摘要：本文设计了基于GPRS无线网络ARM微处理器的路灯监控系统，即通过使用GPRS无线通讯技术实现远程监控中心、管理人员手机对城市路灯的远程实时控制。实现城市路灯的无线监控及自动化管理。
关键词：GPRS ARM 智能管理
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0026-02
1、引言
随着我国经济建设的蓬勃发展，城市路灯数目的与日俱增，再加之我国对智能电网建设的大力推进，城市路灯发展与管理的智能化，也日益显得重要。本文基于ARM微处理器和GPRS技术，设计了一种无线智能路灯控制系统。智能化路灯控制系统能够远程控制任何一盏路灯，并且可以远程识别故障路灯，能极大提高故障路灯维修反应时间，能监测照明系统的各种用电参数和运行情况，能根据不同的照明需求提供灵活多样的控制方案，使得照明系统更加安全可靠、节能环保。GPRS技术在移动通信领域中的快速发展，为智能路灯监控系统提供了一种新的数据传输方法。它以网络覆盖范围广，接入速度快，适应性强等优点，在路灯监控系统中取得了广泛的应用。
2、系统的总体设计方案
路灯智能管理系统由管理中心、远程测控终端、路灯、GPRS网络及通信设备组成。系统通过使用ARM微处理器和GPRS 无线通讯技术实现管理中心对远程测控终端远程控制的基础上，进一步通过各个主控单元控制相应的路灯，从而实现路灯的远程监控。管理中心是整个路灯监控系统的操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心，肩负着与其它管理网络的互联任务。远程测控终端包括基于ARM的主控单元和GPRS模块两大部分，负责路灯的供电与控制。监控中心与远程测控终端的通信方式采用GPRS 公共通信网络，完成遥测、遥信和遥控。而在各远程测控终端，每一个数据采集器和主控单元的标准串口上都会配置一部GPRS 终端， 用于和监控中心进行数据交换，实现监控中心的值班人员通过后台或管理人员通过专用手机对路灯进行远程控制。
2.1 系统工作原理
基于ARM微处理器和GPRS的无线网络路灯监控系统， 是通过GPRS无线网络传输和计算机，对离散存在的受控对象实行集中的监测与控制。在计算机检测管理系统中，街道路灯控制装置即远程测控终端，与设在路灯管理处的监控中心，形成两级分布式计算机控制系统，（上位机设在监控中心室，下位机设在各主控单元） 监控中心上位机兼做管理计算机和工程师操作站，主要完成遥控、遥测、遥信、故障分析、数据检索、系统维护、电子显示和报表打印等功能。主控单元下位机为实时在线控制机，对该站点路灯的电量参数（电压、电流、电能及功率因数）进行实时采样，并将采集到的数据进行分析、存储和显示。监控中心与各主控单元主机之间的通信方式采用通用分组无线业务通信技术GPRS，通过GPRS 模块来完成和监控中心的通讯。
2.2 GPRS无线传输模块功能
传输系统承担数据传输的任务，它主要负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转，完成信息的上传与下达。GPRS是一种基于GSM的新型移动分组交换技术，具有永久在线、高速传输、流量计费、快捷登录的优点。通过对GPRS系统组网方式、GPRS通讯协议的选择及GPRS通讯模式的选择的分析和选择，本文设计了以GPRS为基础的无线传输系统——监控中心以固定IP 连接的方式接入Internet网络，通过GPRS网关接入GPRS网络，以这样的方式来组建远程控制网络。由于监控中心的IP 地址固定了，所以测控终端在进入GPRS网络之后，就可以连接这个固定地址来与监控中心建立无线的连接，从而组建远程控制网络，实现了监控中心与各个测控终端的通讯。本设计中采用周立功公司的ZWG-23A型号的GPRS无线模块，ZWG-23A具有支持断线迅速重连、点对点连接、短信配置、上线指示和硬件流控等功能。实现多个远程测控终端与一台管理中心的PC机构成一个分布式数据采集系统，各种信息数据被现场的DTU设备上传到管理中心，管理中心的命令也可以通过现场的各DTU送达路灯分控中心。
3、远程测控终端的设计
3.1 远程测控终端的硬件设计
