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gprs在路燈監(jiān)控中的應(yīng)用
北京嘉復(fù)欣科技有限公司

　　1. 應(yīng)用背景

　　當(dāng)今時(shí)期的城市路燈照明系統(tǒng)，功能已不再局限于為市民提供生產(chǎn)、生活的照明便利，正在逐漸演變?yōu)檎故境鞘行蜗蟮囊粡埫殉蔀榇沓鞘泄δ芨纳仆顿Y環(huán)境的重要組成部分。然而龐大的路燈照明系統(tǒng)不但會(huì)消耗大量的電能，而且還需要投入巨額的日常維護(hù)費(fèi)用，這無(wú)疑將會(huì)給城市帶來(lái)電力供應(yīng)和財(cái)政支出的雙重壓力。如何緩解這一矛盾，并平衡好二者之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)"按需照明"，讓照明系統(tǒng)自身也產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，顯然就成為擺在城市路燈管理者們面前的重要課題。

　　路燈監(jiān)控項(xiàng)目是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須事先對(duì)其進(jìn)行全面的規(guī)劃，不僅要滿足目前管理方便的需要，而且還要為今后系統(tǒng)的發(fā)展和逐步完善留有充分的余地，以避免因需求擴(kuò)展時(shí)造成前期的投資無(wú)法得到有效利用的情況出現(xiàn)。我公司推出的GF-100路燈監(jiān)控系統(tǒng)，技術(shù)水平在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，其不但充分考慮到了今后信息處理增長(zhǎng)及其技術(shù)升級(jí)的適應(yīng)性事宜，而且同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)與節(jié)電技術(shù)在路燈智控系統(tǒng)內(nèi)的有機(jī)融合，它是利用計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通訊技術(shù)，借助全面的網(wǎng)絡(luò)化管理對(duì)路燈的運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以使整個(gè)路燈系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠、自動(dòng)化程度更高，通過(guò)有效的調(diào)節(jié)燈光啟閉時(shí)間，使路燈用電系統(tǒng)的綜合用電成本降低35%以上，從而極大的提高了路燈系統(tǒng)的工作質(zhì)量和工作效率，為城市照明系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)、擴(kuò)展、節(jié)電提供全面的解決方案和強(qiáng)有力的技術(shù)支持，使城市照明運(yùn)行管理水平邁上新的臺(tái)階。

　　2. 路燈（燈光）監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

　　路燈監(jiān)控系統(tǒng)由外部路燈控制終端（RTU）、無(wú)線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、監(jiān)控中心組成。是集自動(dòng)控制技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為一體的綜合性遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。其目的是通過(guò)路燈監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路燈三遙監(jiān)控（遙測(cè)、遙控、遙信）、實(shí)現(xiàn)路燈運(yùn)行系統(tǒng)的可控性、減輕路燈維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度、靈活半夜燈景觀燈的開(kāi)關(guān)控制，提高路燈運(yùn)行系統(tǒng)的管理水平,以適應(yīng)城市現(xiàn)代化對(duì)路燈燈光系統(tǒng)的要求，更好的幫助路燈管理部門(mén)完成對(duì)社會(huì)的服務(wù)承諾。

　　路燈監(jiān)控系統(tǒng)以路燈線路上的控制箱（開(kāi)關(guān)柜）為基本監(jiān)控單位，實(shí)現(xiàn)電量參數(shù)的在線監(jiān)控、路燈線路的遠(yuǎn)程啟/閉、線路故障在線實(shí)時(shí)告警、檢修維護(hù)的快速機(jī)制、突發(fā)事件的應(yīng)急調(diào)度、遠(yuǎn)程電量計(jì)量抄表等。

　　GF-100監(jiān)控終端安裝示意圖

　　3. 路燈監(jiān)控系統(tǒng)功能

　　(1)．實(shí)現(xiàn)時(shí)控/光控/遙控三級(jí)燈光啟/閉控制。正常工作時(shí)，路燈啟/閉根據(jù)所在特定位置經(jīng)緯度和地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)規(guī)律所確定的時(shí)間所計(jì)算出的日出日落時(shí)間決定，自動(dòng)按時(shí)開(kāi)關(guān)燈，即時(shí)控又稱鐘控；光控是根據(jù)實(shí)際采集的光照強(qiáng)度決定是否開(kāi)關(guān)燈，主要用于特殊天氣變化造成的提前變暗時(shí)隨時(shí)啟動(dòng)路燈照明，當(dāng)光照值恢復(fù)時(shí)自動(dòng)關(guān)燈；遙控即在控制中心通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊遠(yuǎn)程啟/閉路燈或按照人工預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同路段的燈光分時(shí)開(kāi)關(guān)。可以滿足在節(jié)假日活動(dòng)、領(lǐng)導(dǎo)視察等應(yīng)急事件時(shí)提前對(duì)路燈的啟/閉要求。

