1、摘 要随着社会经济的不断发展，人们对城市的基础设施建设的要求也不断提高，作为城市建设中的必需的公用设施，照明系统更是关系到市民切身利益的一个重要环节，路灯的控制和管理的水平显示出一个城市的现代化程度。在城市照明的系统中，如何节约能源，提高路灯能源的利用率已经成为急需解决的问题。所以，提供一种合理的路灯远 程监控，且有效而合理的管理方法， 对城市建设显得极为重要。路灯建设和管理作为城市的基础设施的重要工程之一，一个良好的城市照明系统不仅关系着人民生活、生产发展、交通安全和社会治安等，而且 对提供良好的投资环境，吸引外商投 资，促 进经济发展，起着非常重要的作用。本文利用GSM 的短信息的短息控制
2、方式对路灯进行远程控制，GSM 通信模块采用西门子 TC-35 模块，通过短信的方式来控制灯的开关与灯的亮度。根据路灯需要的实际情况的需要来控制路灯的点亮程度节约资源的目的。关键词：GSM，短消息，远程控制， 亮度检测Remote wireless street light controller designAbstractWith the development of society and economy, the requirement of urban infrastructure construction has been improving. As the urban constr
3、uction of essential utilities, lighting system is related to the immediate interests of citizens, and lamp control and management level shows a citys modernization degree. How to save energy and improve lamp energy utilization have become urgent problems in urban lighting system. Therefore, it appea
4、rs important to provide an effective and reasonable method of remote lamp management.Street construction and management of city infrastructure as one of the important projects, a good city lighting system is not only related with peoples life, the development of production, traffic safety and social
5、 security, but also to provide a good investment environment, attract foreign investment, promote economic development, plays a very important role.In this paper, using GSM short message short message control means on the street lamp remote control, GSM communication module adopts Siemens TC-35modul
6、e, through the short message mode to control the light switch and lamp brightness. According to the actual situation of street lamps need need to control the street lamp light level the purpose of saving resources.Keywords: GSM Short message Remote control Brightness detection目 录1 绪论 .11.1 课题背景 .11.
7、2 路灯控制的发展现状 .22 控制系统方案 .32.1 远程控制方式 .42.2 LED 灯的介 绍 .42.3 设计方案论证 .52.4 结构框图 .63 硬件电路的设计 .73.1 西门子 TC-35 模块 .73.2 单片机控制模块 .93.3 电流检测比较电路 .103.4 报警及指示电路 .113.5 模块供电电路 .113.6 路灯控制指示装置 .124 软件部分的设计 .134.1 系统主程序 .134.2 子程序介绍 .154.3 模块中与 SMS 有关的 GSM AT 指令介绍 .185 总结 .19致谢 .20参考文献 .21附录 1 总设计图 .22附录 2 源程序 .
