隨著城市人口越來越多，城市科技化和舒適性的要求也越來越高。城市路燈照明系統(tǒng)，它不再局限于為市民提供生產(chǎn)、生活的照明便利，它對城市美化和亮化起到了重要的作用，智能化的城市道路照明管理監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市的一張名片，同時也是城市形象工程的重要組成部分。良好的城市道路照明將給城市帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。近年來隨著科技的發(fā)展，智能路燈已經(jīng)開始推廣到全國各大城市，美化和亮化了城市，讓城市面貌煥然一新。但由于城市路燈布局分散，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、在進(jìn)行路燈智能化改造過程中需解決的問題還有很多，比如路燈用電監(jiān)控、故障報修、路燈防盜等問題。
本文設(shè)計了一個路燈監(jiān)控防盜管理器，采用現(xiàn)代化電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、無線通訊技術(shù)、OFDM載波通信技術(shù)，對城市道路路燈照明實現(xiàn)智能化的管理和自動化的控制，提高了自動化程度，提高設(shè)備維護(hù)、檢修效率，有效保證城市整體亮燈率和設(shè)備完好率。同時，通過智能化的控制，還降低路燈能耗、減低維護(hù)成本，同時避免路燈人力物力和電能的浪費。
1、城市路燈照明防盜監(jiān)控管理器整體設(shè)計
城市路燈照明防盜監(jiān)控主要有以下兩個功能：
一、是對路燈用電狀態(tài)的實時監(jiān)測與控制，二是電纜防盜報警功能。系統(tǒng)包括防盜監(jiān)控末端和防盜監(jiān)控主機(jī)。防盜監(jiān)控主機(jī)和防盜監(jiān)控末端之間能夠進(jìn)行有效可靠的通信。通過調(diào)研分析，路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)硬件設(shè)計要求：
(1)帶后備電源，能自動充放電。雙電源電路在斷電情況下自動切換。
(2)帶GPRS模塊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程防盜報警和無線數(shù)據(jù)傳輸功能。
(3)帶4路數(shù)據(jù)采集控制功能。帶數(shù)據(jù)存儲功能。能存儲終端單機(jī)自動控制時刻表。
(4)帶時鐘功能。能接受遠(yuǎn)程校時。
(5)帶防盜報警載波通信模塊，實現(xiàn)報警數(shù)據(jù)傳輸。
2、硬件設(shè)計方案
路燈監(jiān)控防盜主機(jī)負(fù)責(zé)路燈線路數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)通過電力線傳輸，其硬件框圖如圖l所示。路燈防盜監(jiān)控主機(jī)控制器主要包括以下幾個部分：電源模塊、GPRS通信模塊、電力載波收發(fā)模塊、MCU處理器模塊、時鐘模塊、電流采集電路、光照傳感器、繼電器模塊、防盜監(jiān)控模塊。
主電源采用開關(guān)電源供電，后備電源采用鋰電池供電，采用二極管自動切換式不間斷電源電路。
主電源：采用模塊電源，三相電源輸入，兩路5V，1A輸出。
后備電源：采用可充電鋰電池、帶充電器。
2.2 MCU處理器模塊
MCU處理器模塊選用市面上集成了基于OFDM載波通信技術(shù)的CR600控制芯片，CR600是一顆基于ARMCortexMOCPU的高性能的寬帶載波芯片，具有高集成度與高可靠性的特性。CPU主頻125MHz，內(nèi)置256K片上RAM。使用OFDM調(diào)制技術(shù)，帶寬可達(dá)2~28MHz，物理層最高速率可達(dá)240Mbp?？蓛?nèi)嵌自動中繼路由協(xié)議，最大支持10級中繼。利用芯片集成的載波通信接口，配合路燈防盜終端可實現(xiàn)路燈電纜防盜監(jiān)控。
圖2 CR600控制芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
2.3用電監(jiān)控電路
路燈用電監(jiān)控采用專用計量芯片ATT7022A，監(jiān)控線路的電壓、電流通過傳感器線路輸入給ATT7022，3路模擬量通過三個雙四路模擬開關(guān)CD4052進(jìn)行信號切換。
圖3電壓電流采集電路2.4數(shù)字量輸入輸出電路
