基于PL3106可調(diào)光路燈段內(nèi)通訊的實(shí)驗研究

詹文霞 李彬

摘要：搭建一個可調(diào)光路燈段內(nèi)組網(wǎng)的模擬實(shí)驗系統(tǒng)，對上位機(jī)、主控制終端和多個子終端之間進(jìn)行通信設(shè)計，并完成主控制終端和多個子節(jié)點(diǎn)終端之間的電力線載波通訊實(shí)驗。分析上位機(jī)接收的多個命令數(shù)據(jù)，最終實(shí)驗數(shù)據(jù)與上位機(jī)發(fā)送命令數(shù)據(jù)相同，則實(shí)現(xiàn)了各子個控制終端、主控制終端與上位機(jī)之間通信成功。

關(guān)鍵詞：可調(diào)光；組網(wǎng)；電力線載波；通信

中圖分類號：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）03-0237-02

Abstract： A simulation experiment system in network of a section of dimmable street lamp is set up， the communication process is designed for the centralized control terminal and multiple sub terminal. In the experimental study and analysis the data received by upper computer ， the final experimental data is the same as the previous command data. The communication between multiple sub-terminals， centralized control and upper computer can realize through simulated experimental system.

Key words： dimmable； network； power line carrier ； communication

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，城市照明已成為整個城市形象的重要因素。眾多路燈在帶來方便的同時也消耗了大量的能源，一般采用時控法、光控法和人工巡查對路燈進(jìn)行控制，控制方法及管理手段需要改進(jìn)和發(fā)展，傳統(tǒng)的路燈的控制管理方式已經(jīng)不能滿足路燈照明的時代需求[1]。

自20世紀(jì)90年代開始，西方國家就開始從事智能照明控制系統(tǒng)的研發(fā)。美國采用X-10電力載波通信技術(shù)，利用電力載波通信對路燈控制。隨后英國的曼徹斯特也采用電力載波通信技術(shù)[3-4]。由于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案與電力線載波方案具有不需要專用的網(wǎng)絡(luò)線路，同時安裝、擴(kuò)展方便靈活，甚至不用連接電源線而采用電池供電，使用便捷，成本低等優(yōu)點(diǎn)[2]。

國內(nèi)路燈監(jiān)控系統(tǒng)從20世紀(jì) 80 年代開始，上海市區(qū)的路燈控制系統(tǒng)在1993年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了遙信、遙感、遙測等功能，以無線通信為主的原則，還采用有線和無線相結(jié)合的手段。2003年，長沙第一次采用了GPRS通信技術(shù)，對全市路燈實(shí)行了管理[5-8]。這種通信方式不但信號覆蓋力強(qiáng)、投資低、迅速、組網(wǎng)簡單、數(shù)據(jù)實(shí)時、靈活、穩(wěn)定等廣泛的優(yōu)勢應(yīng)用在路燈控制系統(tǒng)中。2008年，曹戈等人提出了基于低壓電力線通訊的路燈控制系統(tǒng)。2015年袁佳，韓穎，劉建峰等人提出了基于ZigBee和GPRS的組網(wǎng)路燈控制系統(tǒng)，但是ZigBee投資大、維護(hù)費(fèi)高、通訊距離短[9-11]。

綜合考慮我們將采用無線GPRS通信與低壓電力載波通信相結(jié)合的方式構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，兼顧低成本與高可靠性。PL3106集電力載波功能與單片機(jī)控制路燈調(diào)光功能于一體，因此路燈終端控制器的主芯片選用PL3106[12]。本文以GPRS為一級網(wǎng)絡(luò)、低壓電力線為二級網(wǎng)絡(luò)的段式路燈控制系統(tǒng)。在圖1所示的段內(nèi)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，本文搭建了可調(diào)光段內(nèi)組網(wǎng)系統(tǒng)的模擬實(shí)驗環(huán)境，對上位機(jī)，主控制終端、多個子控制終端之間進(jìn)行測試并分析 Modbus數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多個子控制終端、主控制終端、上位機(jī)之間通信。

