督控制和数据采集系统，是集计算机技术、现代通信技术和自动控制技术于一体的高科技系统。计算机已发展成了人们工作生活中必不可少的部分，同样利用计算机借助一定的通信通道，即可对全市路灯、景观灯等公共照明的箱式变电站、变电柜、控制柜等从站测控系统，实现集中监测和控制。在国外众多发达国家，已经普遍利用计算机作为核心，制作一系列自动化程序控制道路照明。 而我国的公共监控系统的发展还处于发展阶段，多数城市公共照明设施的开、关控制基本都是由每台变压器(配电箱)分散控制，因此统一性差、故障率高。由于没有远程数据采集和通讯功能，无法实现集中监控，所以运行、操作结果不能集中监测、记录和统计。只能靠白天巡线、夜间巡灯的落后方法来获得，这种落后的做法不仅耗费大量的人力和物力，而且实时性十分差，处理故障的效率也非常低，很难满足现在高亮灯率的要求。所以采用先进的技术来提高公共照明自动化控制与管理水平，城市公共照明系统的建设刻不容缓。第二章 公共照明远程监控设备的总体设计方案21公共照明远程监控系统总体设计方案211系统设计所遵循的原则(1)实时性要求 (2)可靠性要求 (3)操作和维护要求 (4)经济性要求212系统的功能设计需求在监控中心能实现对各个分控点监控设备进行遥控、遥测和遥信功能，实时监控各个监控设备的状态与运行参数，接收故障报警等信息，并通过监控设备下达测控命令具体内容如下：(1)遥控a)监控中心根据开关灯时间曲线或程序员设定完整的开关灯时间，自动发出群控开关命令； b)操作员在监控中心发出的开关灯操作命令，实现群控开、关灯操作，部分群控开、关灯操作； c)各监控设备根据预先设定好的时间程序独立进行定时开、关灯操作； d)接收监控中心向各设备下发时钟校准命令，各设备按校正更新后的时间进行自动开关灯操作； e)在现场工作人员可通过人机操作界面手动对设备的详细参数进行设置。(2)遥测a)各配电控制柜进线电压； b)各回路三相电流； c)电能计量： d)现场设备环境温度； e)每路灯具的开关状态； f)电力载波通信设备运行状况； g)现场电缆运行状况。(3)遥信由各个设备单独向监控中心上报工作状态和故障信息，遇故障时可主动报警。a)停电报警信息； b)接触器故障报警信息； c)错误亮灯报警信息； d)电流、电压超上、下限报警信息； e)环境温度及变压器温度报警信息； f)电缆被盗报警信息。此外，监控系统终端还应当具备现场手动设定功能。通过键盘、液晶显示器输入输出设备，便于以后现场的安装、调试、维护与维修，并可控制该点的全夜灯、半夜灯和景观灯等，其显示的内容大体如下：(1)时间(年-月-日-时-分-秒)； (2)开、关灯的最后时限； (3)采集的交流电流和电压值； (4)输入的开关量状态； (5)输出的开关量状态； (6)可通过在线编程修改设置工作参数。213系统的总体设计方案一座城市的公共照明远程监控系统毫无疑问是一个典型的分散式测控、集中式管理的先进系统，可对这座城市内的所有公共照明设施进行监视、控制和管理。城市公共照明远程监控系统主要有四个组成部分：一、控制城市公共照明设施的监控设备；二、电缆防盗的的电缆智能防盗系统；三、远程无线通信处理任务的GPRS接口模块；四、监控中心实现对整个城市公共照明网的远程监控、管理等功能。系统整体设计架构如图2-1所示：图2-1 系统整体设计架构图22现有通讯方式的比较和选择我国的路灯监控系统还处于初级发展阶段大多数城市路灯与景观灯的开、关灯控制均由每台变压器(配电箱)分散控制，故障率高、统一性差。由于没有远程数据采集和通讯功能，无法实现集中监控，所以运行、操作结果不能集中监测、记录和统计。