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gprs在路燈監控中的應用
北京嘉復欣科技有限公司

　　1. 應用背景

　　當今時期的城市路燈照明系統，功能已不再局限于為市民提供生產、生活的照明便利，正在逐漸演變為展示城市形象的一張名片，已成為代表城市功能改善投資環境的重要組成部分。然而龐大的路燈照明系統不但會消耗大量的電能，而且還需要投入巨額的日常維護費用，這無疑將會給城市帶來電力供應和財政支出的雙重壓力。如何緩解這一矛盾，并平衡好二者之間的關系，實現"按需照明"，讓照明系統自身也產生經濟效益，顯然就成為擺在城市路燈管理者們面前的重要課題。

　　路燈監控項目是一項系統工程，必須事先對其進行全面的規劃，不僅要滿足目前管理方便的需要，而且還要為今后系統的發展和逐步完善留有充分的余地，以避免因需求擴展時造成前期的投資無法得到有效利用的情況出現。我公司推出的GF-100路燈監控系統，技術水平在國內處于領先水平，其不但充分考慮到了今后信息處理增長及其技術升級的適應性事宜，而且同時還實現了遠程監控技術與節電技術在路燈智控系統內的有機融合，它是利用計算機和現代通訊技術，借助全面的網絡化管理對路燈的運行狀況進行遠程監控，可以使整個路燈系統的運行更加穩定可靠、自動化程度更高，通過有效的調節燈光啟閉時間，使路燈用電系統的綜合用電成本降低35%以上，從而極大的提高了路燈系統的工作質量和工作效率，為城市照明系統的運行、維護、擴展、節電提供全面的解決方案和強有力的技術支持，使城市照明運行管理水平邁上新的臺階。

　　2. 路燈（燈光）監控系統構成

　　路燈監控系統由外部路燈控制終端（RTU）、無線數據通訊系統、監控中心組成。是集自動控制技術、無線數據通訊技術、地理信息數據庫技術為一體的綜合性遠程監控系統。其目的是通過路燈監控系統實現路燈三遙監控（遙測、遙控、遙信）、實現路燈運行系統的可控性、減輕路燈維護勞動強度、靈活半夜燈景觀燈的開關控制，提高路燈運行系統的管理水平,以適應城市現代化對路燈燈光系統的要求，更好的幫助路燈管理部門完成對社會的服務承諾。

　　路燈監控系統以路燈線路上的控制箱（開關柜）為基本監控單位，實現電量參數的在線監控、路燈線路的遠程啟/閉、線路故障在線實時告警、檢修維護的快速機制、突發事件的應急調度、遠程電量計量抄表等。

　　GF-100監控終端安裝示意圖

　　3. 路燈監控系統功能

　　(1)．實現時控/光控/遙控三級燈光啟/閉控制。正常工作時，路燈啟/閉根據所在特定位置經緯度和地球自轉、公轉規律所確定的時間所計算出的日出日落時間決定，自動按時開關燈，即時控又稱鐘控；光控是根據實際采集的光照強度決定是否開關燈，主要用于特殊天氣變化造成的提前變暗時隨時啟動路燈照明，當光照值恢復時自動關燈；遙控即在控制中心通過無線數據通訊遠程啟/閉路燈或按照人工預先設定好的時間自動實現不同路段的燈光分時開關。可以滿足在節假日活動、領導視察等應急事件時提前對路燈的啟/閉要求。

　　(2)．實現半夜燈、景觀燈、廣告燈啟/閉時間的可編程控制，拓展路燈運行系統的功效。通過編程可以對特定路段、特定時間、特定燈具提前關/閉。通過半夜燈控制以合理節省能源，其節能效果極其顯著；對分布在城市繁華路段的景觀燈可以實現機動靈活控制，可在任意時間段內實現啟/閉控制，以達到既烘托了城市燈光氣氛而又盡量減少光污染的目的。

　　(3)．通過中國移動GPRS連接整個城市路燈監控網，定時和手動采集路燈線路的電壓、電流、功率、亮燈率等電量參數并上傳至控制中心，隨時監控線路的運行狀況，對出現的線路短路、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門等故障情況，在路燈監控中心以聲光方式實時報警，改變路燈維修的被動工作方式，縮短路燈維護人員的搶修時間。并可實現累計電量的遠程抄表，方便電費結算。

　　(4)．建立路燈控制數據庫，自動記錄各段路燈的啟/閉時間、電壓、電流、亮燈率、累計電量、功率因數等數據，方便查詢。提供任意組合、任意時間段的查詢界面，提高路燈監控的管理水平。

　　4. 路燈監控終端RTU介紹

　　我公司開發研制的GF-100系列遠程路燈監控終端在多年從事自動化監控技術的經驗基礎上，認真分析路燈監控終端需求特點、采用電子技術、數據通訊技術近年發展趨勢精心設計的，符合國內現場特點具有較高性價比的遠程控制終端，如圖3示。

　　GF-100系列路燈監控終端核心采用MSP430單片機，該單片機是全工業級標準、具有16位RISC結構的強大功能的處理器，保證了路燈監控終端的可靠性和充裕的擴充容量。

