基于GSM網(wǎng)絡(luò)的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要:隨著，我國城市化進(jìn)程的加快，如何節(jié)能降耗己成為近年來研究的熱點(diǎn)課題。本文針對(duì)我國在城市照明上所存在的巨大的能源消耗，結(jié)合現(xiàn)代檢測技術(shù)、單片機(jī)控制、GSM無線通信等各種高新技術(shù)而設(shè)計(jì)了節(jié)能型路燈智能控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:城市化;節(jié)能降耗;GSM無線通信

1 引言

目前，我國城市市電電壓是隨著城市用電量的不同而變化的，當(dāng)在每天晚上的用電高峰時(shí)，市電電壓會(huì)隨之降低，而當(dāng)進(jìn)入深夜以后，用電高峰過后，市電電壓則會(huì)升高。對(duì)于同樣的路燈而言，消耗的功率就會(huì)大大的升高，造成電力資源的浪費(fèi)，并且如果路燈長期工作在高于本身額定電壓的環(huán)境下，將縮短路燈的使用壽命。因此，研發(fā)出一種把路燈的智能控制和節(jié)能有效的結(jié)合起來的系統(tǒng)是很有必要的。在倡導(dǎo)節(jié)約型社會(huì)的今天，節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng)的研發(fā)更具有現(xiàn)實(shí)的意義。

2 傳統(tǒng)路燈節(jié)能控制方法

長期以來，國內(nèi)大多數(shù)城市路燈照明控制廣泛采用傳統(tǒng)控制方式，其節(jié)能方法主要有以下幾種:

人工控制節(jié)能方式:根據(jù)開關(guān)燈時(shí)間表由值班人員負(fù)責(zé)手動(dòng)進(jìn)行開關(guān)燈操作。

時(shí)控節(jié)能方式:以時(shí)間為唯一的開關(guān)燈依據(jù)，不論氣象條件如何變化，均只能在規(guī)定時(shí)刻開關(guān)燈，隨季節(jié)變化人工干預(yù)調(diào)整開關(guān)時(shí)間。

光控節(jié)能方式:按光照度的差異來控制路燈開關(guān)。

這些節(jié)能方式存在著較為明顯的缺憾，國內(nèi)大多數(shù)城市路燈的開關(guān)燈控制由各變壓器配電箱分散控制，盡管城市路燈運(yùn)行有專門控制線，只有控制功能而無法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。由于不能嚴(yán)格按照室外自然光照度進(jìn)行控制，不僅實(shí)時(shí)性差，故障率高，而且浪費(fèi)嚴(yán)重。另外，傳統(tǒng)控制方式要求人不離崗，及時(shí)控制燈光的開啟和關(guān)閉，由于人工控制誤差而造成電能浪費(fèi)很是驚人。

3 基于GSM網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能控制系統(tǒng)

3.1 GSM系統(tǒng)主要特點(diǎn)

頻譜效率高、容量大。由于采用了高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡和話音編碼技術(shù)等，系統(tǒng)具有高頻譜效率;每個(gè)信道傳輸帶寬增加，該系統(tǒng)的容量大約是模擬系統(tǒng)的3}5倍。

具有開放的接口。GSM標(biāo)準(zhǔn)所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且包括網(wǎng)絡(luò)之間以及網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備實(shí)體之間，與其他網(wǎng)絡(luò)的互連通常利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)接口，如ISUP或TUP等。

安全性好。通過SIM卡提供用戶鑒權(quán)和對(duì)傳輸信息進(jìn)行加密。

3.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與功能

本系統(tǒng)的組成為二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):后臺(tái)監(jiān)控中心和控制柜終端。其實(shí)現(xiàn)方案如圖(1)所示。其中，后臺(tái)監(jiān)控中心是系統(tǒng)的上位機(jī)部分，主要由工控計(jì)算機(jī)和通信模塊構(gòu)成，內(nèi)置控制柜狀態(tài)監(jiān)控軟件，通過天線對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行指揮。它能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析和處理，相當(dāng)于整個(gè)控制系統(tǒng)的“大腦”部分?？刂乒窠K端是系統(tǒng)的下位機(jī)部分，主要由單片機(jī)系統(tǒng)組成，它充分利用了單片機(jī)及其接口芯片的各種資源和特長，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能型智能路燈控制系統(tǒng)的各種功能。該電路連接著市電電壓采集模塊、GSM通信模塊、無線收發(fā)模塊、鍵盤顯示模塊、光控模塊、溫控模塊等部分，通過對(duì)各種元件進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了控制柜的現(xiàn)場控制以及與后臺(tái)的數(shù)據(jù)通信。后臺(tái)監(jiān)控中心與控制柜終端的數(shù)據(jù)通訊依托于GSM通信模塊。