智能化高效节能城市公共照明是智能、安全、绿色的公共照明，它是指通过科学的照明设计，使用效率高、寿命长、安全和性能稳定的道路照明电器产品作为光源和附属器件，利用计算机、无线通讯数据传输、扩频电力载波通讯技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥信控制系统，通过合理的照明控制策略、集中管理并实时监控照明状况从而实现对照明设备的智能化控制，创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的城市道路照明。表2-1是国内应用最多的几种路灯监控系统软件的对比统计。表2-1路灯计算机监控系统软件资料统计表（代表）开发单位软件名称运行平台应用的城市通信介质丹东三安技术有限公司SA路灯监控管理系统Windows泰安、青岛、昆明、厦门、太原、包头、威海等多个城市无线数传电台泰安地天泰新技术开发有限发展公司LDWSC城市路灯智能监控系统Windows银川、呼和浩特、兰州、临沂、枣庄等多个城市可无线数传电台、屯话线拨号上网通讯、有线载波通讯等方式信息产业部电子第五十研究所Windows2000或WindowsXP天津、重庆、南宁、南昌、长沙、石家庄、常州、苏州、等数十个城市可采用专网CDPD等公网 目前国内各种通信技术，从客观的角度地评价，已经相当成熟。其先进的系统也已经应用到国内多个经济条件优越的城市的路灯管理中，但由于各种通信技术各有差异的特性，所以该系统在运行过程中存在着不少问题。例如采用无线电台通信的方案，即使运营费用非常低，站点的扩展也相对方便，可是覆盖范围亦相对较小，不仅实时性不好，且可靠性不高。还需要建造发射塔，因此导致投资成本偏高，第三章 公共照明远程监控设备的硬件设计31设备硬件总体构成监控设备主要包括：强电主回路、开关电源、人机接口、通信模块、数据采集单元、开关量控制等部分。32微处理器的选择目前的测控系统中的微处理器一般使用单片机或工业控制电脑来实现高速的信息处理、数字化控制及网络通讯等功能。由于工业控制电脑的启停时间长，系统的可靠性与采用专用芯片实现的单片机系统相比就略逊一筹，因此在可靠性要求很高的场合，多采用单片机作为测控系统的主控制器。同时，在测控系统中，作为主控制器的单片机对测控系统的品质指标提高具有举足轻重的作用，因此选择性能优良的单片机是提高控制系统性能指标的关键。TI公司的MSP430系列单片机是非常不错的选择，表3-1是该系列单片机的外围模块，同时其优势具有以下六点：(1)低电压、超低功耗； (2)强大的处理能力； (3)系统工作稳定； (4)丰富的片内外设；(5)方便高效的开发环境；(6)工业级的产品；表3-1 MSP430外围模块看门狗(WDT)定时器A(Timer A)定时器B(TimerB)比较器串口0、1(USART0、1)硬件乘法器液晶驱动器10位12位ADC14位ADC(ADCl4)端口0(P0)端口16(P1P6)基本定时器(Basic Timer)33电源模块的设计在本系统中需要用到以下几种不同的电压值：12V，5V，3.3V的直流电。在分站点所在的现场坏境中，供电线路上可以提供220V的交流电，同时在现场配置一个开关电源模块，将现场的220V的交流电压合理地转变为12V的直流电压提供给监控终端使用，不仅可以直接供电，还可以作为其他设备电源的来源。如此一来，其他的电源也都可以通过变换12V的直流电来产生，而且驱动能力也完全可以得到保证。接下来就分别详细介绍各种电源的产生以及其使用方法。331 12V电源12V电源除了用作系统的总电源以外，还直接用于中间继电器和光照度模块的供电。由于监控终端是通过中间继电器控制接触器，为了防止将外部的干扰引入系统，所以对12V总供电电源采取隔离措施，也就是将给中间继电器供电的12V电源与系统隔离开来。而采用的隔离芯片为BD5DCDC，这款产品适用于：(1)输入电源的电压比较稳定(电压变化10)；(2)输入输出之间要求隔离(隔离电压=1000VDC)；(3)对输出电压稳定度和输出纹波噪声要求不高。