远程无线CDMA灯光监控系统

王文东

[摘 要]本文介绍一种用无线通信CDMA研制的远程灯光控制系统,文中重点对系统构成从硬件设计等技术方面作了较为详尽的介绍。

[关键词]无线通信远程监控

[中图分类号]TP391[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2009)11-0039-02

1 远程无线监控系统应用背景

无线通讯近年来发展迅猛,由于其避免了有线通讯方式的布线固定,灵活性差,连接节点多故障率高的缺陷,无线方式正越来越被看好。

而随着城市楼宇的越来越高,路灯、大型灯光广告牌及布景灯光的越来越多,其灯光监控越来越成为人们头痛的难题。无线市景灯光监控系统很好地解决了这些问题,它用无线信号实现了对大型(或高压)的市景灯光的远程监控;实现了固定地点对整个城市(或不同城市间)灯光的监控;具有设备简单、投资少、监控迅速及时、使用方便等一系列优点。

2 远程无线监控系统的组成

如图1所示。

从框图1可以看出CDMA 监控系统由监控中心及用户设备区组成。监控中心由总控微机、总控CDMA组成,用户设备区由执行CDMA、主机、从机及被控灯光设备组成。一方面,控制微机通过总控CDMA以短消息的形式向执行CDMA发出无线的控制指令信号,主机将执行CDMA收到的短消息无线信号析解成可执行指令,同时按指令的要求去控制其下的灯光设备及控制相应的从机执行控制任务。另一方面,主机还可以根据监控中心的要求,通过执行CDMA以短消息的形式将当前的用户状态反馈给总控CDMA ,微机再将总控CDMA得到的短消息无线信息析解,进而得到用户状态,从而达到监控的目的。

3 CDMA无线监控系统简介

在此,我们先设计的一套样机系统,用来检验及展现CDMA无线灯光监控系统的应用价值。它只有一个控制中心和一个终端设备,而没有将终端设备扩展成主机区和从机区。此无线监控系统的基本框架分为控制中心和终端设备。其结构如图2所示。

控制中心由计算机和CDMA模块构成,终端设备由控制电路和CDMA模块构成。CDMA模块能实现手机功能,可以用来拨打电话、接听电话、收发短消息等。在此系统中,主要是利用CDMA的短消息功能。控制中心的CDMA模块发出的短消息即为发给终端设备的指令,终端设备所接的CDMA模块所发出的短消息是反馈给控制中心的状态信息。控制中心通过计算机连接CDMA模块,实现对CDMA模块的计算机程序控制,通过运行监控软件,操作CDMA模块进行短消息的收和发。这样就实现了控制命令的发送和反馈信息的接收。并且通过此软件可以监测CDMA模块的工作情况,以便于排除由于CDMA模块的问题而引起的监控系统工作不正常的现象。终端设备所接的CDMA模块用来接收控制中心发来的指令,终端设备是由一块单片机进行控制的,终端设备会时刻检查CDMA模块是否有信短消息收到,一旦有新的消息则可以马上读出,通过判定短消息内容就可以进行相应的操作,实现对硬件电路的控制。在终端设备对电路进行了相应的操作以后,会立即读取硬件电路的开关状态,并将此状态通过CDMA模块以短消息的方式发送回控制中心,即完成状态信息的反馈。

4 硬件电路

4.1 硬件电路功能说明

硬件电路原理框图如图3所示。其核心器件为一块MCU,型号为Atmel AT89C51。

AT89C51的串口与CDMA模块的串口相连,以实现双方的通信。AT89C51的P2.2口连接在灯光控制电路的继电器上,以实现灯光系统的开关操作。P2.2口线输出为“1”,则继电器开,即关灯;P2.2口线输出为“0”,则继电器合,即开灯。

AT89C51的P0.4口线即为看门狗。在<1.3秒内必须在在此线上输出一个正脉冲,否则看门狗将使AT89C51复位。这是为了防止AT89C51意外死机而造成程序无法执行,则1.3秒后看门狗将使AT89C51复位,即重新开始执行程序。

