引言

隨著城市夜景照明設施的迅猛發展和人們生活品味的提高，對于城市的燈光設施建設提出了更高的要求。道路照明路燈，裝飾彩燈、燈光噴泉、彩燈草坪、大廈射燈等各種各樣的特色燈光構成了美麗的城市燈光夜景系統。但是，在這些美麗的燈光后面，我們的路燈管理部門擔負著沉重的燈光設備維護管理工作。隨著亮化工程腳步的進一步加快，這種沉重的負擔已經成為困擾路燈管理部門的難題。

為了解決這個難題，提出了開發路燈監控管理系統，用于管理城市照明，目的是利用現代計算機技術，通訊技術對日益快速發展的城市道路照明路燈實現自動化監控和智能化的科學管理，進一步提高道路照明質量，從而提高服務質量；進一步提高維護、檢修效率，從而保證城市整體亮燈率和設備完好率；進一步降低能耗、減輕勞動強度，從而避免無畏的電能和人力物力的浪費。

路燈監控管理信息系統

路燈監控管理信息系統是由通信服務器和若干路燈監控器組成，如圖1所示。

圖1 路燈監控管理信息系統

通信服務器通過局域網可以連接多個查詢終端，通信服務器和若干路燈監控器采用ADSL與GPRS通訊方式。使用者可以在通信服務器上完成對整個城市內任一區域、任一路燈監控器的控制；可隨時向路燈監控器發出查詢指令，對各路燈監控器的運行狀態、電流、電壓、門開狀態等數據進行查詢。

路燈監控器硬件設計

路燈監控器在硬件電路設計上，根據其功能劃分，由六部分組成（見圖2）。

圖2 路燈監控器功能結構圖

電路圖如圖3所示。

圖3 路燈監控器電路

時鐘存儲單元

時鐘芯片選擇了高精度實時時鐘芯片－SD2000BPI 。該芯片具有內置晶振、I2C總線接口、定時中斷輸出 、高精度、免調校的特點。同時該時鐘芯片內部含有EEPROM，用于存儲開關燈時間表等信息：

每組開/關燈時間包括2個字節，每個字節由2位BCD碼組成，由高到低分別為時、分。

每組報警時間包括4個字節，每個字節由2位BCD碼組成，由高到低分別為年、月、日、時、分、秒。默認值為00H。

路燈監控器編號2個字節，可以表示00~65536數值。

路燈監控器的工作狀態包括：報警狀態（ZT0）、門開狀態（ZT1）、手動/三遙狀態（ZT2）、全夜燈狀態（ZT3）、半夜燈狀態（ZT4）、景觀燈狀態（ZT5）。用連續的7個字節表示。

監控器可以監測9路工作電流，利用二個存儲單元的9個存儲位，分別存儲被監測的電流的監測狀態。

電壓電流采集

電壓及電流采集部分采用山東力創的EDA9016模擬量測量模塊，它可以采集12路電壓輸入信號，測量信號的輸入范圍0～10V，測量精度0.2級，其輸出采用RS-485總線。

將欲監測的電壓、電流通過電壓互感器、電流互感器感應出0～10V的電壓，輸出給EDA9016的模擬量輸入端，EDA9016通過RS-485總線與監控器的單片機連接，路燈監控器可以按照EDA9016的通訊協議，采集各路的電壓及電流，通過通訊服務器的查詢命令發送給客戶端軟件，實現路燈工作參數的自動監測，對電壓欠壓、電壓過壓、欠流、過流及時作出報警。

串口擴展

由于CPU采用PHILIPS的P89C51RD+芯片，該CPU只有一個串口，在本設計中用于同GPRS模塊通信。而多功能表和EDA9033均采用RS-485接口，所以要利用CPU普通IO口模擬SPI接口與MAX3100通信，MAX3100的串口再和MAX485相連，從而產生EDA9033和多功能電表需要的RS-485接口。

GPRS模塊

GPRS?？焯峁㏑S-232接口與外界通信，透明傳輸模式，應用十分方便。在本設計中采用一片MAX232芯片，通過CPU和GPRS模塊進行通信。

控制執行單元

控制執行部分采用三級管驅動繼電器，繼電器控制交流接觸器的辦法。在三級管和CPU IO口之間采用光耦隔離，防止繼電器吸合對系統產生的干擾。

其他設計

由于路燈監控器工作在無人職守的地方，為了路燈監控器的安全防盜，設計時在路燈監控器的門上，安裝了磁控開關，當門開時開關斷開，路燈監控器判斷這個開關的狀態，當門開時，路燈監控器路燈監控器先將報警類型、報警時間存儲在路燈監控器的存儲器內，然后通過GPRS無線通訊終端將門開信息發送給通訊服務器，通訊服務器在轉發給客戶端，以便及時通知檢修人員對門開進行處理。

路燈監控器軟件設計

本系統軟件采用keil C作為開發工具。除CPU程序外，還要開發一個對時鐘芯片進行時間預置的程序，以便于批量生產。

路燈監控器的工作流程如下：首先進入上電初始化程序，對路燈監控器的狀態進行初始化，包括全夜燈、半夜燈狀態、手動三遙狀態、報警狀態等變量進行初始化。然后初始化MAX3100和時鐘芯片，讀取設備的編號，初始化串口，讀取當前的電壓電流，然后進入主循環程序。

系統采用中斷方式接收GPRS串口數據，根據通信協議規定的數據格式判斷接收的數據是否正確，并能在規定的時間內接收不到數據后自動返回主程序，串口中斷子程序為：

一幀數據接收完畢后，給串口中斷標志置位，然后在主程序中判斷傳口中斷標志，如果該標志被置位，則開始判斷控制位，并進入相應的子程序，如設置開關燈時間，查詢工作參數，查詢工作狀態，實時開燈，實時關燈等，在執行完相應的子程序后將中斷標志復位。

控制位判斷程序為：

在主循環中同時執行自動開關燈的處理和門開報警的判斷。

為了實現路燈監控器與通訊服務器的可靠通訊，制定合理的通訊協議，具有非常重要的意義。在制定協議時，充分考慮協議的格式，使之規范化，使之具有良好的擴展性，規定好協議的起始標志、設備的編號、設備類型、控制碼、控制類型、數據長度、數據域、結束標志及如何進行校驗等，達到預期的功能，又最精簡。

現舉例如下：

實時開燈幀（C = 01H）

功能：通信服務器請求路燈監控器立即開燈。

幀格式：

F （回應標志）：默認值；

C （控制碼）： 01H；

CT （控制類型）：01H表示全夜燈負載，02H表示半夜燈負載，03H表示景觀燈負載， 04H表示全夜燈和半夜燈負載，05H全夜燈和景觀燈負載，06H半夜燈和景觀燈負載，

FFH表示所有路燈負載；

I （后續幀標志）：默認值；

L （數據長度）： L=00H；

D （數據域）：無數據域；

結語

本系統采用51單片機作為主CPU，成本低，實時性高，已經完成樣機試制，通過相關測試，并投入小批量生產。本產品已經應用于城市路燈監控系統，運行穩定，取得了良好的社會效益和經濟效益。