由于该芯片属于定电压输入隔离非稳压单输出，这里就不过多介绍了，见图3-1 12V电源电路图。图3-1 12V电源电路图332 5V及3V电源在本设计应用的系统中，5V电源主要用于给液晶模块、电参量模块、时钟模块、RS232、RS485通讯模块、74HC244和光电隔离器件等的供电。LM317是美国著名National公司的产品，次产品集调整管、基准电压、采样和保护电路于一体，构成三端可调正输出的集成稳压器。 LM317无论在稳压精度、纹波抑制比还是输出电压温度特性等方面都比7800、7900系列要好，并且具有过流、过热保护和调整管安全工作区保护功能。LM317的三个端子分别为输入端、输出端和调整端，它没有接地(公共)端，所以是一种悬浮式电路结构，基准电压为1.25V。最大电流3A，具有保护功能，电压输出范围为1.2537Vt61。RH5RL33AA是一款精密度非常高的电源稳压芯片，输出误差稳定在正负O075之间，可以为单片机提供稳定的电源。这样的设计完全能够满足MSP430等元器件对电源的要求。图3-2为5V及3V电源的电路图。图3-2 5V及3V电源电路图34外围测控模块的设计 341人机接口模块为了提高系统的可操作性和可维护性，使工作人员能轻松在现场对监控终端的测试和维护。在本方案中，设计了这部分人机接口电路，使用键盘即可输入指令来设定和修改存储在MSP430F149中的系统运行参数的电路。监控终端人机界面示意如图3-3所示。手动 自动动动状态指示开关液晶显示正常故障选择下上退出图3-3 路灯监控终端人机界面示意图在这里选择LCD作为显示器件，而不使用LED，主要是考虑到LCD的功耗比较低，符合本系统的经济性的设计原则。此外，考虑到液晶模块需要负责实时显示，并实现人机对话，显示用户的操作过程，如果采用七段字符型显示模块，将可能导致一些信息无法显示，所以在本设计中选用点阵字符型液晶显示模块来完成相关信息的显示工作是非常正确的选择。主控制驱动芯片采用RTl2864CT，它主要由行驱动器列驱动器加上12864全点阵液晶显示器组成可完成图形显示，或者也可以显示8x4个(16x16点阵)的汉字。液晶模块电路原理图见图3-4。图3-4 液晶模块原理图液晶显示模块的主要功能是循环显示路灯系统运行中各支路的电流、电压参数值，以及在用键盘设置参数的同时显示相关的操作信息，为现场的操作人员的工作提供便利。具体的液晶显示功能将通过软件编程员编写程序来实现。另外，8255A的PC3，PC4分别接两个LED，由此就可以作为路灯监控终端运行正常与故障状态的指示灯。在设计键盘输入功能的同时，考虑到键盘在实际操作中的作用和参数设置的方式，就高效直面的原则下决定采用四个按键来完成键盘的操作。本方案设计的液晶显示和键盘构成了直观和友善的人机界面，为以后开发和操作的灵活、方便提供了非常有利的条件。342开关量采集及控制模块路灯远程系统中的控制命令执行部分相当重要，其稳定可靠的工作是实现远程和本地开关灯控制的保证。在开关量采集及控制板上，由于单片机的驱动能力不足，所以加了一片驱动芯片74HC244，同时用光耦P621进行隔离，用s9013放大后的信号控制继电器的开断。为了吸收继电器断开瞬问产生的反向电压，用防雷二极管并联在继电器电感线圈两端，这样就能保证内部电路不受损坏。这样设计后的电路能够准确、可靠和快速的完成开关动作，同时还具有较强的抗干扰能力。具体电路如图3-5和图3-6所示。MCU的P60P63四根口 完成对四路继电器的控制器功能。图3-5开关量控制电路原理图图3-6 开关量检测电路原理图在路灯监控系统中，需要检测线路上的电能参数来获取供电的状态，同时也提供故障的查询选项。