　　(2)．實(shí)現(xiàn)半夜燈、景觀燈、廣告燈啟/閉時(shí)間的可編程控制，拓展路燈運(yùn)行系統(tǒng)的功效。通過(guò)編程可以對(duì)特定路段、特定時(shí)間、特定燈具提前關(guān)/閉。通過(guò)半夜燈控制以合理節(jié)省能源，其節(jié)能效果極其顯著；對(duì)分布在城市繁華路段的景觀燈可以實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)靈活控制，可在任意時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)啟/閉控制，以達(dá)到既烘托了城市燈光氣氛而又盡量減少光污染的目的。

　　(3)．通過(guò)中國(guó)移動(dòng)GPRS連接整個(gè)城市路燈監(jiān)控網(wǎng)，定時(shí)和手動(dòng)采集路燈線路的電壓、電流、功率、亮燈率等電量參數(shù)并上傳至控制中心，隨時(shí)監(jiān)控線路的運(yùn)行狀況，對(duì)出現(xiàn)的線路短路、斷路、電流電壓異常超限、非正常亮燈和熄燈等故障或路燈控制箱非法開(kāi)門(mén)等故障情況，在路燈監(jiān)控中心以聲光方式實(shí)時(shí)報(bào)警，改變路燈維修的被動(dòng)工作方式，縮短路燈維護(hù)人員的搶修時(shí)間。并可實(shí)現(xiàn)累計(jì)電量的遠(yuǎn)程抄表，方便電費(fèi)結(jié)算。

　　(4)．建立路燈控制數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)記錄各段路燈的啟/閉時(shí)間、電壓、電流、亮燈率、累計(jì)電量、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，方便查詢。提供任意組合、任意時(shí)間段的查詢界面，提高路燈監(jiān)控的管理水平。

　　4. 路燈監(jiān)控終端RTU介紹

　　我公司開(kāi)發(fā)研制的GF-100系列遠(yuǎn)程路燈監(jiān)控終端在多年從事自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析路燈監(jiān)控終端需求特點(diǎn)、采用電子技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)近年發(fā)展趨勢(shì)精心設(shè)計(jì)的，符合國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)具有較高性價(jià)比的遠(yuǎn)程控制終端，如圖3示。

　　GF-100系列路燈監(jiān)控終端核心采用MSP430單片機(jī)，該單片機(jī)是全工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、具有16位RISC結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大功能的處理器，保證了路燈監(jiān)控終端的可靠性和充裕的擴(kuò)充容量。

　　MSP430具有如下特點(diǎn)：

　　低電壓、超低功耗

　　MSP430系列單片機(jī)，在1.8---3.6V電壓、1MHZ的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，耗電電流（在0.1—400微安之間）因不同的工作模式而不同；具有16個(gè)中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請(qǐng)求將CPU喚醒只有6微秒，可編制出實(shí)時(shí)性特別高的源代碼；可將CPU置于省電模式，以中斷方式喚醒程序。

　　圖3 路燈監(jiān)控終端

　　強(qiáng)大的處理能力

　　MSP430系列單片機(jī)，為16位RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址，4種目的操作尋址）、簡(jiǎn)潔大27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在8MHZ晶體驅(qū)動(dòng)下，指令周期為125微秒。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。

　　系統(tǒng)工作穩(wěn)定

　　上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)CPU，以保證程序從正確的位置開(kāi)始運(yùn)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)始終頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門(mén)狗將其復(fù)位。

　　豐富的片內(nèi)外設(shè)

　　MSP430 系列單片機(jī)都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是以下一些外圍模塊的不同組合：

　　看門(mén)狗（WDT）定時(shí)器A（Timer_A）定時(shí)器B（Timer_B）

　　比較器    串口0、1     硬件乘法器

　　液晶驅(qū)動(dòng)器   10位/12位ADC   14位ADC（ADC14）

　　端口0（P0）  端口1—6（p1—p6）基本定時(shí)器

　　看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位，比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器可以設(shè)計(jì)為A/D轉(zhuǎn)換器，定時(shí)器具有捕獲/比較功能，可用于計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等。

　　方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境和工業(yè)級(jí)產(chǎn)品

　　開(kāi)發(fā)環(huán)境僅為一臺(tái)PC機(jī)和一個(gè)JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。

　　MSP430系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為-45度到+85度。

　　GF-100系列路燈監(jiān)控終端的主要特點(diǎn)如下：

　　 GF-100路燈監(jiān)控終端（RTU）采用工業(yè)級(jí)16位單片機(jī)MSP430為核心設(shè)計(jì)，雙CPU結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的運(yùn)算速度和程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及多個(gè)通訊接口，設(shè)計(jì)集成度高，功能擴(kuò)展空間大，完善的抗干擾特性能夠在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下穩(wěn)定工作。

　　  電源電壓：220V±15%；

　　電源頻率：50／60Hz±5%；

　　波形失真：無(wú)附加波形失真；

　　輸入電壓模擬量為：380V/220V。

　　   輸入電壓允許偏差：±20%。

　　   允許最大電壓總畸變率：5%。

　　   測(cè)量頻率：50±0.2Hz.