1 軟件設(shè)計

1.1 串口通信子程序

上位機(jī)通過串口RS232向主控制終端發(fā)送Modbus命令，串口接收到上位機(jī)命令后，對中斷類型進(jìn)行判斷。若為發(fā)送中斷，每次發(fā)送一個字節(jié)，發(fā)送一次字節(jié)長度計數(shù)器減一，發(fā)送寄存器移入下一個字節(jié)，當(dāng)字節(jié)長度減少1位，并一直循環(huán)直到所有字節(jié)發(fā)送完畢，退出中斷。如圖2所示。若為接收中斷，每次接收一個字節(jié)。根據(jù)Modbus協(xié)議的特點(diǎn)第一個字節(jié)是地址碼，首先判定地址碼，地址碼正確后 接收剩余字節(jié)，每接收一個字節(jié)判斷一次是否接收完畢，當(dāng)接收完畢后，存儲數(shù)據(jù)，退出中斷。如圖3所示。

1.2 寫命令分析

根據(jù)Modbus-RTU通信協(xié)議， Modbus命令包括路燈終端地址、功能碼、起始地址、數(shù)據(jù)域和CRC校驗域?？刂泼畈捎弥蛔x功能0x01、0x02與0x04對路燈終端的開關(guān)狀態(tài)及功率狀態(tài)進(jìn)行讀取，采用讀寫功能碼0x05對路燈進(jìn)行調(diào)光控制[13]。

由Modbus命令可知，控制命令的第三個字節(jié)為起始地址，即讀輸入寄存器DO[i]的位地址。其中地址0代表路燈開關(guān)控制，地址1代表路燈100%功率，地址2代表路燈75%功率，地址3代表路燈50%功率。同時控制命令的第四、五個字節(jié)為數(shù)據(jù)域，0FF00H代表控制命令操作有效；0000H代表控制操作無效。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

上位機(jī)的串口調(diào)試軟件對地址為F2H、F3H與F4H子控制終端發(fā)送控制命令F2 05 00 01 FF 200 39 C9H、F3 05 00 02 FF 00 E8 38H與F4 05 00 03 FF 00 9F 68H，對F2H子控制終端進(jìn)行100%功率調(diào)光，F(xiàn)3H子控制終端75%功率調(diào)光，F(xiàn)4H子控制終端50%功率調(diào)光。首先上位機(jī)通過串口將控制命令發(fā)送到地址為F1H主控制終端，主控制終端通過電力線傳輸給子控制終端，對應(yīng)地址的子控制終端接收到命令后，對應(yīng)地址的子控制終端返回應(yīng)答命令到主控制終端，主控制終端通過串口將應(yīng)答命令返回上位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、主控制終端與多個子控制終端之間通信。

3 實(shí)驗結(jié)果

利用串口監(jiān)測軟件監(jiān)測路燈的串口通信情況，串口通信情況如圖4所示，監(jiān)測情況表明上位機(jī)與3個子控制終端間的Modbus命令通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。

串口采用10位異步收發(fā)的工作方式，由圖4可得出第一個子終端功率100%對應(yīng)數(shù)據(jù)， Modbus命令十六進(jìn)制可表示為F2 05 00 01 FF 00 39 C9H，與主控制終端發(fā)送的命令碼相同，說明子終端正確應(yīng)答主控制終端信息，即路燈終端載波通信成功。同樣，由圖4可得出第二個子終端功率為75%對應(yīng)數(shù)據(jù)，Modbus命令十六進(jìn)制可表示為F3 05 00 02 FF 00 E8 38H，與主控制終端發(fā)送的命令碼相同，即通信成功。由圖4可得出第三個子終端功率為50%對應(yīng)數(shù)據(jù)，Modbus命令十六進(jìn)制可表示為F4 05 00 03 FF 00 9F 68H，與主控制終端發(fā)送的命令碼相同，即通信成功。可得出主控制終端可以向多個子控制終端發(fā)送命令，并且接收到正確應(yīng)答信息，實(shí)現(xiàn)了一對多控制，并且可以實(shí)現(xiàn)100%、75%與50%功率的控制。

4 結(jié)論

模擬實(shí)驗系統(tǒng)采用PC機(jī)模擬了上位機(jī)，四個子終端分別模擬了路段內(nèi)的主控制終端與3個子控制終端。測試了上位機(jī)對Modbus命令連續(xù)的發(fā)送與接收，并且地址為F2H、F3H與F4H的子控制終端可以正確應(yīng)答主控制終端信息。表明路燈可調(diào)光段內(nèi)組網(wǎng)的模擬系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、主控制終端和多個子控制終端之間的通信。

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