GPRS在城市的路燈管理系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計

趙志剛，閆利爽，鄭詩晨

(哈爾濱師范大學(xué))

0 引言

近年來，隨著城市的不斷發(fā)展，路燈管理對一個城市的發(fā)展越來越重要，目前，我國各大城市路燈運行的控制方式有很多種，例如用控制線控制、時控控制、光控制或者模擬日照控制.但是這些種運行方式弊端重重，不能實時監(jiān)控路燈的好壞狀況，只能人為的去檢查路燈，耗費了大量的錢財和物力，有的路燈則只能通過群眾報警來發(fā)現(xiàn)路燈故障，效率低下，顯然與現(xiàn)代化城市不相符.而GPRS路燈控制系統(tǒng)則改變了這一弊端，只需遠程操作即可對路燈進行監(jiān)控，及時的發(fā)現(xiàn)和解決路燈故障.

1 GPRS

1.1 GPRS 簡介

GPRS是通用分組無線技術(shù)(General Packet Radio Service)的簡稱，是無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的一種，經(jīng)常被描述成“2.5G”，它是GSM移動電話用戶可以用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，即我們通俗所說的“數(shù)據(jù)流量”.GPRS也可以說是GSM的延續(xù).GPRS和以往的連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍?Packt)的方式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料的單位來計算，而并非使用其整個頻道，它的傳輸速率可提升至56～114kbps，傳輸速度較以往大大提升.

1.2 GPRS特點

(1)傳輸速率快，精度高.GPRS可提供高達115 kbps的傳輸速率，還可以穩(wěn)定地傳送大容量高質(zhì)量音頻與視頻文件，傳輸過程安全穩(wěn)定，保證文件完整傳輸，不會損壞文件.

(2)接入時間短，分組交換接入時間少于1GPRS，這是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入服務(wù).

(3)GPRS首先引入了分組交換的傳輸模式，使得原來采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要.按電路交換模式來說，在整個連接期內(nèi)，用戶無論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨自占有無線信道.在會話期間，許多應(yīng)用往往有不少的空閑時段，如上Internet瀏覽、看視頻，收發(fā)e-mail等等，這些空閑時段往往得不到有效利用.對于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率.

(4)GPRS的經(jīng)濟性價比高，費用少，由于GPRS是按照流量計費，其傳輸方式是以封包(Packt)的方式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料的單位來計算，而并非使用其整個頻道，按照其發(fā)送或接收文件大小時所耗費流量多少來計算，這種費用由移動運營商收取，用戶可以開通多種GPRS套餐，這些套餐的收費也很低，打破了傳統(tǒng)的計費方式，使得費用大大減少.

2 GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在路燈監(jiān)控系統(tǒng)中的實現(xiàn)方法與分析

2.1 總體組成

(1)主站:由計算機、服務(wù)器、顯示設(shè)備、通訊設(shè)備、SIM卡、路燈智能測控系統(tǒng)軟件組成.

(2)一級終端:由接收器，控制器，路燈控制板，藍控板，GPRS通訊模塊 ，電力載波模塊等組成.

(3)二級終端:主要由與直接控制路燈有關(guān)的組件構(gòu)成，例如單片機、電力載波模塊(EPCW)和輸入輸出接口板等，這些組件安裝在每盞燈里，實現(xiàn)單盞燈開關(guān)操作.這樣可以實時監(jiān)控每盞路燈的亮滅情況、路燈的實時瓦數(shù)、電能負荷狀態(tài)、燈桿損壞報警、漏電報警等功能，并且記錄每盞燈的編號，通過GPRS與主程序通訊.

2.2 路燈智能測控系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

基本思路:如圖1所示，整個主控制程序與后臺的數(shù)據(jù)庫連接，通過串口通信與第一級終端相連接，再通過電信運營商與路燈控制終端(第二終端)相聯(lián)系，達到通過GPRS有主站中計算機的程序控制路燈的目的.

圖1

2.2.1 串口通信設(shè)計

在工業(yè)控制中，工控機(一般都基于Windows平臺)經(jīng)常需要與智能儀表通過串口進行通信.串口通信方便易行，應(yīng)用廣泛.在本程序里，通過調(diào)用Windows的API函數(shù)，采用重疊操作方式(API函數(shù)會立即返回，操作在后臺進行，避免線程的阻塞)對串口進行操作，即通過打開串口，配置串口，讀寫串口和關(guān)閉串口四個步驟使串口與GPRS的物理設(shè)備連接，最終將主程序與GPRS之間的通信建立起來，使主程序可以通過GPRS達到控制路燈的目的.