　　MSP430具有如下特點：

　　低電壓、超低功耗

　　MSP430系列單片機，在1.8---3.6V電壓、1MHZ的時鐘條件下運行，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個中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請求將CPU喚醒只有6微秒，可編制出實時性特別高的源代碼；可將CPU置于省電模式，以中斷方式喚醒程序。

　　圖3 路燈監控終端

　　強大的處理能力

　　MSP430系列單片機，為16位RISC結構，具有豐富的尋址方式（7種源操作數尋址，4種目的操作尋址）、簡潔大27條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在8MHZ晶體驅動下，指令周期為125微秒。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。

　　系統工作穩定

　　上電復位后，首先由DCOCLK啟動CPU，以保證程序從正確的位置開始運行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩定時間。然后軟件可設置適當的寄存器的控制位來確定最后的系統始終頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU時鐘MCLK時發生故障，DCO會自動啟動，以保證系統正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。

　　豐富的片內外設

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

　　看門狗（WDT）定時器A（Timer_A）定時器B（Timer_B）

　　比較器    串口0、1     硬件乘法器

　　液晶驅動器   10位/12位ADC   14位ADC（ADC14）

　　端口0（P0）  端口1—6（p1—p6）基本定時器

　　看門狗可以使程序失控時迅速復位，比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器可以設計為A/D轉換器，定時器具有捕獲/比較功能，可用于計數、時序發生、PWM等。

　　方便高效的開發環境和工業級產品

　　開發環境僅為一臺PC機和一個JTAG調試器，而不需要仿真器和編程器。開發語言有匯編語言和C語言。

　　MSP430系列器件均為工業級的，運行環境溫度為-45度到+85度。

　　GF-100系列路燈監控終端的主要特點如下：

　　 GF-100路燈監控終端（RTU）采用工業級16位單片機MSP430為核心設計，雙CPU結構，具有較強的運算速度和程序數據存儲空間及多個通訊接口，設計集成度高，功能擴展空間大，完善的抗干擾特性能夠在強電磁干擾環境下穩定工作。

　　  電源電壓：220V±15%；

　　電源頻率：50／60Hz±5%；

　　波形失真：無附加波形失真；

　　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%。

　　   測量頻率：50±0.2Hz.

　　   功耗：小于25瓦。

　　 采用交流直接采樣技術，終端集成度高，數據采集準確。具有3相電壓、12路電流采集輸入通道，可`配接相應互感器測量不同量程電壓、電流信號，電壓、電流采集精度為1%，功率精度為1.5%。

　　 具有6路繼電器開關量輸出，可以直接控制驅動路燈控制柜中的接觸器開關，用于路燈、半夜燈、景觀燈、廣告燈控制，控制規模大。

　　 具有8路開關量輸入通道，經過設定可以作為接觸器反饋信號、門控開關、電量脈沖量輸入等。

　　 提供兩路串行接口，一路RS232、一路RS232/RS485。

　　 寬穩工作范圍，工作溫度環境為-30℃---75℃環境濕度：90%R．H。

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

　　 極限條件：環境溫度：-30-----75℃；相對濕度：50℃時90%。

　　 采用低功耗設計并提供備用電池供電，當主電源斷電后可自動切換到后備電池供電，將斷電信息及時通報監控中心。

　　 內置實時硬時鐘，并提供系統內時間對時同步，保證路燈啟/閉的精確同步，掉電可維持運行10年以上。

　　 內置直接測量電壓和電流算法，直接計算電壓、電流、功率等電量參數，并根據設定計算亮燈率。

　　 集成操作面板，面板提供8位數字液晶顯示和5鍵觸摸輸入，可以就地讀取采集數據、功能參數設定，十分方便系統的維護。

　　 終端具有多種外形尺寸規格的設計，以滿足不同現場安裝的需求，其中針對箱外型具有完備的防塵和防雨設計，防雨等級達到IPX3級。

　　 所有對外接口，全部采用光電隔離，抗干擾能力強。

　　 電路板全部采用貼片工藝表面安裝工藝，高可靠設計。

　　 預留線路調壓控制接口、單燈檢測接口，避免路燈今后路燈控制系統升級出現投資損失。

　　 外形尺寸：普通型 300X400X130 (mm)

　　戶外型 400X530X130 (mm)

　　 設計依據的標準及規范

　　GJJ45-91 《城市道路照明設計標準》

　　GB12325-90 電能質量供電電壓允許偏差

　　GB6587.1 電子測量儀器環境試驗總綱

　　GB6587.2 電子測量儀器溫度試驗

　　GB6587.3 電子測量儀器濕度試驗

　　GB6587.4 電子測量儀器震動試驗

　　GB6587.5 電子測量儀器沖擊試驗

　　GB6587.6 電子測量儀器運輸試驗

　　GB6587.7 電子測量儀器震動試驗

　　GB6587.8 電子測量儀器電源與電壓試驗

　　GB11920-89 電站電氣部分集中控制裝置通用技術條件

狀　態：離線

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