8、2311 绪论随着数字技术和网络技术的发展，公共照明数字化和网络化已经成为当前的一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等，都已经成为对公共照明系统的一项基本要求。城市路灯照明系统是城市必不可少的公用设施，是现代城市文明的一个重要的标志。路灯自动测控系统则是路灯照明先进的管理方法与手段，比较原来的钟控定时开关管理具有质的飞跃。路灯 测控系统在中国城市建设中得到广泛的应用，在节省能源、美化城市、方便管理等方面有重要的意义。1.1 课题背景路灯控制是市政建设的一项重要内容，而传统的路灯在控制模式上，采用定时器和接触器来完成，让路灯在指定的时间内开通
9、和关闭，在管理模式上，采用人工巡视的方法即“ 白天巡 线，晚上巡灯，从而使路灯在控制和管理上，无法做到路灯与路灯管理室之间的实时交流。由于控制系统不便于远程监控和管理，进而不能对路灯的工作情况做系统的统计，对单个路灯不能随时控制，对路灯的故障不能及时的排查，对线路的 电压和电流不能随时检测，对电缆的防盗没有有效的处理，对电 能的有功和无功不能实时采集和有效控制，可以说不能适应当前城市路灯照明飞速发展的需要，它造成人力、物力、财力的大量浪费。针对传统路灯控制系统存在的缺陷，我们 的城市路灯监控系统应当集成计算机集控技术、通信技术、自 动控制技术、电力线载波技术等多个领域的最新科研与技术研究成果，
10、使我们的路灯亮化工程成为现代化城市的重要标志。随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快， 对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越来越突出，节电节能、 绿色照明的要求越来越迫切，越来越高。现在再采用那些传统的手控、钟控城市照明系统的方法已不能满足要求。如何充分利用高科技手段解决上述矛盾也就成为当前照明控制领域一个新的和紧要的课题。城市道路照明自动化控制和智能化管理作为城市现代化的标志之一，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的一项重要内容。随着城市的扩大，路灯数量的迅速增长，这 种控制方式在故障 实时监控处理、按需控制、 节能等方面已
11、越来越不能适合城发展。因此对于路灯所采取的智能控制和节能措施已经非常有意义。路灯测控系统在中国城市建设中得到广泛应用，在节省能源、美化城市、方便管理等方面有重要意义。随着社会的发展，能源问题已经成为全球最为关注的问题之一，能源危机已经成为全人类面临的主要危机。其中，城市路灯的耗 电量占整个城市公用事业耗2电总量的比例很大，因而路灯的节能工作在当前及今后有特别重要的意义。2008年8月1日开始实施的国务院办公厅关于深入开展全民节能行动的通知国办发(2008)106号文件 第五条中指出：“ 控制路灯和景观灯照明，在保证车辆，行人安全的前提下，合理的开启和关闭路灯“ 。因此，我们要将我们的现代化城市
12、路灯建设成为“ 绿化工程” ，尽可能的节约电能。1.2 路灯控制的发展现状城市路灯监控在国内外研究都是前沿课题，国内外学者都做了深入的研究。目前主要应用 GPRS 和 Internet 技术，合理组织软件 结构，使工作人员通过主机服务器来迅速获取自己权限下的所有信息，从而达到远程监测路灯的工作状态并及时发出控制命令。例如：海口市安装路灯监控设备 158 套，可控制滨海大道、海府路、海秀 东路、龙昆南路、和平大道、琼山大道等 148 条道路的 10806 杆 18693 盏路灯。路灯 监控设备采用了智通路灯节能监控系统，该系统可以实现路灯管理的信息化和自动化，极大的提高照明系统的管理效率，大量节
13、约电能， 节电率能够达到 20一40，并大大延长灯泡使用寿命。出现突发故障时，可迅速知道故障点类型及位置，及时组织抢修。温江路灯管理所陆续为全区 88 台路灯箱变配电柜，安装了路灯 GPRS 监控系统，对 城区周边 150 平方公里(含老城区、新城区、科技园) 的路灯进行 24 小时无线遥控监测和控制，实现 路灯远程信息化管理。另外，完善了全区路灯地理信息系统，利用路灯 GPRS 监控系统现代化控制技术对全区路灯进行全天候无线控制管理。合肥的智能路灯监控上岗。采用 GPRS 通讯方式具备遥控遥信遥调功能，新增路灯监控终端 88 套，各 终端系统将实时采集的监控数据通过 GPRS 通信通道传输至
