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基于GSM短信息通信方式的路燈無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)理工論文
近年來(lái),我國(guó)的路燈建設(shè)取得了飛速的發(fā)展,對(duì)改善投環(huán)境,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,方便群眾生活,美化城市起了很大作用。由于路燈線路分布面太廣,雖然路燈管理部門每天都要派車進(jìn)行巡回檢查,還是經(jīng)常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障而出現(xiàn)白天亮燈及晚上滅燈等故障。隨著社會(huì)文明的不斷發(fā)展,路燈照明作為體現(xiàn)城市面貌的功能日顯突出。一方面,社會(huì)對(duì)亮燈率及維護(hù)及時(shí)性要求不斷增強(qiáng),一方面,路燈控制范圍日益擴(kuò)大,管理難度越來(lái)越大,成本越來(lái)越高,所以有必要對(duì)老的路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。但如何建立一個(gè)高效,可靠的路燈監(jiān)控系統(tǒng),這是需要研究的一個(gè)課題。
一:路燈控制的特點(diǎn):
路燈控制設(shè)備有以下幾個(gè)特點(diǎn):
一是分布面廣且比較分散,
二是數(shù)量較多,在大中城市往往要達(dá)數(shù)百個(gè)控制點(diǎn),
三是環(huán)境條件惡劣,設(shè)備處于室外,高溫,低溫,潮濕,灰塵等不利因數(shù)影響設(shè)備運(yùn)行,
四是對(duì)信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求不高,即在檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)允許有一定延遲,
五是每次傳輸?shù)男畔⒘坎淮蟆?/p>
所以要實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈設(shè)備的可靠監(jiān)控,關(guān)鍵問(wèn)題是兩個(gè):
一是通信問(wèn)題,即如何建立一個(gè)與眾多路燈設(shè)備進(jìn)行可靠通信的通信網(wǎng)絡(luò),
二是監(jiān)控設(shè)備的可靠性,特別是監(jiān)控終端的可靠性。
二:通信方式的選擇:
在我國(guó)許多城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)中通信方式基本都采用無(wú)線方式,根據(jù)路燈控制的特點(diǎn),我們認(rèn)為應(yīng)首先考慮無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。但究竟是采用無(wú)線專網(wǎng)方式(即自建一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò))還是采用無(wú)線公網(wǎng)方式(即采用GSM短信息方式),我們對(duì)兩種方式進(jìn)行了調(diào)查和對(duì)比:
1、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍:
采用無(wú)線專網(wǎng)需要自建一個(gè)發(fā)射塔,自己組成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò),由于只有一個(gè)發(fā)射點(diǎn),所以在信號(hào)覆蓋上存在一定問(wèn)題,解決的方法,目前是架設(shè)中繼站或采用接力通信的方式。架設(shè)中繼站需要有合適的制高點(diǎn),需要增加一定的設(shè)備,給維護(hù)也增加了困難,采用接力通信方式時(shí)容易出現(xiàn)一個(gè)接力點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)影響后面一大片,且增加了信號(hào)傳輸時(shí)間。無(wú)線公共網(wǎng)在國(guó)家投巨資建設(shè)下,其普及性和覆蓋范圍是目前任何一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所不能比擬的,在西安市區(qū)中國(guó)移動(dòng)就有六百多個(gè)基站,已實(shí)現(xiàn)市區(qū)的無(wú)縫隙覆蓋,不存在死角,盲區(qū)等問(wèn)題。
2、數(shù)據(jù)傳輸速率:
無(wú)線專用網(wǎng)常用的傳輸速率為1200波特,優(yōu)點(diǎn)是接續(xù)時(shí)間短,一般小于0.5秒,傳輸實(shí)時(shí)性好,且可實(shí)現(xiàn)群呼。采用GSM無(wú)線公共網(wǎng)短消息方式時(shí),傳輸速率為19200波特,不需要撥號(hào),永遠(yuǎn)在線,但需通過(guò)交換的方式與各監(jiān)控點(diǎn)連接,時(shí)間在采用專線的方式時(shí)可小于3秒,目前還沒有開通群呼功能,但由于短消息處理平臺(tái)的高速處理能力(西安市為480條每秒),可認(rèn)為數(shù)百點(diǎn)的信息可同時(shí)完成,且點(diǎn)數(shù)約多,優(yōu)越性約大,特別是當(dāng)采用監(jiān)控點(diǎn)主動(dòng)上報(bào)模式時(shí),由于不會(huì)發(fā)生信號(hào)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象,可允許多個(gè)信號(hào)同時(shí)上傳。
3、天線和發(fā)射功率:
無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)發(fā)射功率通常在5瓦以上,有時(shí)為保證通信距離還需更大的功率,功率大使得備 用電池也大,發(fā)射頻率一般在200多兆,由于頻率低,接收天線尺寸也較大,在鬧市中很不美觀。GSM無(wú)線MODEM發(fā)射功率很小,一般在0.5瓦左右,天線尺寸很小(約3-10CM),小功率容易作到高密度,可大大減小監(jiān)控終端的尺寸,降低監(jiān)控終端的成本,提高了可靠性。
4、數(shù)據(jù)傳輸可靠性:
