基于GPRS和PLC的远程路灯监控系统设计

2010-05-10 18:44:15来源: 单片机与嵌入式系统

1 GPRS技术简介

      GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)是一种基于第二代移动通信系统GSM的无线分组交换技术,特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS的传输速率最高可达171.2 kbps,实际应用中的平均速率也高达53.6kbps。GPRS为移动用户和数据网络之间提供连接,为移动用户提供高速无线接口和X.25服务。GPRS采用数据分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以有多个用户共享,因而资源被有效利用。用户永远在线,按流量计费,降低了服务成本。

  利用GPRS进行数据传输具有如下的优点:

  ①接入范围广。GPRS是在现有的GSM网上升级,可充分利用全国范围的电信网络,可以方便、快速、低成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署。

  ②传输速率高。理论值最高可达171.2 kbps,是当前GSM网络中电路数据交换业务速度的十几倍。下一代GPRS业务的速度甚至可以达到384 kbps,完全可以满足用户应用需求。

  ③登陆快捷。GPRS接入等待时间短,可快速建立连接,平均耗时为2 s。

  ④永远在线,提供实时在线功能。“实时在线”或“永远在线”即用户随时与网络保持联系。即使没有数据传送,终端也一直与网络保持联系,这将使访问服务变得非常简单、快速。

  ⑤按流量计费。用户只有在发送或接收数据期间才占用无线资源,按照用户接收和发送数据包的数量计费。没有数据流量时,用户即使挂在网上也不收费。

  ⑥切换自如。用户在进行数据传送时,不影响语音信号接收。数据业务和语音业务的切换有自动和手动2种方式,具体形式依据不同终端而定。

2 系统总体结构

  按照路灯远程测控系统的设计要求和要实现的功能,将系统大体分为中央控制室、集中控制器和路灯控制器3层网络结构。系统的总体结构如图1所示。

  第1层中央控制室是l台PC服务器,负责整个城市路灯的监控;第2层集中控制器负责一条街上全部路灯的控制;第3层路灯控制器负责同一灯杆上的所有灯具。其中,l层与2层之间使用了GPRS无线通信网,这两层之间距离远,虽然通信成本较高但通信成员少。2层与3层应用了窄带电力线载波通信技术,利用现有的电力线传输信号,不用另外铺设线缆,几乎没有运行成本,特别适合通信对象多的情况。

  另外,本设计还具有电量计量等功能,由电压互感器和电流互感器对各路段路灯的电力参数进行实时采集,将采集到的数据进行分析和存储,或者通过监控中心的巡检把现场各路段工作参数(包括电压电流开关量等)传回监控中心。监测终端能自动检测到跳闸、断路、电压异常、供电故障、开关灯控制异常等突发事件,并及时将告警数据上传监控中心,以供监控中心值班人员及时了解情况做出处理。GPRS通信网络是监控中心与无线数据采集监测终端的数据传输通道,选用固定IP地址方式通过GPRS网络将所采集到的工作参数主动、及时地上传到监控中心。

3 系统硬件设计

  3.1 GPRS发送模块电路设计

  GPRS模块主要实现无线上网的功能。市场上有一些成熟的产品,譬如说Sony/Eircsson公司的M47c、Simens公司的MC35等。这里选用Cello公司的CMS91,它是一种双频段GSM/GPRSlO级模块,主要优点有低功耗、接口简单、AT指令功能完善、可支持GPRS CLASS10、开发多媒体应用、价格较低等。同时,它也提供SMS(短消息服务)和语音功能。GPRS模块提供RS232接口,可以通过它来完成对模块的控制,譬如拨号和切换模式等。一旦通过模块连接上Internet,采集到的数据就可以用TCP/IP传输方式发送到任意一台具有公网IP地址的主机上去,从而实现采集数据的无线传输。图2给出了由CMS91构成的GPRS发送模块的电路原理图。


  在该设计中,CMS91模块相当于1个无线调制解调器用户的应用系统,需要通过PPP(LCP/PAP/IPCP)先和运营商的Internet接入服务器连接,然后才能应用TCP/IP/UDP或者更高一层的应用层程序(如HTTP、FTP等)进行通信。该模块已经集成了1个天线接收机模块,实际使用时需接入SIM卡插座。GPRS终端是通过RS232接口与设备进行通信的,利用电平转换芯片MAX232实现了微处理器的TTL电平与RS232电平的转换。MAX232能满足TIA/EIA-232-F和1TU v.28标准的要求,其工作电源电压为3~5.5 V,有1个驱动器和1个接收器,数据速率最高可达250 kbps,该芯片具有静电保护功能和自动掉线的特点。

  3.2 电力线载波模块设计

  

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关键字:GPRS  PLC  CMS91  ST7537

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0510/article_2548.html
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