14、监控中心，监管人员 根据这些数据信息随时掌握路灯的工作状况，合理进行路灯的开关，可有效解决合肥的夜景灯、路灯管理和监控工作，提高道路照明控制效率。欧洲尤里卡(EUREKA)计 划项目之一就是路灯电子镇流器和路灯远程监控系统。路灯 远程监控系统主要包括 IDM(Intelligent Distributed Management)局部主控制器、IDM 电力线调 制解调器和 IDM 定时模块。IDM 局部主控制器是配备了高压气体放电灯电子镇流器的路灯系统的局部控制节点。它和每一盏灯都能够进行通信，能向每一盏灯 发送开灯命令、关灯命令、 调光命令和收集故障灯信息命令，同时它还能与路灯 监控中心的主控
15、制器通过电话线、无线或者电力线进行通信。变压器和每一盏路灯是以电力线为通信传输媒介进行通信的。IDM 电力线调制解调器主要是与高压气体放电灯电子镇流器通信的，它在高压气体放电3灯电子镇流器的内部。同一个电力网络的一个主节点和若干个从节点之间采用电力线扩频载波技术进行通信。IDM 定时模块是和具有调光功能的路灯电子镇流器连在一起的，它能够通过检测线电压知道夜晚持续时间，并且能够根据存储在数据库中的数据执行相应的调光程序。第三届(广州)国际路灯、庭院灯暨户外照明展，于今年 3 月 26 日至 3 月 28日在广州琶洲保利世贸博览馆举行，风能太阳能路灯、节能照明电子、智能路灯监控管理系统、LED 路
16、灯与其他高效节能光源等最新科技公共照明 节能技术都在展会上集中展示吲。从上述的举例当中，可以总结城市路灯监控的现状为：路灯控制正朝着具体化，智能化，远 程化， 节能化的方向发展。2 控制系统方案现代化路灯控制系统由三个层次组成，分为总控站、主控站及从控站。 总控站由 PC 机组成，可与主控站通过光缆或无线电连接，以实现对各个主控站的管理，并设 定开关灯时间及执 行开灯比例指令，同 时对 主控站返回的信息进行汇总，对有故障的路灯通过图文显示出来，以便准确确定其所在的位置。图 1 路灯控制系统图主控站通过光缆或无线方式来接收总控机的指令，并通过电力线载波的串行通信方式来对从控站进行监控。一个通信数
17、据包由 8 字节数据组成，第一、二字节是主控标识，第三字节 是命令，第四、五字节是从站地址，第六至第八字 节为数据。从理论上讲，一个主控站最多可控制 6 万个从站。主控站采用广播方式发送命令数据，从机站收到通信包后进行数据分析，分析的内容：一是识别主机是否是自己的上级主控站，二是识别从机地址是否是自己的地址，只有在全部确认无误后，主控站才执行命令和相应的操作。每个从控站可控制三组路灯，它通过电力载波接收电路来接收主控站的指令，4并执行相应的操作，完成对工作电流的采样及处理，判断路灯是否工作正常，以便采取合理的保护措施；同时，它可以对现场工作温度、电流进行采样处理，以便在温度、电流值超出正常工作
18、范围时采取保护措施，同时将相关信息返送回主控站中。2.1 远程控制方式电力线载波是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通 过载波方式将模拟 或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线 ，就能 进行数据传递。GPRS 是基于中国移 动 GSM 网上的 2.5G 分组交换数据网，因此具有很好的信号覆盖。目前，网络已覆盖全国所有省、直 辖市、自治区，网络遍及 240 多个城市。无论 在繁华的闹市、还是在僻静的 边远地区，GPRS 都能够最大限度的提供高速数据服务，不受城市建 设、天气及其他干 扰的影响。GSM(Global System for Mo
19、bile communication)系统是到目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。而且目前已建成的覆盖全国的 GSM 数字蜂 窝移动通信网，他是我国公众移动通信网的主要方式。基于 GSM 的短信息服 务 ，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用,也是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程。因为公众 GSM 网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立上述系 统不须再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。,利用短信息业务可以实现数据的自动双向传递。2.2 LED 灯的介 绍LED 发光二极管，是一种半导体固体发光器件，电光功率转换非常
