基于GPRS和PLC的遠程路燈監(jiān)控系統(tǒng)設計
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GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務)是一種基于第二代移動通信系統(tǒng)GSM的無線分組交換技術，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS的傳輸速率最高可達171．2 kbps，實際應用中的平均速率也高達53．6kbps。GPRS為移動用戶和數(shù)據(jù)網絡之間提供連接，為移動用戶提供高速無線接口和X．25服務。GPRS采用數(shù)據(jù)分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以有多個用戶共享，因而資源被有效利用。用戶永遠在線，按流量計費，降低了服務成本。
利用GPRS進行數(shù)據(jù)傳輸具有如下的優(yōu)點：
①接入范圍廣。GPRS是在現(xiàn)有的GSM網上升級，可充分利用全國范圍的電信網絡，可以方便、快速、低成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠程接入網絡的部署。
②傳輸速率高。理論值最高可達171．2 kbps，是當前GSM網絡中電路數(shù)據(jù)交換業(yè)務速度的十幾倍。下一代GPRS業(yè)務的速度甚至可以達到384 kbps，完全可以滿足用戶應用需求。
③登陸快捷。GPRS接入等待時間短，可快速建立連接，平均耗時為2 s。
④永遠在線，提供實時在線功能?！皩崟r在線”或“永遠在線”即用戶隨時與網絡保持聯(lián)系。即使沒有數(shù)據(jù)傳送，終端也一直與網絡保持聯(lián)系，這將使訪問服務變得非常簡單、快速。
⑤按流量計費。用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用無線資源，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量計費。沒有數(shù)據(jù)流量時，用戶即使掛在網上也不收費。
⑥切換自如。用戶在進行數(shù)據(jù)傳送時，不影響語音信號接收。數(shù)據(jù)業(yè)務和語音業(yè)務的切換有自動和手動2種方式，具體形式依據(jù)不同終端而定。
2 系統(tǒng)總體結構
按照路燈遠程測控系統(tǒng)的設計要求和要實現(xiàn)的功能，將系統(tǒng)大體分為中央控制室、集中控制器和路燈控制器3層網絡結構。系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。
第1層中央控制室是l臺PC服務器，負責整個城市路燈的監(jiān)控；第2層集中控制器負責一條街上全部路燈的控制；第3層路燈控制器負責同一燈桿上的所有燈具。其中，l層與2層之間使用了GPRS無線通信網，這兩層之間距離遠，雖然通信成本較高但通信成員少。2層與3層應用了窄帶電力線載波通信技術，利用現(xiàn)有的電力線傳輸信號，不用另外鋪設線纜，幾乎沒有運行成本，特別適合通信對象多的情況。
另外，本設計還具有電量計量等功能，由電壓互感器和電流互感器對各路段路燈的電力參數(shù)進行實時采集，將采集到的數(shù)據(jù)進行分析和存儲，或者通過監(jiān)控中心的巡檢把現(xiàn)場各路段工作參數(shù)(包括電壓電流開關量等)傳回監(jiān)控中心。監(jiān)測終端能自動檢測到跳閘、斷路、電壓異常、供電故障、開關燈控制異常等突發(fā)事件，并及時將告警數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控中心，以供監(jiān)控中心值班人員及時了解情況做出處理。GPRS通信網絡是監(jiān)控中心與無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)傳輸通道，選用固定IP地址方式通過GPRS網絡將所采集到的工作參數(shù)主動、及時地上傳到監(jiān)控中心。
3 系統(tǒng)硬件設計
3．1 GPRS發(fā)送模塊電路設計
GPRS模塊主要實現(xiàn)無線上網的功能。市場上有一些成熟的產品，譬如說Sony／Eircsson公司的M47c、Simens公司的MC35等。這里選用Cello公司的CMS91，它是一種雙頻段GSM／GPRSlO級模塊，主要優(yōu)點有低功耗、接口簡單、AT指令功能完善、可支持GPRS CLASS10、開發(fā)多媒體應用、價格較低等。同時，它也提供SMS(短消息服務)和語音功能。GPRS模塊提供RS232接口，可以通過它來完成對模塊的控制，譬如撥號和切換模式等。一旦通過模塊連接上Internet，采集到的數(shù)據(jù)就可以用TCP／IP傳輸方式發(fā)送到任意一臺具有公網IP地址的主機上去，從而實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的無線傳輸。圖2給出了由CMS91構成的GPRS發(fā)送模塊的電路原理圖。
在該設計中，CMS91模塊相當于1個無線調制解調器用戶的應用系統(tǒng)，需要通過PPP(LCP／PAP／IPCP)先和運營商的Internet接入服務器連接，然后才能應用TCP／IP／UDP或者更高一層的應用層程序(如HTTP、FTP等)進行通信。該模塊已經集成了1個天線接收機模塊，實際使用時需接入SIM卡插座。GPRS終端是通過RS232接口與設備進行通信的，利用電平轉換芯片MAX232實現(xiàn)了微處理器的TTL電平與RS232電平的轉換。MAX232能滿足TIA／EIA-232-F和1TU v．28標準的要求，其工作電源電壓為3～5．5 V，有1個驅動器和1個接收器，數(shù)據(jù)速率最高可達250 kbps，該芯片具有靜電保護功能和自動掉線的特點。
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