基于ZigBee和GSM的城市路灯监控与防盗系统设计

杜晓婷，欧书琴 （安徽三联学院信息与通信技术系，安徽 合肥230061）

目前，城市路灯监控与防盗系统的技术比较落后，成本也较高。为此，笔者以单片机为控制核心，借助已有的GSM移动通信网络，设计了路灯监控与防盗系统，通过终端控制器分布式监测，以主控中心为核心的软件系统实施全方位管理，从而实现城市路灯的高效控制和管理❶安徽三联学院新专业建设项目（2013Z015）。。

1 系统总体架构

城市路灯监控与防盗系统总体架构主要由以下3部分组成：第1部分是RTU，其包括系统的终端控制设备和电缆智能防盗设备；第2部分是GSM网，用于数据传输及报警；第3部分是主控中心的监控软件部分，其功能为实现对RTU端的远程控制以及数据传输与存储，是整个智能城市路灯监控与防盗系统的指挥中心。系统总体架构图如图1所示。

图1 智能路灯监控防盗系统总体架构图

2 系统硬件设计

硬件设计结构框图如图2所示。

2.1 中央处理模块

中央处理模块采用美国德州仪器（TI公司）的低功耗微处理器MSP430，该芯片是一种混合信号处理器，其将模拟电路模块、数字电路模块及微处理器模块集成其上，具有精简指令集和16位超低功耗，因而具有超强处理能力、高速运算能力、超低功耗、丰富的片内资源以及方便高效的开发环境［1］。

2.2 GSM无线通信模块

该系统监控终端设备和主控中心之间的通信采用基于GSM的无线通信技术，因而GSM模块是实现无线通信的关键。目前，市面上可供选择的GSM无线通信模块有TC35系列、WISM02模块等，前者是来自于西门子公司，后者来自于Wavecom公司，这些模块都可以进行二次开发，是标准的GSM通信模块，可以直接通过串行接口直接连接微处理器，操作方便，为此选用Wavecom公司的WISMO Quik Q2403A无线通信模块，依据GSM07.05定义的AT指令规范，完成系统无线信息传输与数据管理任务［2］。

图2 硬件设计结构框图

2.3 射频芯片

采用Chipcon公司生产的CC2430作为射频芯片，该芯片延用了CC2420芯片的架构，在此基础上集成了1个8位MCU（8051）、128KB可编程闪存、8KB的RAM，还包含ADC、定时器、AES128协同处理器等，其与Chipcon公司的先进的ZigBee协议栈、工具包和参考设计相结合，因而具有良好的集成开发环境［3］。

2.4 电源芯片

采用选择LM2575系列芯片提供5V电压源电压，固定振荡器直接集成在芯片的内部，电路简单且连接方便，电压稳定，工作效率高。

2.5 其他辅助电路

为了满足可操作性与可维护性的需要，该系统还设计了人机接口电路，选用了LCMI2864芯片作为LCD液晶显示模块，通过3个按键来完成对路灯各参数的设定以及修订工作。采用HRS4H－SDC12V继电器，其最大切换电流为10A。

2.6 电缆防盗子系统

电缆防盗子系统由1个电缆防盗主控端和N个监控末端构成，主控端位于配电箱内，其主要工作原理如下：白天时，路灯断电情况下，线路的主控端发送一个低压直流信号，监控末端根据接收的信号判断线路的完好性；夜晚时，监控末端通过检测线路的50Hz交流电判别线路是否正常。监控末端白天采用蓄电池的方式供电，夜间则对蓄电池进行充电，防盗主控端与监测末端主要通过ZigBee无线网络进行信息传输，可将监控信息通过GSM网络发到整个系统的主控中心统一管理，可以实现多变电站统一防盗监控。该子系统对末端监测模块的数量没有限制，一个电缆防盗中控模块可同时监控多条电缆，任何一条电缆出现故障，都能实现即时报告故障地点及时间，以便管理人员及时做出处理［4］。电缆防盗子系统结构图如图3所示。

图3 电缆防盗子系统结构图

3 主要软件设计

3.1 中央处理软件

中央处理软件借助IAR Embedded Workbench软件开发平台，这是一种支持多个目标处理器，采用项目模式对应用程序进行管理，为用户提供便捷窗口界面的开发环境，开发与调试方便快捷，通用性好，功能强大。中央处理软件流程图如图4所示。

3.2 电缆防盗软件

城市路灯监控与防盗系统终端控制器通过对防盗模块监控端巡检，如果发现电缆末端电压检测信号异常，RTU立即向主控中心发出报警信号［5］。电缆防盗软件程序流程图如图5所示。

图4 中央处理软件流程图

图5 电缆防盗软件流程图

4 结语

根据GSM无线通信技术与微处理器技术，并结合ZigBee无线组网技术，设计了城市路灯监控与防盗系统。该系统改变了传统城市路灯控制与管理方式，实现了城市路灯的实时监控、节能调控以及远程报警功能，具有技术先进、价格低廉、维护便捷的特点，在城市路灯监控与防盗方面有很好的应用潜力。

［1］ 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机 ［M］.北京：北京舷空航天大学出版社，2001.

［2］ 孙建延 .基于GPRS网络的数据采集与控制系统的研究 ［J］.武汉：中国地质大学，2006.

［3］ 蔡卫峰 .路灯无线通信监控系统实现 ［J］.电气自动化，2002（5）：59－62.

［4］ 王毅 .基于GSM的路灯输电线防盗监控系统设计 ［J］.微计算机信息，2009，25（2）：33－34.

［5］ 何蓉丽，陈鹏 .高速公路电力电缆防盗技术的现状与发展 ［J］.科技经济市场，2009（1）：26－28.