系統(tǒng)的具體功能如下:路燈控制柜為前端系統(tǒng)，安放在各個(gè)主要街道。市電電壓采集模塊采集市電電壓送入AVR單片機(jī)的A/D，然后進(jìn)行節(jié)電等級(jí)判斷，若滿足某節(jié)電等級(jí)的轉(zhuǎn)換，則由單片機(jī)控制相應(yīng)的繼電器，以實(shí)現(xiàn)節(jié)電等級(jí)的轉(zhuǎn)換，并實(shí)時(shí)的根據(jù)后臺(tái)控制中心的指令，將控制柜的狀態(tài)上傳到后臺(tái)監(jiān)控中心。后臺(tái)監(jiān)控中心由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、GSM通信模塊、相應(yīng)的后臺(tái)管理軟件和數(shù)據(jù)庫組成。控制柜終端的信息通過GSM模塊與后臺(tái)監(jiān)控中心雙向通信。監(jiān)控中心可遠(yuǎn)程接收各控制柜的狀態(tài)信息，也可以將有關(guān)控制命令通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳至控制柜終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制柜的遙控和遙信。后臺(tái)監(jiān)控軟件在Windows操作系統(tǒng)下采用各控制柜的位置，VB語言開發(fā)而成，具有菜單操作、屏幕顯示等功能，電子地圖將顯示控制柜的運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)也將自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫以供管理人員查詢。

4 GSM(TC35T)通信模塊的設(shè)計(jì)

TC35T模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。其中GSM基帶處理器是核心部件，它的作用相當(dāng)于一個(gè)協(xié)議處理器，用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的A丁指令，涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中所有的模擬和數(shù)字功能;射頻模塊部分主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，實(shí)現(xiàn)外部射頻信號(hào)與內(nèi)部基帶處理器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換;匹配電源為處理器以及射頻部分提供所需的電源;插座是提供給用戶的應(yīng)用接口。該通信模塊的工作電壓為3.3-5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900M)和1 W(1800M)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿、多方通話、漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE，TALK等模式。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。主要應(yīng)用接口為:

RS-232數(shù)據(jù)接口:標(biāo)準(zhǔn)DB9接口，通信模塊通過RS-232接口與單片機(jī)相連?？刂凭€接口:主要有指示燈、同步信號(hào)線、電源控制線等。聲音接口:包括耳機(jī)和麥克風(fēng)的接口，各有兩組接口。第一組接口包括一個(gè)模擬信號(hào)的麥克風(fēng)輸入和一個(gè)模擬信號(hào)的耳機(jī)輸出;另一組為模擬信號(hào)的麥克風(fēng)輸入和用于手持設(shè)備的模擬信號(hào)輸出。SIM卡接口:SIM (Subscriber Identity Model)用戶識(shí)別模塊，是帶有微處理器的一種智能集成電路芯片，主要由CPU， RAM， ROM， EEPROM和串行通信接口電路組成。SIM卡是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。只有通過對(duì)SIM卡定義后，即在SIM卡中存入用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過對(duì)SIM卡鑒權(quán)，移動(dòng)電話才能有效完成與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接與信息交換。

在接口設(shè)計(jì)或通訊過程中，我們不必考慮GSM網(wǎng)絡(luò)本身的通訊方式及相關(guān)的傳輸手段，因此系統(tǒng)開發(fā)對(duì)我們來說可以看作是透明的，因?yàn)槎滔⒈旧碛幸粋€(gè)完整的技術(shù)基礎(chǔ)，包括提供可靠的信息收發(fā)支持。模塊具有很強(qiáng)大的通信功能，加上電信系統(tǒng)的手機(jī)短信服務(wù)方便快捷，使得用其傳輸數(shù)據(jù)具有可能性。

5 節(jié)電方法的實(shí)現(xiàn)分析

本設(shè)計(jì)采用的節(jié)電方式是降壓，降壓采用的是自禍降壓式調(diào)控裝置。

自藕變壓器與普通變壓器的區(qū)別在于，自藕變壓器的一、二次側(cè)線圈不僅有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系，在輸出電壓調(diào)節(jié)范圍不大時(shí)它的容量比較小，所以消耗的材料少，造價(jià)低，效率高。這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)是克服可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實(shí)現(xiàn)電壓的正弦波輸出，結(jié)構(gòu)和功能都很簡單，當(dāng)然可靠性也比較高。目前應(yīng)用的有兩種方式，即固定抽頭方式和連續(xù)調(diào)節(jié)方式，但是，這兩種方式也分別存在技術(shù)缺陷。

固定多檔自禍降壓器。其核心部件是一個(gè)多抽頭的變壓器，變壓比是固定的，一般副邊有三到五個(gè)降壓抽頭，分別降5V，10V.15V， 20V等固定值，一旦接線端固定，降低電壓就是固定值，目前我們采用的就是此種降壓方式。此種降壓方一式適用于不經(jīng)常動(dòng)作的開關(guān)場合，不適用于頻繁切換的場合。

連續(xù)調(diào)節(jié)自藕型降壓器。其工作原理是通過電刷在線圈的表面平滑移動(dòng)或滾動(dòng)，改變線圈的變比而調(diào)節(jié)輸出電壓。優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度高，但由于電刷調(diào)節(jié)回路是串在主回路中，因此承受的電流大，電刷接觸不良，會(huì)產(chǎn)生火花，引起觸點(diǎn)磨損。

參考文獻(xiàn)

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