4.2 CDMA模块与PC机的连接

CDMA模块通过串行口与计算机相连,计算机运行监控程序,通过串行口与CDMA模块进行通信,控制CDMA模块进行短消息的接收和发送。计算机和CDMA模块之间采用RS232协议。

由于CDMA模块地串口为9针口,故采用9针连接。

在本系统中,RS232最少只需要TX和RX两脚即可。即CDMA的TX、RX分别与PC机的TX、RX相连。

5 系统技术要求

(1)系统应符合的条件:智能化、稳定性、可靠性、节能和方便管理

(2)网络技术:CDMA网络、手机短信(SMS)、485等多个网络进行有机给合,所构成的“多网合一”的系统,具有独特的分布式结构和极强的可扩展性。

(3)系统标准:系统采用CDMA网络、手机短信(SMS)、485等多个网络系统标准。

(4)系统设备:综合无线控制软件、功放、天馈系统、手机短信控制模块、智能开关模块和电子标签面板等。

(5)软件:可靠稳定,能通过软件设置好预定的程序,向各个信号接收点发送命令,根据具体需要设定开关时间命令等。

6 系统主要功能

采用时控法控制方式进行照明控制,实现预约控制和分时控制。

实现对设备的“三遥"功能:遥控、遥测、遥信

开关灯可以自动和手动遥控,实现实时控制和点对点控制;

自动巡测、手动巡测和选测(三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数及各种数字状态量等数据量的采集);

多种报警处理。报警内容包括:白天亮灯、晚上熄灯 ,远程控制器过热,配电箱门开关不正常打开,电压、电流越限和供电线路停电等故障;

自动计算亮灯率。能根据电压、电流、功率因子的变化自动进行亮灯率估算;

远程查询打印功能。根据年、月、日统计数据进行查询,显示的数据均可打印;

7 系统特点

(1)系统容量大:CDMA无线路灯控制系统通过CDMA无线网络进行数据通信,采用TCP网络传输协议,可监控设备的数量不受限制,可以多达数千个。

(2)通信实时、高效:无论控制设备的距离远近,控制命令或设备报警信息都能在数秒内完成传输;即使设备当前不在线,用户的控制命令都能准确送达,无需重复发送控制命令。

(3)广域的通信覆盖:路灯控制设备在辖区范围内,只要有无线CDMA网络覆盖的地方都可以控制,不受距离和位置的限制。

(4)系统模块化设计: 系统采用了模块化技术架构,具有良好的持续升级和功能扩展能力。可以随着将来技术的发展和用户功能需求的变化而不断升级。

(5)开放性信息管理:系统采用C/S和B/S相结合的设计体系,实现信息系统共享,提高了用户对系统信息管理的效率。

8 应用范围

无线路灯控制系统;无线智能灯光控制系统;无线照明控制系统;无线景观灯光控制系统;无线景观照明控制系统;城市路灯控制系统;无线广告牌的控制。

9 系统作用

增强应急能力:系统具有定时控制和人工控制等多种控制方式,能随时调整灯光的开/关灯时间,实现辖区范围内的全夜灯、半夜灯开/关灯自动控制。在特殊的天气情况时能通过人工控制进行应急调度。

提高城市形象:系统具有自动报警和巡测、选测功能,当设备发生故障时,调度人员可以在数秒钟内及时了解故障的地点和状态,并及时进行修复,这样可以极大地减少对照明管理部门的投诉,从而进一步提高城市的形象。

降低维修成本:系统将“巡灯查找故障"改为“值班等待报警",减少了“巡灯"人员和车辆损耗,降低了维修成本。在已经知道了故障的地点和情况,可以缩短到达维修地点的时间、提高检修效率,降低维护成本。

节约电能:系统能提高开/关灯的可靠性和可检查性,避免白天亮灯、晚上熄灯情况的出现。设备预置合理的开关灯时间方案,在满足对城市照明的需求时,有效地减少了开灯时间,从而节约了大量的电能。

降低运营成本:通过减少开灯时间,能有效延长灯具的使用寿命,可有效降低运行成本,进一步提高了经济效益。

实现科学管理:系统能将采集到的数据自动进行存储、统计,并能随时进行查询和打印,为管理现代化提供了基本数据依据。