Distributed-Intelligent-City-Street-Lamp-Monitoring-and-Control外文翻译.doc

基于无线通信芯片nRF401分布式智能城市路灯监控系统摘要:传统路灯照明系统的控制方式的缺点是低效率，成本高，难以监测等，所以，它已不能满足现代城市的要求。为了实现分布式长距离城市路灯实时自动控制状态，我们介绍了一种基于单片机技术，电力载波通信，无线通信等技术的无线远程智能城市路灯监控系统。系统是由上端PC机，主控制器，各个终端控制器组成。上端PC机控制主控制器MSP430F19单片机，并传送控制指令给外地控制器，MSP430F149通过无线收发器nRF401控制改变相应的照明灯开关状态。电脑上能有效彻底地对无线长距离照明设备进行实时控制。通过试验，传输距离最高可达到1000米。此外，我们设计的照明监控设备，当通信网络发生故障时，它能自动关闭灯。关键词：路灯监测和控制;MSP430F149;nRF401;无线通信;AT89C51;电力载波通信1.导言路灯照明是城市基础设施的一部分，它在交通安全，社会安全，人民生活，城市外观的风格和特点起着重要的作用，以及使一个城市更有力量和成熟度。传统的路灯控制采用时间控制器或变压器（配电箱），实现分散控制，它的缺点在糟糕的集中管理和高的失败率。由于没有长途数据收集和通信功能，路灯实时管理未能实现，因此，工作灯和运行结果等不能集中监测和记录，还有静电干扰通常不能得到及时维修。本文介绍了一种路灯远程监控和控制系统，通过对基于单片机技术，无线通信技术等的工作原理、实现和特点等的研究，分析传统的监测和控制系统等弊端。该照明系统实现了根据需要监测报警，这就可以实现对长途路灯监测和控制，且具有较强的可行性[1]。2.系统组成和工作原理系统是由每个单灯监控终端控制器设备，路灯监控中心站和上位机等组成。每个路灯监测中心站通过无线传输与工作中心站连接，而总站通过RS232/485或USB接口以有线方式与上位机相连。根据不同的地域分布，每个工作中心站通过无线通讯链接连接一个或多个工作从站。上位机通过与终端设备通信获得照明设备的开关状态。工作总站通过RS232/485或USB总线接口与上位机通信上位机显示外地照明设备的状态。每个单灯监控终端控制器可以通过上位机实现照明灯启动或关闭，因为城市灯距离较长的，通过电力线载波通信作为媒介，我们可以把路灯监控中心站作为数据收集设备。这就是说，在于工作中心站连接后，再通过接口与上位机连接，可以适合大规城市区域的需求，同时实现较长距离数据传输。分布式网络原理结构如图1所示。图1分布式灯监测和控制系统结构图每个监控终端下位机能设置路灯工作形式或通过上位机下载控制模式，如时钟日历，打开/关闭时间等。上端机可以设定每个路灯的工作状态;监测中心站节点可以传输指示给上位机通过无线跳跃沟通在每个节点之间;每个路灯节点控制其工作的信息，通过电力线载波实现失败报警;如果某些灯节点失败，超越这个节点和通信，以及这一信息反馈到控制中心和上位机。单片机MSP430F149单片机作为监测中心站控制器;通过RS232/485或USB总线与上位机连接工作，并实现信息交流，回应整个系统监测和管理。监测中心站控制器接收各种操作控制命令和设置上位机参数，每一个外区域的路灯控制器收集开关相似，根据控制模式实现长距离照明灯控制。上位机通过RS485或USB总线接口与工作中心站连接，并通过从站上传监测数据获得和储存监测数据，以及下载控制模式和避免因网络故障导致系统失控的现象出现。此外，每一个路灯控制器具有光强度检测能力的模块，可以根据白天或黑夜实现自动开关。3硬件电路设计路灯监控系统中心站控制器采用美国德州仪器公司的MSP430F149单片机，它是一种低功耗的混合信号控制器，16位RSIC结构，16位寄存器和恒定CPU发生器。在运行CPU时，如果它出错，数控振荡器将会自动启动，并保证系统正常工作。如果是程序错误，我们可以设置看门狗来解决。如果程序稍纵即逝，看门狗会出现溢出的状态，看门狗将产生复位信号，使系统重新启动，可以保证系统稳定运行。3.1单灯监控设备单灯监控终端主要功能是切换开关控制灯，实时收集灯的工作信息，并与监测中心站控制器通讯，它的硬件模块框图如图2。图2单灯监控系统的结构图ISL29000的工作照明强度范围内在1lux和10000lux之间，并能把它转换为电流;输出电流与接收二极管照明强度成正比。输出的电流转换成电压，通过A/D转换器，计算外部环境的照明强度，单片机决定打开或关闭街道路灯。通过灯光强度监测模块，系统可实现自动控制路灯开关，以避免沟通失败。下位机通过设置数字编码可以获得到每个路灯终端地址，并实现继电器驱动开关状态，以及通过使用电流变压器获取灯工作状态的信息。单灯监控终端采用单片机AT89C51单片机，通过电力载波实现与MSP430F149单片机通信。电力通信模块是由电力载波通信专用芯片SS