在本系统中，主控芯片控制着四路路灯的状态，因此，需要把四路供12相的电压、电流和功率等参数采集上来。343时钟模块本系统选择了深圳市兴威帆电子技术有限公司的SD2300E时钟芯片SD2300E是一种具有内置晶振、12C串行接口的高精度实时时钟芯片。该系列芯片可保证时钟精度为5ppm(在251下)，即年误差小于25分钟；该芯片内置一次性电池，在电池使用寿命可在五年左右(工业级)；该芯片内置时钟精度数字调整功能，可以在很宽的范围内校正时钟的偏差(分辨力3ppm)，通过外置的温度传感器可设定适应温度变化的调整值，实现在宽温范围内高精度的计时功能；内置串行EEPROM。因而可是说SD2300E是一款性价比很高的时钟芯片，其电路原理见图3-7。图3-7时钟模块电路原理图344温度采集模块由于路灯监控设备放置于室外，尤其北方的冬天和南方的夏天，气温都有可能越限。所以本系统设计了温度采集模块，实时检测温度，如果有超越限定值的情况，及时向监控中心报警。温度传感器都是模拟量输出，它们的共同特点是需要有外围电路对模拟信号进行调理，然后经AD转换器转为数字量，再由微处理器进行处理。这自然使电路结构复杂，增加成本，增大系统调试难度。由于传感器的输出大都是小信号，易受干扰，特别是在噪声干扰比较严重的工业现场，这就使得在设计时不得不加入屏蔽和抗干扰措施，这也增加了系统成本和复杂度。35 GPRS通讯模块在本设计中，监控终端与监控中心之间的通信是非常重要的，也是本方案的核心重点。监控终端和监控中心的通信是基于GPRS无线数据传输技术的，而GPRS模块则是实现GPRS通讯的最关键部分，在此设计中我们选用Simcom公司的SIM300模块作为GPRS模块。351 SIM300模块简介 SIM300是Simcom公司的无线通讯模块，它内嵌了TCP/IP协议栈，支持GSM/GPRS通信，而且它还具备射频天线、本地SIM卡连接、RS232串口等接口。选择SIM300作为GPRS通讯模块主要是考虑到它的适应环境的能力比较强；自带串口，便于与MSP430的串行通讯：具有状态指示标志，方便了调试；最有，它还内墙了TCP/TP协议栈，大大简化了通讯难度，开发者无需自己实现TCP的打包过程，使软件系统的开发更为简单。352 通讯模块硬件设计本设计中SIM300和MSP430之间的通讯是通过各自的UART接口来完成的，SIM300的RS232接口一共包括9根信号线，除了RXD和TXD是负责真正的数据传输工作之外，其他的信号均是用来完成硬件握手的信号，本系统的设计中决定不采用硬件流控制，而是构建一个精简的串口通讯，所有的控制流都通过软件来完成。所以只利用RXD、TXD和GND三根信号线来和MSP430实现通信，而其他的六根信号线均可节约不用。MSP430F149只有P3口具有串口第二功能，所以还需扩展RS232接口。具体电路如同3-8所示。P3.4作为R1IN，P3.5作为R1OUT。图3-8 RS232电路原理图第四章 公共照明远程监控设备的软件设计4. 1 MSP430的c语言开发调试环境AQ430是AQ公司专为TI德州仪器)16位单片机MSP430系列单片机开发的软件环境，该开发环境包古项目管理、源代码编辑和强大的程序调试环境，该调试器是一个强大的全特性调试器，允许用户在PC机上完全模拟目标程序、指令集和片内外功能。该平台功能强大，价格便宜，是广大工程师进行MSP430单片机开发的理想平台，其开发界面如图4-1所示。图4-142监控设备的总体软件设计方案系统上电后，首先进行一系列初始化工作，包括初始化各寄存器与口线，从外部的E2PROM中读取存储的开关灯时间表，建立与监控中心的通讯连接。这样即使由于网络故障等原因无法与监控中心进行通讯连接，监控设备也可以进行最基本的开关灯操作。