　　   功耗：小于25瓦。

　　 采用交流直接采樣技術(shù)，終端集成度高，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確。具有3相電壓、12路電流采集輸入通道，可`配接相應(yīng)互感器測(cè)量不同量程電壓、電流信號(hào)，電壓、電流采集精度為1%，功率精度為1.5%。

　　 具有6路繼電器開(kāi)關(guān)量輸出，可以直接控制驅(qū)動(dòng)路燈控制柜中的接觸器開(kāi)關(guān)，用于路燈、半夜燈、景觀燈、廣告燈控制，控制規(guī)模大。

　　 具有8路開(kāi)關(guān)量輸入通道，經(jīng)過(guò)設(shè)定可以作為接觸器反饋信號(hào)、門(mén)控開(kāi)關(guān)、電量脈沖量輸入等。

　　 提供兩路串行接口，一路RS232、一路RS232/RS485。

　　 寬穩(wěn)工作范圍，工作溫度環(huán)境為-30℃---75℃環(huán)境濕度：90%R．H。

　　 大氣壓力：海拔2000米及以下，79.5---106.0KPa，最大風(fēng)速：35米/S，最大降雨：50mm/10min。

　　 極限條件：環(huán)境溫度：-30-----75℃；相對(duì)濕度：50℃時(shí)90%。

　　 采用低功耗設(shè)計(jì)并提供備用電池供電，當(dāng)主電源斷電后可自動(dòng)切換到后備電池供電，將斷電信息及時(shí)通報(bào)監(jiān)控中心。

　　 內(nèi)置實(shí)時(shí)硬時(shí)鐘，并提供系統(tǒng)內(nèi)時(shí)間對(duì)時(shí)同步，保證路燈啟/閉的精確同步，掉電可維持運(yùn)行10年以上。

　　 內(nèi)置直接測(cè)量電壓和電流算法，直接計(jì)算電壓、電流、功率等電量參數(shù)，并根據(jù)設(shè)定計(jì)算亮燈率。

　　 集成操作面板，面板提供8位數(shù)字液晶顯示和5鍵觸摸輸入，可以就地讀取采集數(shù)據(jù)、功能參數(shù)設(shè)定，十分方便系統(tǒng)的維護(hù)。

　　 終端具有多種外形尺寸規(guī)格的設(shè)計(jì)，以滿足不同現(xiàn)場(chǎng)安裝的需求，其中針對(duì)箱外型具有完備的防塵和防雨設(shè)計(jì)，防雨等級(jí)達(dá)到IPX3級(jí)。

　　 所有對(duì)外接口，全部采用光電隔離，抗干擾能力強(qiáng)。

　　 電路板全部采用貼片工藝表面安裝工藝，高可靠設(shè)計(jì)。

　　 預(yù)留線路調(diào)壓控制接口、單燈檢測(cè)接口，避免路燈今后路燈控制系統(tǒng)升級(jí)出現(xiàn)投資損失。

　　 外形尺寸：普通型 300X400X130 (mm)

　　戶外型 400X530X130 (mm)

　　 設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

　　GJJ45-91 《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》

　　GB12325-90 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差

　　GB6587.1 電子測(cè)量?jī)x器環(huán)境試驗(yàn)總綱

　　GB6587.2 電子測(cè)量?jī)x器溫度試驗(yàn)

　　GB6587.3 電子測(cè)量?jī)x器濕度試驗(yàn)

　　GB6587.4 電子測(cè)量?jī)x器震動(dòng)試驗(yàn)

　　GB6587.5 電子測(cè)量?jī)x器沖擊試驗(yàn)

　　GB6587.6 電子測(cè)量?jī)x器運(yùn)輸試驗(yàn)

　　GB6587.7 電子測(cè)量?jī)x器震動(dòng)試驗(yàn)

　　GB6587.8 電子測(cè)量?jī)x器電源與電壓試驗(yàn)

　　GB11920-89 電站電氣部分集中控制裝置通用技術(shù)條件

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