20、高，相同照明效果比传统光源节能 80%以上。LED 照明灯具在近期得到 飞跃的发展， LED作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可。路灯是城市照明的一个重要组成部分，传统 的路灯常一般都采用高压钠灯，高 压钠灯的光效低的缺点造成了能源的巨大浪费，开发新型高效、节能、寿命 长、 显色指数高、环保的路灯对城市照明节能是具有十分重要的意义。大功率 LED 路灯与常规高 压钠灯路灯不同的是，大功率 LED 路灯的光源采用低压直流供电、由 GaN 基功率型蓝光 LED 与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，发光二极管(LightEmittingDiode，简写为 LED)是基于半 导体 PN 结形成的用微弱的
21、电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏置电压和注入电流下，注入 P 区的空穴和注入 N 区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子，将电能直接转化为光能。5LED 作为路灯的光源，它和传统路灯光源比较有许 多优点：LED 路灯本身具有光的指向性，没有光的漫射，保证光效；LED 路灯有独特的二次光学设计，将LED 路灯的光照射到所需照明的区域，即路面，进一步提高了光照效率，达到节能目的；LED 的光源效率目前已达 100lm/W，而且 还有很大的发展空间， 总体光效 LED 路灯比高 压钠灯强 ；LED 路灯的光显色性比高 压钠灯高，高压钠灯显色指数只有 23 左右，而 LED 路灯显色指
22、数可达到 75 以上，从视觉心理角度考虑，达到同等亮度，LED 路灯的光照度平均可以比高压钠 灯降低 20%以上(参照英国道路照明标准) ；而且，在中 间视觉水平下，人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物，避免了某些危 险状态的发生；LED 路灯的光衰小，因此， LED 路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低；LED 路灯可以自动调光，能 实现在满足不同时段照明要求，最大可能的降低功率，节省电 能；LED 是低压直流器件，驱动单颗 LED 的电压为安全 电压，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别 适用于公共场所。直流的特点使 LED 特别适合与太阳能、风电进行结合；寿命长，理论寿
23、命能使用 5 万小时以上； LED 可以进行频繁的开关而不用担心其损坏；电路电源全部采用高质量元器件；LED 光源不含有害金属汞，不像高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害。2.3 设计方案论证路灯监控系统是一个工程实际应用项目，所以在系统设计方案时，所以应当考虑系统的经济性。在系统设计上，就要考 虑在满足系 统运行要求下，尽可能的节省开支。远程路灯控制不但可以根据天气的实际情况来对路灯进行实时控制，而且远程控制，节省人力物力。路灯监控系统在控制要求方面除完成可靠性以外，还要合理。主要体现在路灯开关合理，操作合理，具有人性化的界面显示。由于道路在夜晚可见度的问题，交通事故的发生概率大大增
24、加。而直接向道路可见度的原因在于路灯的亮灭情况。因此一个可靠的路灯监控系统非常重要。采用自动检测周围环境的路灯控制可靠性不比远程路灯控制。系统能在该开关灯时及时发出开关灯命令，在路灯发生故障时及时通知工作人员排查故障等。相比之下远程控制会更合理。远程路灯控制的方式也有多种例如利用电力载波进行的控制，或者是 GPRS通信，GSM 的短信息的短息控制方式。电力线载波的最大特点：不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递，无疑成为了解决这智能家居数据传输的最佳方案之一。同时因为数据仅在近距离这个范围中传输，束 缚电力线载波应用的 5 大困扰将不复存在，远程对路6灯的控制我们也能通过传统网络先连