在与监控中心建立通讯连接后，意味着系统初始化工作的完成，进而将会在while(1)这个死循环中调用各个模块的子函数，只有当系统又一次复位后，才又进行又一次的初始化工作。一旦出现程序跑飞的情况，看门狗将会将系统复位后重新运行，确保了软件系统的可靠性和抗干扰能力。如图4-2所示。图4-243初始化模块中完成的工作(1)初始化各个口线。根据各个口线的不同用处，分别设置其输入输出方向与第二功能选择。(2)初始化各个寄存器。主要是初始化各个通讯模块的波特率及其通讯方式。(3)对时钟源的选择和频率的设定，其中包括：启动XT2，并将它作为MCLK。(4)初始化液晶模块。初始化8255A，选择以八位数据线向RTl2864CT中输入数据，对LCD采取清屏操作，初始化发送和接收区的地址，开启LCD，初始化显示缓冲区，并设定要送LCD显示的初始字符串。(5)从外部E2PROM中读取存储的开关灯时间表和一些相关的状态标志，根据开关灯时间表判断需要进行开关灯操作。(6)与监控中心建立GPRS通讯连接，为后续的通讯工作做好准备。在初始化程序中，完成了上述这些工作，为后面的各个软件功能模块的正常工作做好了充足的准备。44人机接口模块程序设计在本系统中采用了WGM21864液晶显示模块，用以实现人机交互，实现实时显示采集数据和参数设定的功能。WGMl2864的显示屏分为左、右两区，分别由两片的HD61 202U控制。HD61202U的操作流程一般是：进入程序入口，先判断状态字后，再写入指令或显示数据。但在实际的操作过程中，一般不用判断状态字的情况，而直接写指令代码和显示数据。在这个过程中，在使能信号E的跳变中利用一个短延时，就可以完成。在写字符和汉字时需要用到字库，由于本设计的所用的字数有限，因此只是利用字库软件组成一个小型字库。在查询模式下需要实时显示的数据如下：(1)实时时间；(2)现场温度；(3)开关灯时间；(4)路灯状态；(5)电能参数量。在检测故障模式下需要实时显示的数据如下：(1)现场温度：(2)电力故障；(3)接触器状态。在设定模式下，通过按键可以设定监控中心的网络地址，传输到上位机。45开关量控制及采集模块程序设计这一部分主要完成的功能是从时钟芯片中读取现场的时间，然后根据存储在FLASH中的指示系统运行的相关参数来完成以下工作：(1)对开关灯时间参数的修改；(2)设定相应路灯的工作状态；(3)执行开关灯命令；4)记录各接触器的启用状态信息，即是开还是关；(5)如果接触器状态与所设定的不符，则记录下来，当主机发起通讯时，向主机报警。读取现场时间的操作是这样完成的：先定义用于与SD2300E的SCL和SDA信号接口的MSP430的引脚P64和P65，并启动12C总线。然后对SD2300E的运行模式和一些参数进行设置。之后就可以从SD2300E中读取时间了。当从SD2300E中读取的时问与开关灯时间表的时间相同时，则执行丌关灯动作。同时，巡检四路接触器的开关量状态，如果出错，则将故障记录并报警。46电参量采集模块程序设计电参量采集模块含电力参数滤波子程序和电力参数计算子程序两部分子程序。电力参数滤波子程序是对被读取的SA9904B芯片里各相的有功电能、无功电能、电压有效值和频率原始值进行滤波处理，其方法采用中值平均数字滤波，每次采样8个数据。电力参数计算子程序包括计算三相电压、电流、有功功率和无功功率等子程序。461有功功率和无功功率的计算为了计算有功和无功功率，需要知道计数器旱每个计数点代表的能量，芯片提供计算每个计数点的能量公式如下：其中，每一个计数点能量单位是瓦特秒或乏秒，Vr是测量的额定电压，k是测量的额定电流。已知每个计数点的能量，则求功率值就成为计算1秒内的电能值，芯片提供计算功率的公式如下：说明： Vr=测量的额定电压，Ir=测量的额定电流，N=连续两次读得寄存器原始值的差值，INTtime=连续两次读寄存器的间隔时间。