無(wú)線專用網(wǎng)一般沒有通用的通信協(xié)議,需用戶自己開發(fā),在低頻段電波干擾較大,有時(shí)會(huì)影響 數(shù)據(jù)傳輸。公共網(wǎng)通信協(xié)議采用國(guó)際通用的通信協(xié)議,技術(shù)成熟,容易開發(fā),GSM系統(tǒng)提供的短消息業(yè)務(wù)可讓網(wǎng)絡(luò)端知道被叫方是否收到所發(fā)的消息,如果傳輸失敗,被叫方?jīng)]有回答確認(rèn)消息,網(wǎng)絡(luò)會(huì)保留所傳消息,一旦發(fā)現(xiàn)被叫方能夠叫通時(shí),就可以重發(fā)以確保被叫方能夠收到。
5、技術(shù)和服務(wù):
無(wú)線專用網(wǎng)監(jiān)控是一種較為傳統(tǒng)的方式,技術(shù)已相當(dāng)成熟,而GSM短消息方式在監(jiān)控方面的應(yīng)用是 屬于一種新興技術(shù),缺乏大規(guī)模使用經(jīng)驗(yàn)。在服務(wù)上,無(wú)線專用網(wǎng)需自己配備維護(hù)人員和儀器,無(wú)線公共網(wǎng)則享受到電信方面的服務(wù),不用自己配備人員和儀器。
6、信號(hào)發(fā)生堵塞通信中斷問(wèn)題:
據(jù)中國(guó)移動(dòng)陜西移動(dòng)通信公司數(shù)據(jù)信息中心有關(guān)人士介紹,在正常情況下是不會(huì)發(fā)生阻塞現(xiàn)象的,除非發(fā)生特殊的重大事件。由于路燈監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高,即使通信暫時(shí)中斷幾分鐘,影響也不大,我們還可以增加冗余系統(tǒng),把終端設(shè)計(jì)成即使接收不到開關(guān)燈命令,終端也可自己根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的時(shí)間自動(dòng)運(yùn)行,也就是說(shuō),暫時(shí)的通信阻塞不會(huì)對(duì)路燈的正常運(yùn)行有影響。
考慮到路燈的運(yùn)行特點(diǎn)和一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景,如GPRS、3G等技術(shù)的不斷應(yīng)用,我們決定采用GSM無(wú)線公共網(wǎng)短消息方式建立西安的路燈監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò),在投入不大的情況下,充分享受飛速發(fā)展的電信技術(shù)給我們帶來(lái)的巨大優(yōu)越性。
三:系統(tǒng)簡(jiǎn)介:
路燈監(jiān)控系統(tǒng)主要由中央控制室、監(jiān)控終端、和通信系統(tǒng)三部分組成。
1、中央控制室:
中央控制室主要完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、報(bào)警等功能。前臺(tái)監(jiān)控工作站為一臺(tái)工業(yè)控制機(jī),通過(guò)GPS衛(wèi)星校時(shí)可為系統(tǒng)提供精確的時(shí)鐘,通過(guò)光照儀提供準(zhǔn)確的路燈開關(guān)時(shí)間,長(zhǎng)延時(shí)UPS保證供電停電時(shí)系統(tǒng)能正常工作,GSMModem在DDN專線出現(xiàn)故障時(shí)提供備用通信通道。后臺(tái)監(jiān)控工作站提供備用服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)和各工作站組成局域網(wǎng),采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)與客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)相接合的方式,服務(wù)器采用Windows2000中文版操作系統(tǒng),并采用SQL Server7.0數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。顯示為120英寸背投式大屏幕,通過(guò)16畫面分割器可實(shí)現(xiàn)多畫面顯示。通過(guò)路由器、DTU和DDN專線可建立和短信中心的數(shù)據(jù)通信。通過(guò)Modem可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)。
2、監(jiān)控終端:
監(jiān)控終端由GSM Modem 、天線、監(jiān)測(cè)和控制電路、各種傳感器等組成,可采集3路電壓,12路交流電流、每個(gè)電流回路的有功功率(可擴(kuò)展到24路〕,每個(gè)輸出回路的通斷信息,配電箱漏電電壓,變壓器油溫,電度表電量,門開關(guān)信號(hào),終端還存儲(chǔ)有按當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度換算的日落、日出時(shí)刻表,當(dāng)上位機(jī)通信中斷時(shí)可自己開關(guān)燈。
3、通信系統(tǒng):
本系統(tǒng)通信系統(tǒng)借助于數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)即GSM系統(tǒng)中的短信息服務(wù)(SMS功能),通過(guò)路由器、DTU和DDN專線建立和中國(guó)移動(dòng)短信息處理平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信,計(jì)算機(jī)(或執(zhí)行終端)與GSM模塊之間采用符合GSM7.07標(biāo)準(zhǔn)的AT-COMMAND指令,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232接口傳送信令和數(shù)據(jù),空中通信協(xié)議遵循GSM7.05,在DDN專線出現(xiàn)故障時(shí)可通過(guò)備用GSM Mdem傳輸信息。
系統(tǒng)運(yùn)行兩年來(lái)狀況良好,信息查詢準(zhǔn)確可靠,報(bào)警及時(shí),工作人員只需在監(jiān)控室就可知道故障發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn),使故障可得到及時(shí)迅速的處理,大大減少維護(hù)人員盲目巡視,目前西安路燈的監(jiān)控終端約165臺(tái),監(jiān)控路燈總數(shù)已達(dá)28000多盞,系統(tǒng)的運(yùn)行確保了西安市路燈的可靠運(yùn)行,是一項(xiàng)投入少,社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著的愛民工程。
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