基于GSM網絡的路燈節能控制系統設計

摘要:隨著，我國城市化進程的加快，如何節能降耗己成為近年來研究的熱點課題。本文針對我國在城市照明上所存在的巨大的能源消耗，結合現代檢測技術、單片機控制、GSM無線通信等各種高新技術而設計了節能型路燈智能控制系統。

關鍵詞:城市化;節能降耗;GSM無線通信

1 引言

目前，我國城市市電電壓是隨著城市用電量的不同而變化的，當在每天晚上的用電高峰時，市電電壓會隨之降低，而當進入深夜以后，用電高峰過后，市電電壓則會升高。對于同樣的路燈而言，消耗的功率就會大大的升高，造成電力資源的浪費，并且如果路燈長期工作在高于本身額定電壓的環境下，將縮短路燈的使用壽命。因此，研發出一種把路燈的智能控制和節能有效的結合起來的系統是很有必要的。在倡導節約型社會的今天，節能型路燈照明智能控制系統的研發更具有現實的意義。

2 傳統路燈節能控制方法

長期以來，國內大多數城市路燈照明控制廣泛采用傳統控制方式，其節能方法主要有以下幾種:

人工控制節能方式:根據開關燈時間表由值班人員負責手動進行開關燈操作。

時控節能方式:以時間為唯一的開關燈依據，不論氣象條件如何變化，均只能在規定時刻開關燈，隨季節變化人工干預調整開關時間。

光控節能方式:按光照度的差異來控制路燈開關。

這些節能方式存在著較為明顯的缺憾，國內大多數城市路燈的開關燈控制由各變壓器配電箱分散控制，盡管城市路燈運行有專門控制線，只有控制功能而無法實現監測。由于不能嚴格按照室外自然光照度進行控制，不僅實時性差，故障率高，而且浪費嚴重。另外，傳統控制方式要求人不離崗，及時控制燈光的開啟和關閉，由于人工控制誤差而造成電能浪費很是驚人。

3 基于GSM網絡的節能控制系統

3.1 GSM系統主要特點

頻譜效率高、容量大。由于采用了高效調制器、信道編碼、交織、均衡和話音編碼技術等，系統具有高頻譜效率;每個信道傳輸帶寬增加，該系統的容量大約是模擬系統的3}5倍。

具有開放的接口。GSM標準所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且包括網絡之間以及網絡中各種設備實體之間，與其他網絡的互連通常利用現有的標準接口，如ISUP或TUP等。

安全性好。通過SIM卡提供用戶鑒權和對傳輸信息進行加密。

3.2 系統整體結構與功能

本系統的組成為二級網絡結構:后臺監控中心和控制柜終端。其實現方案如圖(1)所示。其中，后臺監控中心是系統的上位機部分，主要由工控計算機和通信模塊構成，內置控制柜狀態監控軟件，通過天線對整個系統進行指揮。它能對系統運行狀態及參數等數據進行實時采集、分析和處理，相當于整個控制系統的“大腦”部分。控制柜終端是系統的下位機部分，主要由單片機系統組成，它充分利用了單片機及其接口芯片的各種資源和特長，以實現節能型智能路燈控制系統的各種功能。該電路連接著市電電壓采集模塊、GSM通信模塊、無線收發模塊、鍵盤顯示模塊、光控模塊、溫控模塊等部分，通過對各種元件進行管理，實現了控制柜的現場控制以及與后臺的數據通信。后臺監控中心與控制柜終端的數據通訊依托于GSM通信模塊。