462电压有效值的计算通过读取电压寄存器的原始值，根据芯片提供的电压有效值的计算公式来计算电压。芯片给出的电压有效值计算公式如下：463电流有效值的计算电流有效值的计算需要用的有功功率、无功功率和电压有效值的计算结果。如果已知有功功率P、无功功率Q，那么视在功率s=P2+Q2而视在功率等于有效电压和有效电流的乘积，即S=UxI，利用视在功率和电压有效值就可以计算出电流有效值，计算公式如下：最后，把测量到的电能参数值送到微处理器中，作为当前线路电能状况显示在液晶上。47时钟模块程序设计SD2300E的年、月、日、星期、时、分、秒都通过两线式串行接口使用BCD码输入输出，并可通过独立的地址访问各时间寄存器。其内部寄存器定义如下表所示。表4-1 SD2300E内部寄存器定义地址0H1H2H3H4H5H6H7H内容秒分时周天月年较时地址8H9HAHBHCHDHEHFH内容定时A定时A定时A定时B定时B定时B控制1控制2SD2300E通过从机的P64和P65来实现12C串行数据传输。微处理器首先发出开始条件与时钟芯片建立连接，接着传送数据，若在数据发送接收时接收到停止信号，则结束本次数据传输。向SD2300E写入数据的流程如图4-3所示。其中S为开始位，A为响应信号，P为停止信号。S01100100A寻址字节写数据A数据AP传输传输图4-3写入数据流程向SD2300E读取数据的流程如图4-4所示。其中S为开始位，A，A为响应信号，P为停止信号。S01100100A寻址字节写数据A数据AP传输传输图4-4 读取数据流程48温度采集模块程序设计本系统温度采集采用的美国Dallas公司生产的单总线温度采集芯片DSl820。单总线上每一个器件的使用都是从初始化开始，初始化的时序是微处理器先发出480800“S的复位脉冲，在15601tS后，DSl820发出602409S的应答脉冲，其时序波形如图4-5所示。（d）读信号图4-5如果微处理器检N-N单总线上有器件存在，就可以发出传送ROM命令。具体的传送ROM命令格式如表4-2所示。表4-2 DS1820的ROM命令指令说明读ROM命令 （33H）读总线上DS18B20的序列号匹配ROM命令 （55H）对总线上DS18B20地址跳过ROM命令 （CCH）该命令执行后，将省去每次与ROM的操作搜索ROM命令 （FOH）控制机识别总线上多个器件的ROM编码报警搜索命令 （ECH）控制及搜索有报警的器件监控终端中一个单总线上只挂接了一片DSl820，所以ROM命令只用到了跳过命令，即省去每次ROM有关的操作。传送RAM命令是当上述命令之一被成功执行后，微处理器发出的控制命令，它用来访问被选中的器件的存储和控制部件，例如，启动单总线温度传感器DSl820温度转换的命令。具体命令见表4-3。表4-3 DS1820的存储器控制命令指令说明温度变换命令 （44H）启动温度变换读存储器命令 （EBH）从DS18B20读出9字节数据写存储器命令 （4EH）写上、下限值到DS18B20中幅值存储器命令 （48H）将DS18B20存储区中的值写入EEPROM中读EEPROM命令（B8H）将EEPROM中的值写入存储器中读供电方式命令 （B4H）检测DS18B20的供电方式数据交换命令是用具体的读写时序脉冲读出单总线上器件所输出的数据，或者向单总线上器件写入数据，具体写“l”，写“0”和读信号时序如图481。由于DSl820以16位补码的形式将温度值输出，所以微处理器在得到DSl820的温度值后要进行转化才能得到实际的温度值。具体程序流图如图4-6所示。图4-6 读写DS1820的程序流图49电力抄表功能程序设计所设计的公共照明远程监控设备中安装的电表是购买长沙威盛电子有限公司的DTS34型智能电表，与其通讯遵循的是DLT-645规约。