路燈管理是城市管理中技術(shù)含量較高、難度較大的一項(xiàng)工作，隨著路燈設(shè)施數(shù)量的增加，傳統(tǒng)人工管理的弊端日趨明顯。（1）耗費(fèi)較大的人力和物力，大幅度的提高了管理的費(fèi)用；（2）不能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控路燈設(shè)施的運(yùn)行狀況，造成設(shè)施故障信息的滯后性，不能及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，影響市民夜間出行安全，存在諸多安全隱患；（3）電網(wǎng)供電情況發(fā)生變化時(shí)，路燈設(shè)施的饋入功率不能隨電網(wǎng)電壓的變化實(shí)時(shí)控制，造成大量的能源浪費(fèi)，降低了電能的使用效率，縮短了燈具的使用壽命。伴隨著數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)路燈系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化管理進(jìn)行了研宄，不但可以達(dá)到節(jié)約能源、延長(zhǎng)燈具使用壽命的目的，同時(shí)還能夠提高城市建設(shè)的管理水平，保障市民夜間出行的安全，降低交通事故的發(fā)生率。

　　隨著人民生活水平的提高，公共路燈的監(jiān)控越來(lái)越重要經(jīng)過(guò)近年來(lái)的研宄和實(shí)踐，雖然目前國(guó)內(nèi)的路燈監(jiān)控系統(tǒng)在功能、技術(shù)性能和工作可靠性等方面達(dá)到了一定的水平。

　　但是，在穩(wěn)壓方面仍存在許多缺點(diǎn)和需要改進(jìn)的地方。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化、精確化和動(dòng)態(tài)化己經(jīng)成為現(xiàn)代城市道路照明管理系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

　　1系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)及系統(tǒng)通信機(jī)制1系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、智能路燈控制器和若基金項(xiàng)目：山東省技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目智能化節(jié)電技術(shù)（200891907009）。

　　化檢測(cè)與自動(dòng)控制技術(shù)方向的研宄。

　　干個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)組成。監(jiān)控中心PC機(jī)對(duì)整個(gè)路燈監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行集中管理，包括進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制、系統(tǒng)運(yùn)行信息的采集和監(jiān)測(cè)。智能路燈控制器負(fù)責(zé)所轄路段的智能化照明控制、解析執(zhí)行管理中心指令和采集上報(bào)運(yùn)行數(shù)據(jù)。路燈節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)單個(gè)路燈的控制和狀態(tài)檢測(cè)。智能路燈控制器和監(jiān)控中心之間采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，路燈節(jié)點(diǎn)和智能路燈控制器之間采用電力線載波通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)模型如所示：系統(tǒng)模型首先，通過(guò)對(duì)光照的采集，由智能路燈控制器判斷路燈照明系統(tǒng)（由一條街的數(shù)十、甚至上百盞路燈組成）是否需要開(kāi)啟，如需要運(yùn)行則由功率開(kāi)關(guān)單元來(lái)完成路燈的軟啟動(dòng)。路燈打開(kāi)后，路面安裝的聲學(xué)傳感器采集車流量與人流量所發(fā)出的聲信號(hào)，由智能路燈控制器發(fā)出控制信息，通過(guò)功率開(kāi)關(guān)單元控制無(wú)觸點(diǎn)變壓器來(lái)決定路燈輸出電壓的大小。如果實(shí)時(shí)車輛與人流量較大，需要照度較高，系統(tǒng)根據(jù)需求自動(dòng)調(diào)高路燈的輸出電壓；相反，系統(tǒng)自動(dòng)降低路燈的輸出電壓。

　　1.2系統(tǒng)通信機(jī)制系統(tǒng)中每臺(tái)從機(jī)均分配有一個(gè)唯一的從機(jī)地址。主機(jī)與從機(jī)通信時(shí)，主機(jī)先呼叫某從機(jī)地址，喚醒被叫從機(jī)后，主、從兩機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，未被呼叫的從機(jī)則繼續(xù)進(jìn)行各自的工作。單片機(jī)通過(guò)對(duì)多機(jī)通信控制位SM2進(jìn)行置位和復(fù)位來(lái)控制正確接收地址和數(shù)據(jù)信號(hào)，在返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)通過(guò)設(shè)TB8為0或1來(lái)區(qū)別返回的是數(shù)據(jù)還是地址。

　　通信協(xié)議中規(guī)定：（1）單片機(jī)以方式3進(jìn)行通信，地址幀用1表示，數(shù)據(jù)幀用0表示；（2）設(shè)定通信的波特率為（3）地址幀01H~FFH，代表從機(jī)地址；（4）00H是以地址幀形式發(fā)送的一條對(duì)所有從機(jī)起作用的控制命令，命令各從機(jī)恢復(fù)SM2=1，等待接收狀態(tài)。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21智能化路燈控制器硬件主要是由聲音傳感器、光電傳感器、信號(hào)放大器、V/F轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、觸發(fā)電路和開(kāi)關(guān)電路等組成。

