基于电力线载波通讯的公共路灯远程监控系统实现的研究

1、工业控制39文章编号:1671-4598(2002)01-0039-03中图分类号:TP872文献标识码:B基于电力线载波通讯的公共路灯远程监控系统实现的研究吴家洲1,姚远2,杨叔子1(1.华中科技大学机械电子工程系,湖北武汉430074;2.武汉理工大学自动化学院,湖北武汉430070)摘要:简介了公共路灯远程监控系统的结构原理、工作过程以及主从机的硬件组成和软件设计。根据系统打印的报表可以了解在线路灯的电压高低、电流大小、是否工作等状况,从而实现对公共路灯的实时远程监控。关键词:电力线载波;远程监控;主机;从机RealizationStudyoftheRemoteSupervisorySy

2、stemofthePublicStreetLampsbyPower-lineCarrierTechniqueWUJia2zhou1,YAO2,G1(1.DepartmentofMechanicalandElectronical,China;2.InstituteofT,)Abstract:Workingprocess,partsandthesoftwaredesignoftheprincipalandsub2ordinatemachineofsystemofpublicstreetlampsareintroducedinthispaper.Throughaprintedtableillustr

3、atingconditionsofthestreetlampssuchasvoltage,current,andworkingornot,aneasyaccesstosupervisoryandmaintenanceisgained.Thuswecanremotelysupervisepublicstreetlamps.Keywords:power-linecarrier;remotesupervisory;principalmachine;subordinatemachine公共路灯是公共事业建设的一个重要部分。传统的路灯总控室只能实现每天路灯的开和关,无法实时了解在线路灯的状况,比如,电压

4、高低、电流大小、路灯的好坏,这就导致路灯维护迟缓,给市民造成生活上的不便。随着人民生活水平的提高,公共路灯的监控越来越重要。国内现有的监控系统一般采用无线通讯,无线通讯的方式存在设备成本高、无线频率有限、邻近城市间易互相干扰等问题。电力线载波通讯技术的产生克服了上面的缺点,它利用已有的路灯供电系统,通过电力线载波通讯技术来传输控制路灯的信号,进而实现一种自动控制、及时维护的公共路灯照明远程监控系统。通讯模块等外围设备组成。从机安装在各个路灯控制箱内,主机和从机以电力线载波通讯方式实现数据交换。系统组成框图如图1所示。图1系统组成框图1系统的结构原理和工作过程公共路灯远程监控系统由一个主机模块和

5、若干个从机模块组成,主机和从机通过电力线连接。主机模块由主单片机系统、微型打印机、显示模块、键盘和通讯模块等外围设备组成,主机安装在路灯的总控室内。从机模块是由从单片机系统、电流传感器、电压传感器、光电转换器、地址编码矩阵、继电器开关和收稿日期:2001-08-13。作者简介:吴家洲(1973-),男,湖北省武汉市人,博士,主要从事CIMS、远程监控等方向的研究。根据操作者的要求,主单片机系统可将从机地址及开启或关闭继电器的命令,经通讯模块发往从机,实现路灯的开启。当操作者已开启所有的路灯后,再次按照从机地址的大小,将巡检命令经通讯模块发往从机,从机就将检测到的该路灯的相关信息返回给主机,并打

6、印出来。根据打印的报表情况,就可以知道各个从机的工作情况,进而了解在线路灯的好坏,从而实现对路灯的远程监控。2系统的硬件结构211主机系统主机系统为8031单片机的应用模式4。由微型40计算机测量与控制第10卷打印机、4位半显示单元、键盘单元组成。因为主机处理的数据量较大,所以需对主机的存储系统进行扩充。键盘单元直接用单片机的口线实现,本系统定义了如下的功能键:(1)K1合上:启动所有的路灯,打印与显示每一个从机采集的数据;(2)K2合上:关闭所有的路灯;(3)K3合上:自动巡检所有路灯,打印与显示每一个从机采集的数据。212从机系统图2是从机系统的硬件结构框图。电流传感器、电压传感器和自制的

7、光电转换单元将采集到图2和电转换数据,再输入到A/D,最后传送到AT89C51单片机系统。电压传感器并接在路灯的接线端子上,电流传感器串接在路灯的回路中,A/D转换芯片采用TCL1543芯片。从机地址编码单元由一组开关设置,利用了单片机的10条口线,所以从机地址有1024个编码。如果路灯的个数较多,从机地址不够,可以通过8255接口芯片对此扩充。单片机通过驱动单元(含光耦固态继电器)来开启和关闭路灯。通讯模块由SSCP300和SSCP111电力线载波芯片组成,SSCP300和SSCP111是INTELLON公司的载波芯片,该芯片的工作原理与应用情况参照芯片的使用手册1-2。通讯模块通过单片机的

8、中断过程与主从单片机交换信息。图3是通讯模块的电路原理框图。SSCP300网络控制器用来完成数据链路层功能及提供物理层服务,具体的数据链路层功能包括数据包的发送和接收、发送字节到符号的转换、接收符号到字节的转换、传输通道的获取、循环冗余码的产生和校验等。SSC图3通讯模块的电路原理框图PIII媒介接口和电力线耦合电路部分完成缓冲放大、低通滤波、将放大信号耦合到电力线上及对输入信号进行滤波等工作。3系统的软件结构311主机与从机通讯的数据格式主机与从机通讯的数据格式,象WWW上的分组数据包5一样,主机发往从机的数据包中含有起始位、主机地址、从机地址、需求命令、奇偶校验位和结束位,从机发往主机的数