2.2.2 配置信息設(shè)計

圖2

如圖2所示，通過保存將配置信息保存到文件中，在打開通訊設(shè)備句柄后，需要先對串口進行一些初始化工作.這需要通過一個DCB結(jié)構(gòu)來進行.DCB結(jié)構(gòu)包含了諸如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗和停止位數(shù)等信息.在查詢或配置串口的屬性時，都要用DCB結(jié)構(gòu)來作為緩沖區(qū).一般用 CreateFile打開串口后， 可以調(diào)用GetCommState函數(shù)來獲取串口的初始配置.要修改串口的配置，應(yīng)該先修改DCB結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用SetCommState函數(shù)設(shè)置串口.然后對一些其他的基本信息進行配置，例如IP號，報警時間，自動檢測等，當GPRS傳回的路燈的數(shù)據(jù)說明路燈有異常時，程序會根據(jù)配置信息設(shè)置的時間間隔進行檢查報警.

2.2.3 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

此處用到SQL2000來對路燈的基本信息(如路燈的亮滅功率等)以報表的形式存儲數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲到移動硬盤中，這樣可以隨時調(diào)用任意時刻的數(shù)據(jù)，也可以對已存儲數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析等操作.并且可以隨時對數(shù)據(jù)庫進行:編輯數(shù)據(jù)庫記錄、查詢數(shù)據(jù)庫庫記錄、添加數(shù)據(jù)庫記錄、刪除數(shù)據(jù)庫記錄.

圖3

圖3中由主程序連接數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中可以顯示出每個路燈的狀態(tài)，可以通過選擇查看路燈的區(qū)域來查看路燈的狀態(tài).查看路燈狀態(tài)的方式分為手動查詢和自動查詢，自動查詢事先設(shè)定好一定的時間，每隔一段時間自動查詢路燈的情況;而手動查詢是人工查詢，人為的每隔任意的時間段查詢一次，查詢完后可以直接通過打開數(shù)據(jù)庫，查看每個路燈的詳細信息.

2.2.4 監(jiān)控終端設(shè)計

(1)監(jiān)控終端硬件的設(shè)計:RTU由多個主機和從機組成.主機主要控制從機，主機通過I?C總線連接各從機.主機的硬件部分主要包括電源電路，微控制器，鍵盤輸入電路，LCD顯示器，硬時鐘電路，RS-485總線驅(qū)動電路，看門狗電路以及外圍電路等，如圖4所示.

圖4

主機和從機都設(shè)計了軟件和硬件雙重看門狗，當有異常發(fā)生時，微控制器自動復(fù)位，有效預(yù)防各種干擾，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行.

(2)主機軟件的設(shè)計:RTU的主機軟件主要包括LCD顯示，讀報文操作，給從機發(fā)命令，發(fā)送報文操作，查定時操作時間表和定時“喂”看門狗等模塊，主機軟件流程如圖5所示.

圖5

當接收數(shù)據(jù)報文時，通過判斷地址編號來區(qū)分報文的目標主機，避免了通信沖突.

3 結(jié)束語

該路燈管理系統(tǒng)將管理與計算機技術(shù)和GPRS技術(shù)聯(lián)系起來，利用軟件和硬件的配合使城市的路燈管理系統(tǒng)實現(xiàn)智能化，簡便化，實時化，高效化，對一個城市的科技的發(fā)展有很大的推動作用，路燈管理系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)的人力親為的系統(tǒng)，而是只需一個控制室就可以監(jiān)控整個城市的所有路燈，路燈的情況會實時反饋給監(jiān)控程序，操作人員只需按照監(jiān)控程序顯示的路燈情況作出相應(yīng)指示，這對建設(shè)高科技數(shù)字化城市有很重要的意義.

［1］ 薛亮.路燈監(jiān)控系統(tǒng)簡介.山西建筑，2003.

［2］ 朱華軍.GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在城市路燈監(jiān)控中的應(yīng)用深圳市市政工程設(shè)計院，2012.

［3］ 唐曉強，王成福.基于GPRS的路燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).華北電力大學(xué)，2008.