基于ZigBee和GSM的城市路燈監(jiān)控與防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜曉婷，歐書琴 （安徽三聯(lián)學(xué)院信息與通信技術(shù)系，安徽 合肥230061）

目前，城市路燈監(jiān)控與防盜系統(tǒng)的技術(shù)比較落后，成本也較高。為此，筆者以單片機(jī)為控制核心，借助已有的GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了路燈監(jiān)控與防盜系統(tǒng)，通過終端控制器分布式監(jiān)測(cè)，以主控中心為核心的軟件系統(tǒng)實(shí)施全方位管理，從而實(shí)現(xiàn)城市路燈的高效控制和管理?安徽三聯(lián)學(xué)院新專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（2013Z015）。。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

城市路燈監(jiān)控與防盜系統(tǒng)總體架構(gòu)主要由以下3部分組成：第1部分是RTU，其包括系統(tǒng)的終端控制設(shè)備和電纜智能防盜設(shè)備；第2部分是GSM網(wǎng)，用于數(shù)據(jù)傳輸及報(bào)警；第3部分是主控中心的監(jiān)控軟件部分，其功能為實(shí)現(xiàn)對(duì)RTU端的遠(yuǎn)程控制以及數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)，是整個(gè)智能城市路燈監(jiān)控與防盜系統(tǒng)的指揮中心。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 智能路燈監(jiān)控防盜系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.1 中央處理模塊

中央處理模塊采用美國(guó)德州儀器（TI公司）的低功耗微處理器MSP430，該芯片是一種混合信號(hào)處理器，其將模擬電路模塊、數(shù)字電路模塊及微處理器模塊集成其上，具有精簡(jiǎn)指令集和16位超低功耗，因而具有超強(qiáng)處理能力、高速運(yùn)算能力、超低功耗、豐富的片內(nèi)資源以及方便高效的開發(fā)環(huán)境［1］。

2.2 GSM無線通信模塊

該系統(tǒng)監(jiān)控終端設(shè)備和主控中心之間的通信采用基于GSM的無線通信技術(shù)，因而GSM模塊是實(shí)現(xiàn)無線通信的關(guān)鍵。目前，市面上可供選擇的GSM無線通信模塊有TC35系列、WISM02模塊等，前者是來自于西門子公司，后者來自于Wavecom公司，這些模塊都可以進(jìn)行二次開發(fā)，是標(biāo)準(zhǔn)的GSM通信模塊，可以直接通過串行接口直接連接微處理器，操作方便，為此選用Wavecom公司的WISMO Quik Q2403A無線通信模塊，依據(jù)GSM07.05定義的AT指令規(guī)范，完成系統(tǒng)無線信息傳輸與數(shù)據(jù)管理任務(wù)［2］。

圖2 硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

2.3 射頻芯片

采用Chipcon公司生產(chǎn)的CC2430作為射頻芯片，該芯片延用了CC2420芯片的架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上集成了1個(gè)8位MCU（8051）、128KB可編程閃存、8KB的RAM，還包含ADC、定時(shí)器、AES128協(xié)同處理器等，其與Chipcon公司的先進(jìn)的ZigBee協(xié)議棧、工具包和參考設(shè)計(jì)相結(jié)合，因而具有良好的集成開發(fā)環(huán)境［3］。

2.4 電源芯片

采用選擇LM2575系列芯片提供5V電壓源電壓，固定振蕩器直接集成在芯片的內(nèi)部，電路簡(jiǎn)單且連接方便，電壓穩(wěn)定，工作效率高。

2.5 其他輔助電路

為了滿足可操作性與可維護(hù)性的需要，該系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了人機(jī)接口電路，選用了LCMI2864芯片作為L(zhǎng)CD液晶顯示模塊，通過3個(gè)按鍵來完成對(duì)路燈各參數(shù)的設(shè)定以及修訂工作。采用HRS4H－SDC12V繼電器，其最大切換電流為10A。

2.6 電纜防盜子系統(tǒng)

電纜防盜子系統(tǒng)由1個(gè)電纜防盜主控端和N個(gè)監(jiān)控末端構(gòu)成，主控端位于配電箱內(nèi)，其主要工作原理如下：白天時(shí)，路燈斷電情況下，線路的主控端發(fā)送一個(gè)低壓直流信號(hào)，監(jiān)控末端根據(jù)接收的信號(hào)判斷線路的完好性；夜晚時(shí)，監(jiān)控末端通過檢測(cè)線路的50Hz交流電判別線路是否正常。監(jiān)控末端白天采用蓄電池的方式供電，夜間則對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，防盜主控端與監(jiān)測(cè)末端主要通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸，可將監(jiān)控信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)到整個(gè)系統(tǒng)的主控中心統(tǒng)一管理，可以實(shí)現(xiàn)多變電站統(tǒng)一防盜監(jiān)控。該子系統(tǒng)對(duì)末端監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)量沒有限制，一個(gè)電纜防盜中控模塊可同時(shí)監(jiān)控多條電纜，任何一條電纜出現(xiàn)故障，都能實(shí)現(xiàn)即時(shí)報(bào)告故障地點(diǎn)及時(shí)間，以便管理人員及時(shí)做出處理［4］。電纜防盜子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 電纜防盜子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 主要軟件設(shè)計(jì)

3.1 中央處理軟件

中央處理軟件借助IAR Embedded Workbench軟件開發(fā)平臺(tái)，這是一種支持多個(gè)目標(biāo)處理器，采用項(xiàng)目模式對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行管理，為用戶提供便捷窗口界面的開發(fā)環(huán)境，開發(fā)與調(diào)試方便快捷，通用性好，功能強(qiáng)大。中央處理軟件流程圖如圖4所示。

3.2 電纜防盜軟件

城市路燈監(jiān)控與防盜系統(tǒng)終端控制器通過對(duì)防盜模塊監(jiān)控端巡檢，如果發(fā)現(xiàn)電纜末端電壓檢測(cè)信號(hào)異常，RTU立即向主控中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)［5］。電纜防盜軟件程序流程圖如圖5所示。

圖4 中央處理軟件流程圖

圖5 電纜防盜軟件流程圖

4 結(jié)語

根據(jù)GSM無線通信技術(shù)與微處理器技術(shù)，并結(jié)合ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了城市路燈監(jiān)控與防盜系統(tǒng)。該系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)城市路燈控制與管理方式，實(shí)現(xiàn)了城市路燈的實(shí)時(shí)監(jiān)控、節(jié)能調(diào)控以及遠(yuǎn)程報(bào)警功能，具有技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格低廉、維護(hù)便捷的特點(diǎn)，在城市路燈監(jiān)控與防盜方面有很好的應(yīng)用潛力。

［1］ 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī) ［M］.北京：北京舷空航天大學(xué)出版社，2001.

［2］ 孫建延 .基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的研究 ［J］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2006.

［3］ 蔡衛(wèi)峰 .路燈無線通信監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) ［J］.電氣自動(dòng)化，2002（5）：59－62.

［4］ 王毅 .基于GSM的路燈輸電線防盜監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2009，25（2）：33－34.

［5］ 何蓉麗，陳鵬 .高速公路電力電纜防盜技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 ［J］.科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2009（1）：26－28.