DLT-645规约是原国家电力部为多功能电能电表制定的通信规约，它定义了三层结构，与ISOOSI的七层参考模型想比，它只定义了物理层，链路层与应用层。DLT-645规约通信功能包括应用层服务和链路层服务。应用层接收程序根据链路层接收到的信息帧中指定的控制码C以及数据标识D11和D10的数值，执行相应的动作、接收或发送规定的数据；应用层发送程序负责按照链路层信息帧结构对所发送数据打包送入发送缓冲区中，然后调用链路层发送服务程序把数据发送到通信介质中。对于不同的产品以及不同的省份，应用层的具体服务可能不相同。410电缆防盗功能程序设计监控设备的主控板负责与智能防盗中控模块进行通信。中控板巡检中控模块的状态，若发现出现电缆被盗，则立即向监控中心报警。具体程序流图如图4-7所示。图4-7 电缆防盗功能程序流图411 GPRS通讯程序设计SIM300模块和MSP430F149的通讯是基于AT命令的，所以在设计通讯程序之前，必须对SIM300的AT命令进行详尽的分析。4111 SIM300的AT命令解析SIM300的AT命令符合协议“AT command set for GSM Mobile Equipment(GSM 0707 version 640 Release 1997)”。AT命令由一串以“AT”开头的ASCII字符组成，前缀“AT”来源于英文单词“attention”，用来提醒SIM300模块注意当前的外部的某个请求。AT命令被用来向SIM300模块请求服务，例如：呼叫、应答、挂起、发送和接收短消息、自动应答等。在本系统中，要通过GPRS模块来完成基于TCPIP协议的网络通讯，所以，选取AT命令集中用来实现这种通讯方式的命令来完成通讯任务。另外，在本系统中不希望运用回显功能，由于SIM300模块中这个参数的初始化设置就是不运用回显功能，所以也无需用设定参数的命令来修改。4112 GPRS通讯功能的实现只要能建立好下位机与监控中心之间的点对点连接，就等于建立了两点之间的双向的通讯链路，这样以来，只有将要发送的数据经过SIM300中的TCPIP协议栈进行打包发送到网络中，数据就可以到达监控中心。经过对SIM300 AT命令的仔细分析，决定选取其中几个命令来完成基本的通讯任务，下面就简要介绍一下这几个命令：(1)输入“AT”然后回车，返回“OK”表明微处理器与SIM300已连接成功，SIM300能够正常工作。这时就可以测试各类AT命令。(2)AT+GSN，返回IMEI号(全球移动设备识别号)。(3)AT+CIPSTART=“TCP”，“服务器P地址”，“服务器端口号”。如果成功返回“CONNECT OK；否则返回“CONNECT FALL。(4)AT+CIPSEND=“要发送的字节长度”。发送成功返回“SEND OK”；否则返回“SEND FAIL”。4113 GPRS通讯程序的设计通讯功能的实现对于远程测控系统来说是非常重要的。而本系统中，通讯功能实现的具体方式就是实现MSP430与SIM300之间基于AT命令的通讯，主要用到的AT命令有“AT+回车”，“AT+GSN”，“AT+CIPSTART”和“AT+CIPSEND”。 在通讯模块初始化过程，即与监控中心建立连接的过程中，通讯分几个步骤进行：(1)在与监控中心建立连接前，微处理器先发送一条AT+回车”，测试SIM300能否正常工作。返回“OK”后与监控中心建立连接。(2)发送AT+CPSTART=“TCP”，“监控中心服务器P地址”，“监控中心服务器端口号”，建立与监控中心的连接。正确连接之后就可以与监控中心进行通讯。(3)由于监控中心需要识别不同路段的监控终端，所以微处理器通过向SIM300发送“AT+GSN”获得IMEI号，将其发送给监控终端，作为每个监控终端的识别号。具体的GPRS通讯程序流图和更新设备参量程序流图如图4-8和图4-9所示。图