　　光信號(hào)通過(guò)光電傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、A/D轉(zhuǎn)換后送給微處理器，控制路燈的開(kāi)關(guān)。聲音信號(hào)通過(guò)聲音傳感器變成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器送給A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率脈沖信號(hào)，根據(jù)聲音大小的不同，得到不同的頻率脈沖數(shù)據(jù)，送到微處理器后，通過(guò)一系列的計(jì)算分析，就可以得到控制信號(hào)，然后將數(shù)據(jù)送到D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成摸擬信號(hào)，送給觸發(fā)電路，最后由觸發(fā)電路驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)單元。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)單元的關(guān)斷，使被控對(duì)象可以得到相應(yīng)的電壓，其硬件結(jié)構(gòu)圖如所示。

　　21.1微處理器本系統(tǒng)采用的是AT89S52型號(hào)的單片機(jī)，AT89S52是一種低功耗、高性能的含有8k字節(jié)快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造。芯片上的FPEROM允許在線或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。

　　AT89S52單片機(jī)在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性妊支持在線編程ISP，無(wú)需專用的編程器方便調(diào)試，為眾多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高效靈活的解決方案它的作用是負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)GPRS模塊與外網(wǎng)的連接，接收并處理GPRS模塊上傳來(lái)的數(shù)據(jù)包，組裝或生成要發(fā)送數(shù)據(jù)包傳送給GPRS模塊控制繼電器通斷以及對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算等。

　　2為A/D轉(zhuǎn)換電路的連接端口，P13、P15、P17為D/A轉(zhuǎn)換電路的連接端口，P1 4為聲音傳感器的接口，P16為光線傳感器的接口。

　　212GPRS無(wú)線通信模塊系統(tǒng)的GPRS模塊選用的是西門(mén)子公司的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊MC35i支持?jǐn)?shù)據(jù)、短信、語(yǔ)音和傳真業(yè)務(wù)。MC35i是新一代GSM/GPRS雙模模塊，完全兼容上一代的MC35、TC35i采用緊湊型設(shè)計(jì)為用戶提供了簡(jiǎn)單、內(nèi)嵌式的無(wú)線GPRS連接。MC35i的GPRS永久在線功能提供了最快的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　MC35i模塊有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF（ZeroInsertionFor（e零阻力插座）連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1~14腳為電源部分：1~5為電源電壓輸入端VBATT+，6~10為電源地GND，11、12為充電引腳，13為對(duì)外輸出電壓（供外電路使用），14為ACCU―TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。24~29卡引腳，分另I為CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND.33~40為語(yǔ)音接口，用來(lái)接電話手柄。15、30、31和32腳為控制部分：15為點(diǎn)火線IGT（Ignition）當(dāng)TC35i通電后必須給IGT―個(gè)大于100ms低電平模塊才啟動(dòng)；30為RTCbackup），該模塊是采用AT指令進(jìn)行控制的，采用AT指令可以實(shí)現(xiàn)模塊參數(shù)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。外圍電圖如所示。

　　在硬件連接完成后，GPRS上網(wǎng)操作之前，首先要對(duì)GPRS模塊進(jìn)行一定的設(shè)置。主要的設(shè)置工作有以下幾個(gè)方面38400命令，把波特率設(shè)為384001/s或其它合適的波特率，默認(rèn)的通信速設(shè)置移動(dòng)終端的類別為B類，即同時(shí)監(jiān)控多種業(yè)務(wù)；但只能運(yùn)行一種業(yè)務(wù)，即在同一時(shí)間只能使用GPRS上網(wǎng)，或者使用GSM的語(yǔ)音通信。

