基于載波通信技術的城市道路照明防盜監控管理器設計研究

伍東亮

摘?要：隨著城市現代化不斷的發展，城市道路亮化照明越來越重要，它是現代城市重要的基礎設施，同時也是一個城市形象工程。城市路燈系統面臨線路長、布局分散、路燈線纜偷盜發生頻繁、防盜監控管理困難的現實問題，傳統的鐘控、手控等城市照明系統管理方法已不能滿足要求，傳統的關一半的半夜燈傳統控制方式存在嚴重的安全隱患，嚴重影響道路照明。如何充分利用現代化高科技手段解決路燈控制矛盾也就成為當前城市路燈照明控制領域一個新的課題。本文設計了一個路燈監控防盜管理器，利用單片機技術、傳感器技術、載波通訊技術、無線通信技術對城市道路照明實現了自動化的監控和智能化的科學管理，同時提高了道路照明質量。

關鍵詞：路燈管理;防盜監控;載波通信

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，它不再局限于為市民提供生產、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控系統是現代城市重要的基礎設施，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濟效益、社會效益和環境效益。近年來隨著科技的發展，智能路燈已經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，結構復雜、在進行路燈智能化改造過程中需解決的問題還有很多，比如路燈用電監控、故障報修、路燈防盜等問題。

本文設計了一個路燈監控防盜管理器，采用現代化電子技術、計算機技術、無線通訊技術、OFDM載波通信技術，對城市道路路燈照明實現智能化的管理和自動化的控制，提高了自動化程度，提高設備維護、檢修效率，有效保證城市整體亮燈率和設備完好率。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控管理器整體設計

城市路燈照明防盜監控主要有以下兩個功能：一是對路燈用電狀態的實時監測與控制，二是電纜防盜報警功能。系統包括防盜監控末端和防盜監控主機。防盜監控主機和防盜監控末端之間能夠進行有效可靠的通信。通過調研分析，路燈監控管理系統硬件設計要求：

（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，實現遠程防盜報警和無線數據傳輸功能。

（3）帶4路數據采集控制功能。帶數據存儲功能。能存儲終端單機自動控制時刻表。

（4）帶時鐘功能。能接受遠程校時。

（5）帶防盜報警載波通信模塊，實現報警數據傳輸。

2 硬件設計方案

路燈監控防盜主機負責路燈線路數據的采集，數據通過電力線傳輸，其硬件框圖如圖1所示。路燈防盜監控主機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、防盜監控模塊。

2.1 電源模塊設計

主電源采用開關電源供電，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載波通信技術的CR600控制芯片，CR600是一顆基于ARM CortexM0 CPU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，內置256K片上RAM。使用OFDM調制技術，帶寬可達2～28MHz，物理層最高速率可達240Mbps，可內嵌自動中繼路由協議，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路燈電纜防盜監控。

2.3 用電監控電路

路燈用電監控采用專用計量芯片ATT7022A，監控線路的電壓、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CD4052進行信號切換。

2.4 數字量輸入輸出電路

數字量輸入（開關狀態量）采用光耦隔離電路，數字量輸出（遙控輸出）電路采用光耦隔離，繼電器輸出。

2.5 存儲模塊

終端需要存儲的數據有：單機模式下的開關燈控制時間，電壓電流傳感器變比。存儲量較小，數據讀寫次數少，選用24C02夠用。

2.6 時鐘模塊

時鐘模塊主要是在系統單機模式下或者是系統掉電重啟后給終端提供精準時鐘，時鐘芯片選用ISL1208。

2.7 GPRS模塊

GPRS模塊選用宏電H7709嵌入式GPRS DTU?？蛇x擇232通信方式。

3 軟件設計方案

路燈防盜監控軟件任務主要包括：路燈線路的數據和狀態的實時采集、對路燈管理上位機軟件命令的響應、對異常情況的主動上報、斷網情況下的單機自動控制，對路燈防盜的監控與報警。

路燈防盜監控軟件由主程序及各種外圍硬件的驅動子程序構成。

路燈防盜監控主程序主要執行實時采集各條線路的電壓電流開關狀態等電參數、脫網模式下，單機智能控制開關燈及主動上報的任務。

外圍硬件的驅動子程序包括：24C02子程序、ISL1208時鐘芯片子程序，ATT7022應用子程序、繼電器輸出子程序、開關量讀入子程序、防盜監控串口中斷子程序。各子函數主要功能介紹如下：

（1）24C02子程序主要完成數據的讀寫。讀寫數據包括：開關燈時間，電參數存儲。

（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）開關量讀入子程序主要完成對四路開關量輸入的讀取。

（6）GPFS通信子程序主要完成上位機開關燈命令及校時命令執行。

（7）防盜報警串口通信子程序主要完成心跳包的收發和防盜報警的監控。

4 結語

總之，基于電力載波技術的城市路燈監控管理器通過采用現代化電子技術、計算機技術、無線通訊技術、OFDM載波通信技術，對日益快速發展的城市道路照明實現自動化監控和智能化的科學管理，提高了道路照明質量，保證了路燈電纜的安全。

參考文獻：

[1]周游，朱世磊，胡捍英.一種新的恒模信號OFDM系統的盲頻偏估計算法[J].吉林大學學報：工學版，2014（5）：1512-1516.

[2]楊碩.基于OFDM的電力線窄帶通信關鍵技術研究與實現[D].浙江大學，2012，（8）：65-66.

[3]楊朝陽，楊霄鵬，李騰等.新的基于粒子群優化的正交頻分復用系統盲頻偏估計算法[J].計算機應用，2014，34（10）：2787-2790.

[4]李偉，江楠.OFDM技術在電力線通信中的應用[J].電子測試，2013（09）.

[5]郭禧斌，左明鑫，吳伯彪.OFDM技術在低壓電力線載波通信中的應用現狀[J].信息通信，2015（08）.

基金：湖南省教育廳教育科學研究項目：基于OFDM技術的電力載波路燈電纜防盜系統研究.（項目編號：17C0579）