GSM技术在路灯远程监控系统中的应用

GSM技术在路灯远程监控系统中的应用发布日期：2015-12-23来源：中国LED照明灯网作者：[db:作者]浏览次数：258 公共路灯是城市公共事业的一个重要组成部分。传统的路灯控制系统大都采用定时器或者光电控制装置实现路灯的开关控制，很难根据实际情况和需要进行及时调整，巡检和维修等一般也是人工完成的，费时费工。因此为了改变这种落后的路灯管理方式，提高城市的现代化水平，提出了一种实用的解决方案一利用GSM短消息实现路灯远程监控。 制中比较成熟、完善、应用*广泛的一种系统，是公众移动通信的主要方式，全面提供语音、短信、数据等多种业务。短消息业务（SMS）是通过GSM网的控制信道传输用户分组信息的一种值服务，经短消息业务中心完成存储和前转功能，每个短消息*大为140个字节。 本文所介绍的技术方案正是基于SMS传递可靠和经济实用的基础上，同时由于德国西门子，美国摩托罗拉等公司均生产GSM工业通信模块，这些通信模块都具备GSM无线通信的全部功能，并提供标准的UART串行接口，支持GSM 07.05所定义的AT命令集的指令，为开发基于GSM的数据通信系统提供了极大的便利。 2系统结构现在远程控制系统通信方案一般采用有线和无线两大类。有线类的一般采用数据专线，如CAN总线，这类方案一般都需要铺设专门线路，工程量大，投资相对较大，易受到城市建设的干扰，同时系统的扩展性差，线路老化需要更新造成重复投资。无线类的一般采用数传电台和GSM/CDMA通信网络。数传电台使用时不仅需要申请频点和架设室外天线或者铁塔，而且数传电台的价格较高，数传电台的网络也需要定期维护，因此如果应用数传电台实施，一旦被监控点数量较多时，系统成本就会很高；而GSM短信方案充分利用了国内现有的GSM网络，GSM网络覆盖范围大，收发速度快，抗干扰性好，可靠性高，短信费用低廉，特别适合信息量不大，对于传输实时性要求不高的数据业务。因此GSM短信方案非常适合城市路灯的实时遥测遥控，同时系统建设成本又较低。 基于GSM短信的远程路灯监控系统由中央监控单元和多个现场监控子系统（RTU）组成，系统框架示意如所示。为了保证系统连续稳定可靠的工作，中央监控单元主要由多台采用并联冗余结构的工控机及GSM通信模块组成，通过与RTU之间的SMS交互，一方面，接收各个现场RTU上传的信息和数据，并把它们放入本地数据库，定期向远程数据库进行数据备份。另一方面，完成监控中心向各个现场监控子系统发布控制命令，从而达到路灯远程监测和控制目的。现场监测子系统实时的采集路灯干路的各项参数，并通过GSM网络定时以短信方式上传数据，如遇到异常情况则立即向监控中心发送SMS告警信息，同时完成相应的现场保护动作。 GSM无线通信控制终端硬件设计现场监控子系统无线通信部分主要由Megal6单片机和BENQM20模块等器件组成，Mega16是Atmel公司生产的一款高性能低功耗RISC芯片，内部集成了1KB的RAM、2512B的数据E2PROM、16KB的Flash程序存贮器，8通道10位ADC和一个USART串行接口，32个I/O口。由于采用了功能强大的MCU，故省掉了大量的外围器件，使硬件结构大大简化，从而提高了系统的可靠性。另外该芯片具有JTAG接口，特别适合软件的现场调试和升级。 提供30脚的SMD功能接口与外围器件连接，集成度高，体积小，有利于现场复杂条件下系统稳定可靠工作，适合用于车辆GPS，远程监控，低压抄表，无线上网，无线POS物流控制。 由于M20采用276V逻辑信号电平，而Mega16的接口电平为5V，为此两者之间需要进行电平转换，本文设计的接口电平转换电路如所示。M20的6脚为M20电源使能引脚（低电平有效）14脚为M20RS232TXD脚，13脚为M20RS232RXD引脚。考虑到频繁读写SIM卡影响SIM卡寿命，为此使用AT命令使得M20收到短信直接将数据从M20串口输出给单片机，而不保存在SIM卡内，因此用Mega16的PA0来控制M20的18脚（RS232CTS）当Mega16正在处理短信时，PA0输出高电平，在此期间即使M20收到新的短信也会暂时保存在缓存内，等待Mega16处理完前一条短信后，PA0输出低电平，重新置低M20的18脚，从而保证短信数据不会丢失。 申卒4GSM无线通信控制终端部分软件设计Megal6与M20之间利用AT命令进行通信，完成短信的收发。M20和Mega16之间的通信协议采用M20的默认设置：9600b/s1位起始位，8位数据位，无校验位，1位停止位。由于AT指令较多，表1只列出设计中与短信功能相关的常见命令。 对于短消息的控制，共有三种模式：Block模式，基于AT指令的PDU模式和TEXT模式。目前应用中，PDU模式己逐步取代Block模式，国内的所有电信局都支持PDU模式的短信，因此PDU模式具有广泛的适用性，而TEXT模式只能发送ASC码信息，不能发送16进制的数据信息，因此采用PDU模式的SMS来进行数据传输。 表1指令功能描述设置短信中心号码读短消息发送短消息显示新收到的短消息一般情况下，M20收到短信都保存在SIM卡内，单片机利用AT+CMGR和AT+CMGL两条指令来完成单片机接受短信数据的功能。由于SIM卡读写次数有限，所以采用M20收到短信直接从串口输出，而不保存在SIM卡内，无需再用到上述两条指令。Mega16与M20之间的软件初始化流程如所示。 下面的例子说明了如何将现场采集到的数据包457A）和现场温度（T=23*C）采用PDU模式发送至监控中心，操作过程如下：检查M20是否工作正常设置短信格式为PDU模式发送的PDU格式短信含28个字节PDU格式注释：001100短信控制位（十六进制）表示目标号码是13位，81表示目标号码的格式，后面的表示编码之前的实际目标号码为86，编码方式：每二位取反，奇数位补F.（协议标识）（表示短信类型是8―bit编码）A7：VP值（短信时效24小时）0D：短信长度（3个字节）三相电压、六路电流值以及温度值（十六进制）电压电流用两个字节处理，温度用1个字节。 如果短信有效内容的数据是16进制的，则不需要编码，可以直接发送；如果发送字母，则需要对其进行ASC编码，将7位的ASC码序列压缩成8位的。因为在通信协议里对各类监控信息进行了编码，因此只用到16进制的数据类型，处理起来较为简便。对于接收到的PDU格式短信的解析，因限于篇幅不再赘述，可以相关资料。 5试验结果我们对设计的系统进行了长时间的现场模拟试验，系统运行稳定可靠，完全符合路灯远程监控的要求。是监控中心计算机显示的路灯干路三相电压、电流数据。 6结束语测控和现代通信技术结合起来，改变了路灯管理落后的现状。 数据采集、记录和故障报警自动完成，极大的提高了路灯管理效率。 场监控子系统可以按照需要进行扩展，而不受数量限制。 廉，便于大规模扩广使用。 线通信可以由SMS平滑升级至GPRS，得到更为经济和可靠的服务。