基于GPRS和PLC的远程路灯监控系统设计

2011-05-10 08:35:01来源: 互联网
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
    电力线接口模块由线驱动器和线接口组成,它的主要功能是:
    ①发送模式中,用于将ST7537送来的传送信号(AT0)放大和滤波;
    ②接收模式中,从电力线给ST7537的接收口提供接收信号;
    ③有抵制尖峰脉冲和过载的保护电路。


    电力线接口模块的框图如图3所示。线驱动器起放大ST7537的输出信号(AT0)的作用。为了使线驱动器适用于电力线,使用了线接口。在线接口中使用了变压器,其功能为:
    ◆把其他电路与电力线隔离开;
    ◆把传输信号送到电力线上去;
    ◆从电力线中提取出接收信号;
    ◆滤除传输信号中的谐波。
    电力线接口模块的电路原理图如图4所示。


    复合晶体管Q1、Q2、Q3、Q4组成推挽式放大器。电阻R1、R2可使放大器获得最佳性能。当(接收模式)时,ST7537输出信号PABC=1和使双极型晶体管Q1和Q5截止,切断了功率放大器的电源,功放不工作。
    变压器由1个主绕组和2个副绕组组成。绕组比例为4:1:1,其参数为:主绕组9.4μH,副绕组140μH,C1=2.2 nF。为了防止非线性畸变,C2的线性必须非常好,C3滤除从电力线过来的50/60 Hz的信号,并有短路保护功能。当相位不知时,使用附加电容C4加到C3上去,组成放电回路,避免发生触电危险。
    为了避免尖峰信号对电路的破坏,采用1个双向稳压管。当电压值大于或等于稳压管电压时,稳压管就会短接到地,保护接口电路地器件不会被烧坏。
    另外,该系统采用了Dallas半导体公司的DS1302涓流充电时钟芯片。该芯片是可编程I2C串行接口时钟芯片,还提供31字节的非易失SRAM用于数据存储。优点是电路结构简单,可以通过单片机的任意I/O口作为SCL和SDA信号线,编程简单,成本较低。

4 系统软件设计
    系统主要采用无线Modem CMS91来进行历史数据、实时数据以及报告信息的远程传输。通过单片机AT指令对CMS91进行上网前的设置和数据的传输。当收到CMS91的正确反馈回答后,1条物理信道就在CMS91和GPRS网络之间建立起来。单片机通过向Modem发送不同的AT命令来控制其工作。
    CMS91加电后,应用程序需通过P0口操作CMS91的ON/OFF控制位,CMS91正式启动的过程大约3~5 s,若CMS91接有有效的SIM卡,CMS91将附着在GPRS网络。对CMS91的串口读写操作仍然由中断服务程序来实现,复位上电后,程序先进行工作频率等参数的设置,然后进行拨号和PPP协商。PPP协商成功后,将得到系统本地IP,一旦获得自己的IP,系统实际上就已经连入Internet,但要和连入Internet的另一IP终端通信,就还需要与另一IP终端进行端对端的TCP连接。在TCP连接成功后,整个程序将保持这个连接状态。进入TCP连接状态后,可能会收到TCP连接的另一IP终端发来的数据,在层层解包处理之后,便可以得到TCP层之上的种种应用层数据。如果要向对方发送数据,则要先进行中断请求发送,在等到TCP连接建立之后方可发送。这部分TCP/IP协议的处理由CMS91内嵌的单片机来完成。
    GPRS模块发送子程序和接收子程序的流程如图5所示。



5 结论
    本文设计的基于GPRS和PLC的远程路灯监控系统,相对于以往的时钟以及光电控制路灯,能够对路灯线路进行有效的监控,实现遥控、遥测和遥信功能,而且运行稳定、可靠。该设计采用GPRS和PLC进行通信,无需重新铺设线缆和构建新的通信网络,运行成本很低,具有很好的应用和推广价值。

关键字:gprs  远程  路灯  监控系统

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0510/article_5905.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
gprs
远程
路灯
监控系统

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved