王文東

[摘 要]本文介紹一種用無線通信CDMA研制的遠程燈光控制系統(tǒng),文中重點對系統(tǒng)構(gòu)成從硬件設(shè)計等技術(shù)方面作了較為詳盡的介紹。

[關(guān)鍵詞]無線通信遠程監(jiān)控

[中圖分類號]TP391[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)11-0039-02

1 遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用背景

無線通訊近年來發(fā)展迅猛,由于其避免了有線通訊方式的布線固定,靈活性差,連接節(jié)點多故障率高的缺陷,無線方式正越來越被看好。

而隨著城市樓宇的越來越高,路燈、大型燈光廣告牌及布景燈光的越來越多,其燈光監(jiān)控越來越成為人們頭痛的難題。無線市景燈光監(jiān)控系統(tǒng)很好地解決了這些問題,它用無線信號實現(xiàn)了對大型(或高壓)的市景燈光的遠程監(jiān)控;實現(xiàn)了固定地點對整個城市(或不同城市間)燈光的監(jiān)控;具有設(shè)備簡單、投資少、監(jiān)控迅速及時、使用方便等一系列優(yōu)點。

2 遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)的組成

如圖1所示。

從框圖1可以看出CDMA 監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心及用戶設(shè)備區(qū)組成。監(jiān)控中心由總控微機、總控CDMA組成,用戶設(shè)備區(qū)由執(zhí)行CDMA、主機、從機及被控?zé)艄庠O(shè)備組成。一方面,控制微機通過總控CDMA以短消息的形式向執(zhí)行CDMA發(fā)出無線的控制指令信號,主機將執(zhí)行CDMA收到的短消息無線信號析解成可執(zhí)行指令,同時按指令的要求去控制其下的燈光設(shè)備及控制相應(yīng)的從機執(zhí)行控制任務(wù)。另一方面,主機還可以根據(jù)監(jiān)控中心的要求,通過執(zhí)行CDMA以短消息的形式將當(dāng)前的用戶狀態(tài)反饋給總控CDMA ,微機再將總控CDMA得到的短消息無線信息析解,進而得到用戶狀態(tài),從而達到監(jiān)控的目的。

3 CDMA無線監(jiān)控系統(tǒng)簡介

在此,我們先設(shè)計的一套樣機系統(tǒng),用來檢驗及展現(xiàn)CDMA無線燈光監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價值。它只有一個控制中心和一個終端設(shè)備,而沒有將終端設(shè)備擴展成主機區(qū)和從機區(qū)。此無線監(jiān)控系統(tǒng)的基本框架分為控制中心和終端設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

控制中心由計算機和CDMA模塊構(gòu)成,終端設(shè)備由控制電路和CDMA模塊構(gòu)成。CDMA模塊能實現(xiàn)手機功能,可以用來撥打電話、接聽電話、收發(fā)短消息等。在此系統(tǒng)中,主要是利用CDMA的短消息功能。控制中心的CDMA模塊發(fā)出的短消息即為發(fā)給終端設(shè)備的指令,終端設(shè)備所接的CDMA模塊所發(fā)出的短消息是反饋給控制中心的狀態(tài)信息?？刂浦行耐ㄟ^計算機連接CDMA模塊,實現(xiàn)對CDMA模塊的計算機程序控制,通過運行監(jiān)控軟件,操作CDMA模塊進行短消息的收和發(fā)。這樣就實現(xiàn)了控制命令的發(fā)送和反饋信息的接收。并且通過此軟件可以監(jiān)測CDMA模塊的工作情況,以便于排除由于CDMA模塊的問題而引起的監(jiān)控系統(tǒng)工作不正常的現(xiàn)象。終端設(shè)備所接的CDMA模塊用來接收控制中心發(fā)來的指令,終端設(shè)備是由一塊單片機進行控制的,終端設(shè)備會時刻檢查CDMA模塊是否有信短消息收到,一旦有新的消息則可以馬上讀出,通過判定短消息內(nèi)容就可以進行相應(yīng)的操作,實現(xiàn)對硬件電路的控制。在終端設(shè)備對電路進行了相應(yīng)的操作以后,會立即讀取硬件電路的開關(guān)狀態(tài),并將此狀態(tài)通過CDMA模塊以短消息的方式發(fā)送回控制中心,即完成狀態(tài)信息的反饋。

4 硬件電路

4.1 硬件電路功能說明

硬件電路原理框圖如圖3所示。其核心器件為一塊MCU,型號為Atmel AT89C51。

AT89C51的串口與CDMA模塊的串口相連,以實現(xiàn)雙方的通信。AT89C51的P2.2口連接在燈光控制電路的繼電器上,以實現(xiàn)燈光系統(tǒng)的開關(guān)操作。P2.2口線輸出為“1”,則繼電器開,即關(guān)燈;P2.2口線輸出為“0”,則繼電器合,即開燈。

AT89C51的P0.4口線即為看門狗。在<1.3秒內(nèi)必須在在此線上輸出一個正脈沖,否則看門狗將使AT89C51復(fù)位。這是為了防止AT89C51意外死機而造成程序無法執(zhí)行,則1.3秒后看門狗將使AT89C51復(fù)位,即重新開始執(zhí)行程序。

4.2 CDMA模塊與PC機的連接

CDMA模塊通過串行口與計算機相連,計算機運行監(jiān)控程序,通過串行口與CDMA模塊進行通信,控制CDMA模塊進行短消息的接收和發(fā)送。計算機和CDMA模塊之間采用RS232協(xié)議。

