基于ZigBee和GSM的城市路灯防盗系统设计

目前,城市路灯监控与防盗系统的技术比较落后,成本也较高。为此,笔者以单片机为控制核心,借助已有的GSM 移动通信网络,设计了路灯监控与防盗系统,通过终端控制器分布式监测,以主控中心为核心的软件系统实施全方位管理,从而实现城市路灯的高效控制和管理。

1 系统总体架构

城市路灯监控与防盗系统总体架构主要由以下3 部分组成:第1 部分是RTU,其包括系统的终端控制设备和电缆智能防盗设备;第2 部分是GSM 网,用于数据传输及报警;第3 部分是主控中心的监控软件部分,其功能为实现对RTU 端的远程控制以及数据传输与存储,是整个智能城市路灯监控与防盗系统的指挥中心。系统总体架构图如图1 所示。

 

图1 智能路灯监控防盗系统总体架构图

 

2 系统硬件设计硬件设计

结构框图如图2 所示。

图2 硬件设计结构框图

 

2.1 中央处理模块

中央处理模块采用美国德州仪器(TI 公司)的低功耗微处理器MSP430,该芯片是一种混合信号处理器,其将模拟电路模块、数字电路模块及微处理器模块集成其上,具有精简指令集和16 位超低功耗,因而具有超强处理能力、高速运算能力、超低功耗、丰富的片内资源以及方便高效的开发环境。

2.2 GSM 无线通信模块

该系统监控终端设备和主控中心之间的通信采用基于GSM 的无线通信技术,因而GSM 模块是实现无线通信的关键。目前,市面上可供选择的GSM 无线通信模块有TC35 系列、WISM02 模块等,前者是来自于西门子公司,后者来自于Wavecom 公司,这些模块都可以进行二次开发,是标准的GSM 通信模块,可以直接通过串行接口直接连接微处理器,操作方便,为此选用Wavecom 公司的WISMO Quik Q2403A 无线通信模块,依据GSM07.05 定义的AT 指令规范,完成系统无线信息传输与数据管理任务。

2.3 射频芯片

采用Chipcon 公司生产的CC2430 作为射频芯片,该芯片延用了CC2420 芯片的架构,在此基础上集成了1 个8 位MCU (8051)、128KB 可编程闪存、8KB 的RAM,还包含ADC、定时器、AES128 协同处理器等,其与Chipcon 公司的先进的ZigBee 协议栈、工具包和参考设计相结合,因而具有良好的集成开发环境。

2.4 电源芯片

采用选择LM2575 系列芯片提供5V 电压源电压,固定振荡器直接集成在芯片的内部,电路简单且连接方便,电压稳定,工作效率高。

2.5 其他辅助电路

为了满足可操作性与可维护性的需要,该系统还设计了人机接口电路,选用了LCMI2864 芯片作为LCD 液晶显示模块,通过3 个按键来完成对路灯各参数的设定以及修订工作。采用HRS4H-SDC12V继电器,其最大切换电流为10A。

2.6 电缆防盗子系统

电缆防盗子系统由1 个电缆防盗主控端和N 个监控末端构成,主控端位于配电箱内,其主要工作原理如下:白天时,路灯断电情况下,线路的主控端发送一个低压直流信号,监控末端根据接收的信号判断线路的完好性;夜晚时,监控末端通过检测线路的50Hz 交流电判别线路是否正常。监控末端白天采用蓄电池的方式供电,夜间则对蓄电池进行充电,防盗主控端与监测末端主要通过网络进行信息传输,可将监控信息通过GSM 网络发到整个系统的主控中心统一管理,可以实现多变电站统一防盗监控。该子系统对末端监测模块的数量没有限制,一个电缆防盗中控模块可同时监控多条电缆,任何一条电缆出现故障,都能实现即时报告故障地点及时间,以便管理人员及时做出处理。电缆防盗子系统结构图如图3 所示。

图3 电缆防盗子系统结构图

   

3 主要软件设计

3.1 中央处理软件

中央处理软件借助IAR Embedded Workbench软件开发平台,这是一种支持多个目标处理器,采用项目模式对应用程序进行管理,为用户提供便捷窗口界面的开发环境,开发与调试方便快捷,通用性好,功能强大。中央处理软件流程图如图4 所示。

图4 中央处理软件流程图

 

3.2 电缆防盗软件

城市路灯监控与防盗系统终端控制器通过对防盗模块监控端巡检,如果发现电缆末端电压检测信号异常,RTU 立即向主控中心发出报警信号。电缆防盗软件程序流程图如图5 所示。

图5 电缆防盗软件流程图

4 结语

 

根据GSM无线通信技术与微处理器技术,并结合组网技术,设计了城市路灯监控与防盗系统。该系统改变了传统城市的管理方式,实现了城市路灯的实时监控、节能调控以及远程报警功能,具有技术先进、价格低廉、维护便捷的特点,在城市路灯监控与防盗方面有很好的应用潜力。