　　令激活GPRS功能，如果返回OK則GPRS連接成功；如果返回ERROR則意味著GPRS失敗。這時(shí)應(yīng)檢查一下S1M卡的GPRS業(yè)務(wù)是否己經(jīng)開(kāi)通，GPRS模塊天線是否安裝正確等問(wèn)題2路燈節(jié)點(diǎn)路燈節(jié)點(diǎn)主要完成路燈線路的送、斷電控制和線路狀態(tài)檢測(cè)功能，同時(shí)為了保證在遠(yuǎn)程控制失效的特殊情況下，可以切換到手動(dòng)控制方式進(jìn)行人工控制，還增設(shè)了手動(dòng)控制/自動(dòng)控制切換按鈕。其控制信號(hào)由微處理器給定，反饋控制結(jié)果返回給微處理器。同時(shí)，將采集到的線路的電壓、電流、用電量、累計(jì)用電量、功率因數(shù)以及欠電壓和過(guò)電壓檢測(cè)結(jié)果等參數(shù)上傳。其中電流和功率信息還被用作電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)的輔助信息。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件主要包括兩個(gè)部分：（1）數(shù)據(jù)采集以及傳輸部分，是以AT89S52單片機(jī)為核心的程序設(shè)計(jì)；（2）監(jiān)控中心管理軟件的設(shè)計(jì)部分。監(jiān)控中心數(shù)據(jù)管理界面采用VB6 0編程，智能路燈控制器中單片機(jī)的程序是基于KE1L開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用C51語(yǔ)言編寫(xiě)。這樣可以縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，使程序易于調(diào)試和維護(hù)，可靠性高，可讀性和可移植性好1智能路燈控制器軟件設(shè)計(jì)該控制軟件主要完成的任務(wù)就是系統(tǒng)初始化，定時(shí)對(duì)信號(hào)采樣，對(duì)采樣結(jié)果分析和輸出控制信號(hào)。

　　31.1主程序其中程序初始化包括對(duì)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的初始化，還有D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的初始化，作用是確定工作方式、輸入控制字及裝入數(shù)據(jù)等。由定時(shí)中斷程序負(fù)責(zé)對(duì)聲音數(shù)據(jù)的采集開(kāi)關(guān)由數(shù)據(jù)采集子程序采集后送到數(shù)據(jù)處理子程序，處理后輸出控制信號(hào)，并經(jīng)延遲后告知主程序。主程序流程圖如所示。

　　31.2通信協(xié)議主機(jī)首先發(fā)布一組讀數(shù)命令，智能路燈控制器將采集的數(shù)據(jù)送回主機(jī)，還可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。數(shù)據(jù)通信協(xié)議如下：I控制器地址I發(fā)數(shù)長(zhǎng)度I功能碼I數(shù)據(jù)域ILRC校驗(yàn)I結(jié)束碼I，其中功能碼主要有：03H（讀保存寄存器）、06H（預(yù)置單寄存器）、10H（預(yù)置多寄存器）等；數(shù)據(jù)域主要由數(shù)據(jù)寄存器地址、寄存器個(gè)數(shù)和寄存器預(yù)置數(shù)據(jù)組成。

　　31.3模糊控制算法智能控制是門(mén)邊緣科學(xué)，是采用模擬人類的邏輯思維方式去控制對(duì)象。智能控制的控制類型有分層遞階智能控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制等。經(jīng)分析后，系統(tǒng)選用了模糊控制，并結(jié)合實(shí)際情況給出了具體算法。

　　根據(jù)路燈系統(tǒng)的工作情況，模糊控制設(shè)有3個(gè)語(yǔ)言變量：噪聲輸入變量偏差E、噪聲偏差變化率EC和輸出控制量U其中噪聲輸入變量偏差分為大（PB）、較大（PS）、中（Z）、5個(gè)等級(jí)，代表了現(xiàn)場(chǎng)噪聲的全部狀況；噪聲偏差變化率也分為5種情況，即變化率強(qiáng)（PB）、較強(qiáng)（PS）、中（Z）、較弱（NS）、弱（NB）。每一語(yǔ)言變量用5個(gè)語(yǔ)言值表示：負(fù)大NB=―2負(fù)小NS=―1，零Z=0，正小PS=l正大PB=2輸出控制量U的論域與E和EC相同，為5個(gè)等級(jí)范圍。因此其控制規(guī)則表可以用下列關(guān)系式近2監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的主機(jī)通信界面是采用VB6 0通信控件MSComm編寫(xiě)，MSComm控件具有功能完善的串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，以及良好的人機(jī)界面。通信終端軟件包括接收采集數(shù)據(jù)和發(fā)送控制命令，參數(shù)設(shè)置等，以界面的形式進(jìn)行操作。

　　表1測(cè)試結(jié)果平均電壓（V）平均電流（A）總電度數(shù)測(cè)量時(shí)間非節(jié)電狀態(tài)1個(gè)月節(jié)電狀態(tài)1個(gè)月節(jié)電率5結(jié)束語(yǔ)基于GPRS的智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)集成了先進(jìn)的自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù)、環(huán)境綜合智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)，大大提高了路燈管理水平和服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了合理照明、美化照明及安全照明的理念。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，系統(tǒng)諧波含量少、節(jié)電率高，達(dá)到了智能節(jié)電、延長(zhǎng)燈具壽命等多重效果。因此采用該系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)的路燈管理系統(tǒng)進(jìn)行改造，是一種投資少、見(jiàn)效快且效益高的方法，值得推廣。