由于CDMA模塊地串口為9針口,故采用9針連接。

在本系統(tǒng)中,RS232最少只需要TX和RX兩腳即可。即CDMA的TX、RX分別與PC機的TX、RX相連。

5 系統(tǒng)技術(shù)要求

(1)系統(tǒng)應(yīng)符合的條件:智能化、穩(wěn)定性、可靠性、節(jié)能和方便管理

(2)網(wǎng)絡(luò)技術(shù):CDMA網(wǎng)絡(luò)、手機短信(SMS)、485等多個網(wǎng)絡(luò)進行有機給合,所構(gòu)成的“多網(wǎng)合一”的系統(tǒng),具有獨特的分布式結(jié)構(gòu)和極強的可擴展性。

(3)系統(tǒng)標(biāo)準:系統(tǒng)采用CDMA網(wǎng)絡(luò)、手機短信(SMS)、485等多個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)標(biāo)準。

(4)系統(tǒng)設(shè)備:綜合無線控制軟件、功放、天饋系統(tǒng)、手機短信控制模塊、智能開關(guān)模塊和電子標(biāo)簽面板等。

(5)軟件:可靠穩(wěn)定,能通過軟件設(shè)置好預(yù)定的程序,向各個信號接收點發(fā)送命令,根據(jù)具體需要設(shè)定開關(guān)時間命令等。

6 系統(tǒng)主要功能

采用時控法控制方式進行照明控制,實現(xiàn)預(yù)約控制和分時控制。

實現(xiàn)對設(shè)備的“三遙"功能:遙控、遙測、遙信

開關(guān)燈可以自動和手動遙控,實現(xiàn)實時控制和點對點控制;

自動巡測、手動巡測和選測(三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)及各種數(shù)字狀態(tài)量等數(shù)據(jù)量的采集);

多種報警處理。報警內(nèi)容包括:白天亮燈、晚上熄燈 ,遠程控制器過熱,配電箱門開關(guān)不正常打開,電壓、電流越限和供電線路停電等故障;

自動計算亮燈率。能根據(jù)電壓、電流、功率因子的變化自動進行亮燈率估算;

遠程查詢打印功能。根據(jù)年、月、日統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行查詢,顯示的數(shù)據(jù)均可打印;

7 系統(tǒng)特點

(1)系統(tǒng)容量大:CDMA無線路燈控制系統(tǒng)通過CDMA無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信,采用TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議,可監(jiān)控設(shè)備的數(shù)量不受限制,可以多達數(shù)千個。

(2)通信實時、高效:無論控制設(shè)備的距離遠近,控制命令或設(shè)備報警信息都能在數(shù)秒內(nèi)完成傳輸;即使設(shè)備當(dāng)前不在線,用戶的控制命令都能準確送達,無需重復(fù)發(fā)送控制命令。

(3)廣域的通信覆蓋:路燈控制設(shè)備在轄區(qū)范圍內(nèi),只要有無線CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都可以控制,不受距離和位置的限制。

(4)系統(tǒng)模塊化設(shè)計: 系統(tǒng)采用了模塊化技術(shù)架構(gòu),具有良好的持續(xù)升級和功能擴展能力。可以隨著將來技術(shù)的發(fā)展和用戶功能需求的變化而不斷升級。

(5)開放性信息管理:系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的設(shè)計體系,實現(xiàn)信息系統(tǒng)共享,提高了用戶對系統(tǒng)信息管理的效率。

8 應(yīng)用范圍

無線路燈控制系統(tǒng);無線智能燈光控制系統(tǒng);無線照明控制系統(tǒng);無線景觀燈光控制系統(tǒng);無線景觀照明控制系統(tǒng);城市路燈控制系統(tǒng);無線廣告牌的控制。

9 系統(tǒng)作用

增強應(yīng)急能力:系統(tǒng)具有定時控制和人工控制等多種控制方式,能隨時調(diào)整燈光的開/關(guān)燈時間,實現(xiàn)轄區(qū)范圍內(nèi)的全夜燈、半夜燈開/關(guān)燈自動控制。在特殊的天氣情況時能通過人工控制進行應(yīng)急調(diào)度。

提高城市形象:系統(tǒng)具有自動報警和巡測、選測功能,當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時,調(diào)度人員可以在數(shù)秒鐘內(nèi)及時了解故障的地點和狀態(tài),并及時進行修復(fù),這樣可以極大地減少對照明管理部門的投訴,從而進一步提高城市的形象。

降低維修成本:系統(tǒng)將“巡燈查找故障"改為“值班等待報警",減少了“巡燈"人員和車輛損耗,降低了維修成本。在已經(jīng)知道了故障的地點和情況,可以縮短到達維修地點的時間、提高檢修效率,降低維護成本。

節(jié)約電能:系統(tǒng)能提高開/關(guān)燈的可靠性和可檢查性,避免白天亮燈、晚上熄燈情況的出現(xiàn)。設(shè)備預(yù)置合理的開關(guān)燈時間方案,在滿足對城市照明的需求時,有效地減少了開燈時間,從而節(jié)約了大量的電能。

降低運營成本:通過減少開燈時間,能有效延長燈具的使用壽命,可有效降低運行成本,進一步提高了經(jīng)濟效益。

實現(xiàn)科學(xué)管理:系統(tǒng)能將采集到的數(shù)據(jù)自動進行存儲、統(tǒng)計,并能隨時進行查詢和打印,為管理現(xiàn)代化提供了基本數(shù)據(jù)依據(jù)。