9、据包中含有起始位、主机地址、从机地址、采样的电压值与电流值、奇偶校验位和结束位。主机的信息可以发往任意一个从机,但从机的信息只能发往主机,各个从机间互不通讯。由于本系统对实时性无太高要求,且为了防止一起打,主机发往从机的。也就是说,每次发送。主机与从机数据,当所有从机收到主机发来的,立即解数据包并与本机地址比较,如果与本机地址相同,则将采样的数据按照打包格式发往主机;如果与本机地址不同,不发往主机任何数据。312主机与从机的软件设计3系统的软件采用模块化结构,主要有初始化模块、电压和电流采样模块、输出控制模块、键盘处理模块、显示模块、通讯模块等。整个软件分为主机软件和从机软件两部分,主机和从机

10、的主程序流程图如图4所示。主机软件主要包括通讯程序(含数据打包)、实时显示与打印程序。主机将所有的从机地址以表的方式存储在主机存储器内,再根据操作者的需求,按照主机通讯数据包的格式,将数据包发往从机。主机收到从机的数据包后,将数据解包,打印从机地址、对应从机的电压值、电流值。如果从机的电流值接近零,表明此从机对图4主程序流程图应的路灯已第1期吴家洲等:基于电力线载波通讯的公共路灯远程监控系统实现的研究41特性、不同信号的耦合方式以及电力线本身固有的脉冲干扰等因素影响了通讯效果,可能使得监控系统不能正常工作,这是系统需要改进的地方。参考文献:1INTELLONCORPORATION,SSCP30

11、0PLNetworkIn2terfaceControllerTechnicalDatashetR.1998.2INTELLONCORPORATION,SSCP111PLMediaInter2faceICTechnicalDatashetR.1998.3马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.北京:北京航空航天大学出版社,1999.4李华,等.MCS-51系列单片机实用接口技术M.北京:北京航空航天大学出版社,1997.5熊桂喜.计算机网络(第3版)M.北京:清华大学出版社,1998.坏,若收不到从机的数据包,只打印出从机的地址,表明此路灯有问题,比如从机未工作等。从机的主要功能是按照主机的需求,

12、开启、关闭路灯或巡检采样路灯的电压、电流值,并将采样的数据打包发回主机。4结论基于电力线载波技术实现的路灯远程监控系统,经过试运行,发现该系统能够可靠地对公共路灯进行有效地远程监控,能避免繁重的布线工作,且具有造价低、传输线路牢固可靠、安装使用方便等优点。本系统的实现有以下几个关键技术:(1)采用电力线载波通讯技术,实现数据的传输;(2)路灯采用逐渐开启的方式,避免过大的电流冲击。但由于电力线主要是用来传送电能的,它在进行数据通讯的时候,电网(上接第30页)统、统诊断的结果,保证炉子的正常运行。如需加料时,自动加料;需出灰时,自动出灰。若专家系统诊断出炉况不正常,则本系统报警,并给出故障原因及

13、处理意见,并停止自动过程,等待处理。其软件运作过程如图4所示。其中,下料控制子系统采用自适应模糊控制,其模糊逻辑规则为:如图4控制软件运行过程图果需要加料,且小车处于炉底并为空车,且设备正常,则启动加料。自适应模糊系统是具有学习算法的模糊逻辑系统4,其学习算法是依靠数据型输入输出对来调整模糊逻辑系统的参数,如顶温上上限、上限、正常限、下限、下下限、石层高度上限、石层高度下限、灰温上下限、产量设定等参数发生变化时,模糊逻辑系统的参数也作出相应调整。风量控制子系统采用模糊PID控制,其模糊逻辑规则为:如果产量恒定或偏低,灰温较高,顶温上升速度慢,且煅烧带下移,则通过PID算法加风;反之,则减风。出

14、灰控制子系统的模糊逻辑规则为:如果灰温较低,料层较高,且顶温不高,皮带有空,设备正常,灰仓也同意,则启动出灰。由于在生产过程中不断总结新的成功经验,用这,使得所建立的模2。6结论(1)利用模糊推理、自适应模糊系统、模糊控制和专家理论建立了石灰炉炉况诊断及多模型集成智能控制系统,专家系统能对炉况进行准确、及时地诊断,有效地指导生产人员的操作,还能提供许多关于生产过程的统计、历史记录和分析图表,便于管理层随时了解生产状态,分析影响生产指标的因素,改进生产工艺和加强考核。(2)系统投运后,能大大提高石灰炉生产技术经济指标,有效提高出口CO2浓度、石灰石的分解率,降低焦比,提高石灰炉的产量。(3)大幅度提高石灰炉的自动化水平,有效减轻工人的劳动强度,即将获得推广。参考文献:1中南工业大学.石灰炉计算机仿真与优化技术研制报告R.1999.2彭小奇,周孑民,梅炽,等.炼镍用矿热电炉生产过程的计算机辅助模糊自适应控制J.中南矿冶学院学报,1993,24(6):