系統的具體功能如下:路燈控制柜為前端系統，安放在各個主要街道。市電電壓采集模塊采集市電電壓送入AVR單片機的A/D，然后進行節電等級判斷，若滿足某節電等級的轉換，則由單片機控制相應的繼電器，以實現節電等級的轉換，并實時的根據后臺控制中心的指令，將控制柜的狀態上傳到后臺監控中心。后臺監控中心由工業控制計算機、GSM通信模塊、相應的后臺管理軟件和數據庫組成。控制柜終端的信息通過GSM模塊與后臺監控中心雙向通信。監控中心可遠程接收各控制柜的狀態信息，也可以將有關控制命令通過GSM無線網絡平臺傳至控制柜終端，實現對控制柜的遙控和遙信。后臺監控軟件在Windows操作系統下采用各控制柜的位置，VB語言開發而成，具有菜單操作、屏幕顯示等功能，電子地圖將顯示控制柜的運行狀態信息數據也將自動存入數據庫以供管理人員查詢。

4 GSM(TC35T)通信模塊的設計

TC35T模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。其中GSM基帶處理器是核心部件，它的作用相當于一個協議處理器，用來處理外部系統通過串口發送過來的A丁指令，涵蓋了蜂窩射頻設備中所有的模擬和數字功能;射頻模塊部分主要實現信號的調制與解調，實現外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換;匹配電源為處理器以及射頻部分提供所需的電源;插座是提供給用戶的應用接口。該通信模塊的工作電壓為3.3-5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W(900M)和1 W(1800M)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿、多方通話、漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE，TALK等模式。通過獨特的40引腳的ZIF連接器，實現電源連接、指令、數據、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。主要應用接口為:

RS-232數據接口:標準DB9接口，通信模塊通過RS-232接口與單片機相連。控制線接口:主要有指示燈、同步信號線、電源控制線等。聲音接口:包括耳機和麥克風的接口，各有兩組接口。第一組接口包括一個模擬信號的麥克風輸入和一個模擬信號的耳機輸出;另一組為模擬信號的麥克風輸入和用于手持設備的模擬信號輸出。SIM卡接口:SIM (Subscriber Identity Model)用戶識別模塊，是帶有微處理器的一種智能集成電路芯片，主要由CPU， RAM， ROM， EEPROM和串行通信接口電路組成。SIM卡是數字移動通信系統中不可缺少的一個重要組成部分。只有通過對SIM卡定義后，即在SIM卡中存入用戶相關的數據，通過對SIM卡鑒權，移動電話才能有效完成與網絡設備的連接與信息交換。

在接口設計或通訊過程中，我們不必考慮GSM網絡本身的通訊方式及相關的傳輸手段，因此系統開發對我們來說可以看作是透明的，因為短消息本身有一個完整的技術基礎，包括提供可靠的信息收發支持。模塊具有很強大的通信功能，加上電信系統的手機短信服務方便快捷，使得用其傳輸數據具有可能性。

5 節電方法的實現分析

本設計采用的節電方式是降壓，降壓采用的是自禍降壓式調控裝置。

自藕變壓器與普通變壓器的區別在于，自藕變壓器的一、二次側線圈不僅有磁的聯系，還有電的聯系，在輸出電壓調節范圍不大時它的容量比較小，所以消耗的材料少，造價低，效率高。這類產品最大的優點是克服可控硅斬波型產品產生諧波的缺陷，實現電壓的正弦波輸出，結構和功能都很簡單，當然可靠性也比較高。目前應用的有兩種方式，即固定抽頭方式和連續調節方式，但是，這兩種方式也分別存在技術缺陷。

固定多檔自禍降壓器。其核心部件是一個多抽頭的變壓器，變壓比是固定的，一般副邊有三到五個降壓抽頭，分別降5V，10V.15V， 20V等固定值，一旦接線端固定，降低電壓就是固定值，目前我們采用的就是此種降壓方式。此種降壓方一式適用于不經常動作的開關場合，不適用于頻繁切換的場合。

連續調節自藕型降壓器。其工作原理是通過電刷在線圈的表面平滑移動或滾動，改變線圈的變比而調節輸出電壓。優點是可實現無級平滑調節，調節精度高，但由于電刷調節回路是串在主回路中，因此承受的電流大，電刷接觸不良，會產生火花，引起觸點磨損。

參考文獻

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