25、接到 PC 然后再控制路灯方式 实现，电力线载波调制解调模块的成本也远低于无线模块。GPRS 是基于中国移 动 GSM 网上的 2.5G 分组交换数据网，因此具有很好的信号覆盖。但其控制设计比 较复杂，可靠性有所影响。本设计采用 GSM 的短信息 的短息控制方式。GSM 通信模块采用西门子TC-35 模块。城市道路的人流量和车流量在晚间 6 一 12 时是均值较高的时段,而 12 时过后则会显著降低,与之相随的是对光照要求和实际用电需求也应有所降低。达到节能的目的，自然路灯控制 应该具有控制路灯照明亮度的功能。所以可以再每天 18：0024：00 时是人们活动的高峰时段，可按照规定设计标准照度
26、照明对方便人们的夜生活和维护城镇的治安等是非常必要的，但在午夜以后，夜深人静，保持原设计照度的照明就是一种浪费。所以在午夜后可以利用路灯控制适当减低路灯的亮度，使路灯这是开启总量的 2/3，而到凌晨路灯开启总量的 1/3。所以控制系统就需用控制一组就有 3 路路灯。由于 LED 灯的节能特性本设计控制的是 LED 灯。2.4 结构框图根据以上条件采用 GSM 的短信息的短息控制方式的控制系统的组成有西门子 TC-35 模块外围，GSM 卡，单片机控制模块，路灯控制指示装置，电流检测比较电路， 报警及指示电路，供电电路还有 LED 灯的供电电路等。其组成框图结构如下， 路灯控制指示单片机电流检测
27、比较报警及指示T C - 3 5G S M模块供电电路状态指示灯具供电 灯具PLC 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 开 始 执 行 子 程 序 读 取 亮 度 检 测 的 采 样 数 据 亮 度 小 于 定 值 ？ 读 取 时 钟 信 息 是 否 为 高 峰 时 间 ？ 全 部 开 启 2/3开 启 1/3开 启 是 否 凌 晨 ？ Y N Y N Y N 图 2 控制系统组成7基于 GSM 的短信息的路灯控制系统，完成的任务是可以远程实现路灯的自动开启和关闭，当夜晚（或光 线较
28、暗）来临，且 处于交通高峰期时，可以控制路灯全部开启，交通高峰期过后，可以按比例开启，凌晨时段按 1/3，任意一路灯带有工作电流检测，当路灯发生漏 电故障后可以实现报警，并将信息反馈到控制端。3 硬件电路的设计基于 GSM 的短信息的短息控制方式的控制系统的组成有西门子 TC-35 模块外围， GSM 卡，单片机控制模块，路灯控制指示装置，电流检测比较电路， 报警及指示电路，供电电路还 有 LED 灯的供电电路等。3.1 西门子 TC-35 模块随着通信技术的发展，基于移动通信网络服务功能，正向工业控制和遥控领域有不断扩大的趋势。为适 应这种需要，西 门子公司推出了新一代无线通信GSM 模 块
29、 TC35，基于该模块的短消息功能，可以快速安全可靠地 实现用户信息处理等功能，特别适用于控制中心与终端设备距离很远，或不便采用有线通信介质等场合，例如油井信息采集后的传输、 远程抄表系统、城市交通 导向等均基于 TC35 模块来实现。TC35 西门子工业 GSM 模块是一个支持中文短信息的工业级 GSM 模块，工作在 EGSM9OO 和 GSM1800 双频段，电源范围为 直流 3.34.8V，电流消耗休眠状态为 3.5mA，空闲 状态为 25mA，发射状态为 300mA(平均)，25mA 峰值；可传输语音和数据信号，功耗在 EGSM900(4 类)和 GSM1800 (1 类)分别为 2W
30、和 1W，通 过接 1：3 连接器和天线连 接器分别连接 SlM 卡读卡器和天线。SlM电压为 3W/1.8V。TC35i 的数据接口(CMOS 电平) 通过 AT 命令可双向传输指令和数据，可选波特率为 300bs115kbs ，自动波特率为 1.2kbs 一 115kbs 。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS(Short Message Service，短消息 )，可通过 AT 命令或关断信号实现重启和故障恢复。TC35 模块主要由 GSM 基于处理器、 GSM 射频模块、供电模块、闪存、 ZIF连接器、天线接口六部分组 成。通过 ZIF 连接器与单 片机实现电路接口， 该接口读取或发送 TC35 模块中的数据，将是本文 论述的重点，也是 TC35i 应用的核心。TC35 与单片机的硬件接口电 路如图所示。如图所示，TC35 模块有 40 个引脚，通过一个 ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座) 连接器引出。这 40 个引脚可以划分为 5 类，即电源、数据 输入/ 输出、SIM卡、音频 接口和控制。TC35 的第 15 引脚是正电源输入脚通常推荐值 4.2V，第 610 引脚是电源地。11 、12 为充电引脚，可以外接 锂电池， 13 为对外输出电压(共外电路使用)，