數(shù)字量輸入（開關(guān)狀態(tài)量）采用光耦隔離電路，數(shù)字量輸出（遙控輸出）電路采用光耦隔離，繼電器輸出。
圖4數(shù)字量輸出控制電路
2.5存儲模塊
終端需要存儲的數(shù)據(jù)有：單機(jī)模式下的開關(guān)燈控制時間，電壓電流傳感器變比。存儲量較小，數(shù)據(jù)讀寫次數(shù)少，選用24C02夠用。
2.6時鐘模塊
時鐘模塊主要是在系統(tǒng)單機(jī)模式下或者是系統(tǒng)掉電重啟后給終端提供精準(zhǔn)時鐘，時鐘芯片選用ISL1208。
2.7 GPRS模塊
GPRS模塊選用宏電H7709嵌入式GPRSDTU，可選擇232通信方式。
3、軟件設(shè)計方案
路燈防盜監(jiān)控軟件任務(wù)主要包括：路燈線路的數(shù)據(jù)和狀態(tài)的實時采集、對路燈管理上位機(jī)軟件命令的響應(yīng)、對異常情況的主動上報、斷網(wǎng)情況下的單機(jī)自動控制，對路燈防盜的監(jiān)控與報警。
路燈防盜監(jiān)控軟件由主程序及各種外圍硬件的驅(qū)動子程序構(gòu)成。
路燈防盜監(jiān)控主程序主要執(zhí)行實時采集各條線路的電壓電流開關(guān)狀態(tài)等電參數(shù)、脫網(wǎng)模式下，單機(jī)智能控制開關(guān)燈及主動上報的任務(wù)。
外圍硬件的驅(qū)動子程序包括：24C02子程序、ISL1208時鐘芯片子程序，ATT7022應(yīng)用子程序、繼電器輸出子程序、開關(guān)量讀入子程序、防盜監(jiān)控串口中斷子程序。各子函數(shù)主要功能介紹如下：
(1) 24C02子程序主要完成數(shù)據(jù)的讀寫。讀寫數(shù)據(jù)包括：開關(guān)燈時間，電參數(shù)存儲。
( 2) ISL1208時鐘子程序主要完成對ISL1208時鐘芯片的讀取及時鐘校時。
( 3) ATT7022子程序主要完成對電參數(shù)電壓電流的讀取，不包括軟件校表。
(4)繼電器輸出子程序主要完成對四路繼電器輸出的分路獨立控制。
(5)開關(guān)量讀入子程序主要完成對四路開關(guān)量輸入的讀取。
(6) GPRS通信子程序主要完成上位機(jī)開關(guān)燈命令及校時命令執(zhí)行。
(7)防盜報警串口通信子程序主要完成心跳包的收發(fā)和防盜報警的監(jiān)控。
4、結(jié)語
總之，基于電力載波技術(shù)的城市路燈監(jiān)控管理器通過采用現(xiàn)代化電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、無線通訊技術(shù)、OFDM載波通信技術(shù)，對日益快速發(fā)展的城市道路照明實現(xiàn)自動化監(jiān)控和智能化的科學(xué)管理，提高了道路照明質(zhì)量，保證了路燈電纜的安全。
本文設(shè)計了一個路燈監(jiān)控防盜管理器，采用現(xiàn)代化電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、無線通訊技術(shù)、OFDM載波通信技術(shù)，對城市道路路燈照明實現(xiàn)智能化的管理和自動化的控制，提高了自動化程度，提高設(shè)備維護(hù)、檢修效率，有效保證城市整體亮燈率和設(shè)備完好率。同時，通過智能化的控制，還降低路燈能耗、減低維護(hù)成本，同時避免路燈人力物力和電能的浪費。
1、城市路燈照明防盜監(jiān)控管理器整體設(shè)計
城市路燈照明防盜監(jiān)控主要有以下兩個功能：
一、是對路燈用電狀態(tài)的實時監(jiān)測與控制，二是電纜防盜報警功能。系統(tǒng)包括防盜監(jiān)控末端和防盜監(jiān)控主機(jī)。防盜監(jiān)控主機(jī)和防盜監(jiān)控末端之間能夠進(jìn)行有效可靠的通信。通過調(diào)研分析，路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)硬件設(shè)計要求：
(1)帶后備電源，能自動充放電。雙電源電路在斷電情況下自動切換。
(2)帶GPRS模塊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程防盜報警和無線數(shù)據(jù)傳輸功能。
(3)帶4路數(shù)據(jù)采集控制功能。帶數(shù)據(jù)存儲功能。能存儲終端單機(jī)自動控制時刻表。
(4)帶時鐘功能。能接受遠(yuǎn)程校時。
(5)帶防盜報警載波通信模塊，實現(xiàn)報警數(shù)據(jù)傳輸。