远程测控终端由主控单元和GPRS网两大部分组成，主控单元处理器选择飞利浦公司的ARM7TDMI-S处理器LPC2131，负责通信协议的封装，与GPRS通信的实现。GPRS模块选择带有协议栈的GPRS Modem通过串口UART与ARM7LPC2131实现数据传输。监控中心与远程测控终端的通讯都是基于GPRS无线通信技术的，该通讯模块起到了十分重要的作用。ARM7TDMI-S处理器LPC2131与路灯之间是通过继电器接口连接的，可以通过编程命令通过继电器控制路灯的开断。在ARM处理器装上温度传感器和亮度传感器，可以实现对路灯安装处的温度和亮度进行监测功能，当实际亮度超过设定值时系统将会自动关闭路灯，当实际温度超过设定值时，系统将会向管理中心发出报警信号。
3.2 远程测控终端软件设计
远程测控终端软件系统采用模块化设计来完成整个系统的初始化、LCD 显示、模拟量的采集与处理、控制命令的执行以及GPRS 通信等。分别是：系统初始化模块、人机接口模块、模拟量采集与处理模块、命令执行功能模块以及GPRS 通讯模块。其中通讯模块设计是整个终端软件设计主要部分，而AT指令集在通讯模块中扮演了重要的角色，AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的。通过TA，TE发送AT指令来控制移动台的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、数据业务、传真等方面的控制。GSM模块与计算机之间的通信协议是一些AT指令集，AT指令是以AT作首，字符结束的字符串，AT指令的响应数据包在其中。每个指令执行成功与否都有相应的返回。其他的一些非预期的信息（如有人拨号进来、线路无信号等），模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。如果AT指令执行成功，“OK”字符串返回；如果AT指令语法错误或AT指令执行失败，“ERROR”字符串返回。 3.3 远程测控系统软件流程图
上电启动后， 首先初始化各项参数， 然后开始检测串口0是否收到采集的数据，如果是并且是按照预先定义好的数据采集格式，则通过串口1启动GPRS 连接，建立通道之后，把从串口0收到的数据通过串口1发送到GPRS模块，然后通过GPRS网络传送到所预定的目标IP地址上去。如果串口0持续接收到采集信息数据，那么就不断执行转发程序，发送数据到GPRS网络， 如果等待超过5分钟串口0还是没有数据，就执行断开程序，断开GPRS 连接，让系统退出。
4、管理中心的设计
4.1 管理中心硬件设计
管理中心是整个路灯监控系统集操作、维护、处理、分析和监管于一体的综合监控中心，肩负着与其他管理网络的互联任务。监控中心可以设在路灯管理部门的办公室中，主要由工业控制计算机、打印机、投影设备、数据通讯单元、门禁警报系统组成。还可以根据实际情况，在监控中心安装大型LED模拟屏，在模拟屏地图上，可以随时观测到所有远程测控终端的运行状况。
4.2 管理中心软件设计
管理中心软件采用客户/服务器（C/S）主从式架构设计，远程测控终端相当于客户机，管理中心相当于整个系统的服务器。本系统采用VB开发工具制作的上位机界面，可以用来侦听GPRS客户端连接，连接成功之后，可以传输IP数据包。首先，在服务器IP地址处填写本机IP地址，在端口处填写服务器IP地址绑定的端口号，点击“监听”按钮，监听客户端连接，如果监听成功，显示“帧听客户端成功”信号，然后，服务器可以在发送区填写需要发送的数据字符串，GPRS客户端接收到该字符串之后，将该字符串发送返回至服务器，并在服务器端即上位机上显示出来，其中需要指出的是，在GPRS发送和接受数据的时候，都会将字符数据转换成ASCII码，因此，在上位机接收到数据以后，需要一个将ASCII码再转换成字符数组的过程。最终就可以实现远程测控单元和监控中心间的通讯，达到实时监控、接收、保存并显示各远程测控终端的电参数、报警信息等功能，同时监控中心向各测控终端发送各类控制命令及参数配置信息来实现遥控、遥测、遥信功能。
5、结语
本文基于ARM和GPRS技术进行通信，很好的实现了监控中心的工业计算机和管理人员的工作手机对城市路灯的远程实时监控，将报警信号第一时间传达至监控中心和管理人员，提高了对故障的排查及路灯线路的维护的效率。它所带来的经济和社会效益是十分显著的，它的推广和实施也将是市政工程建设中一项重要内容，同时也符合智能电网建设、节能减排、科学发展观的要求。本项目成功申报为上海市大学生科技创新项目，同时获得上海市科创基金的支持。
参考文献
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