基于无线通信芯片nRF401的分布式智能城市路灯监控系统的研究（译文）参考.doc

基于无线通信芯片nRF401的分布式智能城市路灯监控系统的研究 Yu CHEN, Zhaoyu LIU Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management Zhengzhou, China e-mail: chenyu@ 摘要： 传统的路灯照明系统的控制方式有低效率，高成本和难以监控等缺点，因此，它并不符合现代城市的要求。为了实现分散式城市路灯远程状态实时自动控制，我们介绍了一种基于单片机技术，电力载波通信和无线通信技术等的远程智能城市路灯监视和控制系统。系统是由上位机，主控制器和各自的终端控制器组成的。上位机控制MSP430F19主控单片机，并传送控制指令给现场控制器，MSP430F149通过无线收发器nRF401控制相应的照明灯开关状态的变化。上位机能有效的完成对无线远程照明设备的实时控制。通过实验，传输距离最高可达到1000米。此外，我们设计了可保证当网络故障时自动关灯的照明监控设备。 关键词：路灯监控； MSP430F149；nRF401；无线通信;；AT89C51；电力载波通信 一.简介 路灯照明是城市基础设施的一部分，它在交通安全，社会安全，人民生活，城市外貌风格和特色以及城市实力和成熟程度中都扮演着重要角色。传统路灯控制器采用时间控制或者变压器（配电箱）去实现分散控制，这具有劣质集中管理和高故障率的弊端。由于没有长途数据采集和通讯功能,路灯管理在现实时间没有实现，所以，灯的工作,操作结果等不能集中监控、记录和静态的，这通常不能得到及时的维护。本文介绍了一种在分析传统监控系统的弊端后通过研究工作原理，实现和特性等基于单片机技术和无线通信技术等的路灯远程监控系统。该系统实现了根据需求照明，并监控报警，完成远程路灯的监测和控制，并具有较强的可行性。[1] 二.系统组成和原理 系统是由各个单灯监控终端控制器设备，路灯监控总站和上位机等组成。各个路灯监控总站通过无线传输和工作总站连接，总站与上位机通过RS232/485或者USB接口以有线方式连接。根据不同的地理分布情况，每个工作总站与一个或者多个工作从站通过无线通信形式连接。上位机通过与终端设备通信获得照明设备开关的状态。工作总站可以和上位机通过RS232/485或者USB总线接口通信。上位机实时显示照明设备的状态。每个单灯监控终端控制器可以通过上位机实现照明灯开启或关闭，因为城市的灯距离比较远，我们可以通过电力载波线作为通信媒介使路灯监控终端总站作为数据采集设备。这就是说，连接总站然后通过接口连接上位机，可以适用于大规模城市的需要，实现更长距离的数据传递。分散式网络结构原理如图1所示。 图1.分散式路灯监控系统结构。 每个监控终端下位机可以通过上位机自己设置路灯工作信息或者下载控制模式，例如时钟日历，开、关时间等。上位机可以显示各个路灯工作状态；监控总站节点可以通过各个节点间的无线阶跃通信向上位机传送指令；每个路灯节点控制其工作信息，并通过电力载波线实现故障报警；如果某一灯节点发生故障，越过这个节点通信，并把这些信息反馈给总站和上位机。单片机MSP430F149作为监控总站控制器；上位机通过RS232/485或者USB总线与工作总站连接并实现信息交流，这响应了整个系统监控和管理。监控总站控制器接收各种操作控制命令并设置上位机参数，各个区域路灯控制器收集类比开关并根据控制模式实现远程照明灯控制。上位机与工作总站通过RS485或USB总线接口连接；通过工作从站上传监测数据获取和储存监测数据。也下载控制模式和避免系统由于网络故障而发生失控现象。此外，每个单路灯控制器具有光强检测能力的模块，并可实现根据昼夜自动开关。 三.硬件电路设计 路灯监控系统总站控制器采用美国德州仪器公司的单片机MSP430F149；它是一种具有16位精简指令结构，16位寄存器和常数发生器的单片机的低功耗混合信号控制器。CPU在工作过程中，如果出错，数据工作处会自动运行，以保证系统正常工作。如果程序出错，我们可以设置看门狗来解决它。当程序转换，看门狗会出现溢出的情况，看门狗会产生复位信号，是系统重新启动，它可以保证系统运行的稳定性。 单灯监控设备 单灯监控终端的主要功能是控制灯的开关，实时收集灯的工作信息，并和监控总站通信，其硬件模块结构框图如图2所示。 图2.单灯监控系统结构。 ISL29000工作光强度范围为1lux到10000lux之间，并能把它转换为电流；输出电流正比于光电二极管接收到的光强度。输出电流被转换成电压，通过A/D转换器计算外部环境的光强度，并通过单片机判断是否开启活关闭。系统通过光电监控模块可以实现自动控制路灯开关，以避免通信故障。下位机可以通过设置数字端口译码获得每个路灯末端的地址，实现继电器驱动开关状态，并用电流变