2、硬件設(shè)計方案
路燈監(jiān)控防盜主機(jī)負(fù)責(zé)路燈線路數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)通過電力線傳輸，其硬件框圖如圖l所示。路燈防盜監(jiān)控主機(jī)控制器主要包括以下幾個部分：電源模塊、GPRS通信模塊、電力載波收發(fā)模塊、MCU處理器模塊、時鐘模塊、電流采集電路、光照傳感器、繼電器模塊、防盜監(jiān)控模塊。
圖1 防盜監(jiān)控主機(jī)硬件框圖
2.1 電源模塊設(shè)計主電源采用開關(guān)電源供電，后備電源采用鋰電池供電，采用二極管自動切換式不間斷電源電路。
主電源：采用模塊電源，三相電源輸入，兩路5V，1A輸出。
后備電源：采用可充電鋰電池、帶充電器。
2.2 MCU處理器模塊
MCU處理器模塊選用市面上集成了基于OFDM載波通信技術(shù)的CR600控制芯片，CR600是一顆基于ARMCortexMOCPU的高性能的寬帶載波芯片，具有高集成度與高可靠性的特性。CPU主頻125MHz，內(nèi)置256K片上RAM。使用OFDM調(diào)制技術(shù)，帶寬可達(dá)2~28MHz，物理層最高速率可達(dá)240Mbp?？蓛?nèi)嵌自動中繼路由協(xié)議，最大支持10級中繼。利用芯片集成的載波通信接口，配合路燈防盜終端可實現(xiàn)路燈電纜防盜監(jiān)控。
圖2 CR600控制芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
路燈用電監(jiān)控采用專用計量芯片ATT7022A，監(jiān)控線路的電壓、電流通過傳感器線路輸入給ATT7022，3路模擬量通過三個雙四路模擬開關(guān)CD4052進(jìn)行信號切換。
圖3電壓電流采集電路2.4數(shù)字量輸入輸出電路
圖4數(shù)字量輸出控制電路
終端需要存儲的數(shù)據(jù)有：單機(jī)模式下的開關(guān)燈控制時間，電壓電流傳感器變比。存儲量較小，數(shù)據(jù)讀寫次數(shù)少，選用24C02夠用。
2.6時鐘模塊
時鐘模塊主要是在系統(tǒng)單機(jī)模式下或者是系統(tǒng)掉電重啟后給終端提供精準(zhǔn)時鐘，時鐘芯片選用ISL1208。
2.7 GPRS模塊
GPRS模塊選用宏電H7709嵌入式GPRSDTU，可選擇232通信方式。
3、軟件設(shè)計方案
路燈防盜監(jiān)控軟件任務(wù)主要包括：路燈線路的數(shù)據(jù)和狀態(tài)的實時采集、對路燈管理上位機(jī)軟件命令的響應(yīng)、對異常情況的主動上報、斷網(wǎng)情況下的單機(jī)自動控制，對路燈防盜的監(jiān)控與報警。
路燈防盜監(jiān)控軟件由主程序及各種外圍硬件的驅(qū)動子程序構(gòu)成。
路燈防盜監(jiān)控主程序主要執(zhí)行實時采集各條線路的電壓電流開關(guān)狀態(tài)等電參數(shù)、脫網(wǎng)模式下，單機(jī)智能控制開關(guān)燈及主動上報的任務(wù)。
外圍硬件的驅(qū)動子程序包括：24C02子程序、ISL1208時鐘芯片子程序，ATT7022應(yīng)用子程序、繼電器輸出子程序、開關(guān)量讀入子程序、防盜監(jiān)控串口中斷子程序。各子函數(shù)主要功能介紹如下：
(1) 24C02子程序主要完成數(shù)據(jù)的讀寫。讀寫數(shù)據(jù)包括：開關(guān)燈時間，電參數(shù)存儲。
( 2) ISL1208時鐘子程序主要完成對ISL1208時鐘芯片的讀取及時鐘校時。
( 3) ATT7022子程序主要完成對電參數(shù)電壓電流的讀取，不包括軟件校表。
(4)繼電器輸出子程序主要完成對四路繼電器輸出的分路獨立控制。
(5)開關(guān)量讀入子程序主要完成對四路開關(guān)量輸入的讀取。
(6) GPRS通信子程序主要完成上位機(jī)開關(guān)燈命令及校時命令執(zhí)行。
(7)防盜報警串口通信子程序主要完成心跳包的收發(fā)和防盜報警的監(jiān)控。
4、結(jié)語
總之，基于電力載波技術(shù)的城市路燈監(jiān)控管理器通過采用現(xiàn)代化電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、無線通訊技術(shù)、OFDM載波通信技術(shù)，對日益快速發(fā)展的城市道路照明實現(xiàn)自動化監(jiān)控和智能化的科學(xué)管理，提高了道路照明質(zhì)量，保證了路燈電纜的安全。
