基于GPRS路燈遠程控制系統的研究

摘 要：針對路燈遠程控制的問題，設計了GPRS網絡連接方式控制系統。該系統充分利用GPRS無線網絡的優勢，快速建立區域網絡環境。通過數據服務中心軟件設計，利用GPRS網絡將路燈控制下位機中所采集到的數據信息傳送到數據服務中心進行分析存儲，并根據相應路燈信息，控制中心發送指令對路燈控制下位機進行開燈、關燈、巡檢、報警等進行監控，高效地實現路燈的遠程控制，大大提高管理效率。

關鍵詞：GPRS；路燈控制；網絡；數據

1 引言

隨著時代的發展，城市現代化建設步伐不斷加快，對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來越突出，節電節能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高。現在再采用那些傳統的手控、鐘控城市照明系統的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當前照明控制領域一個新的和緊要的課題。城市道路照明自動化控制和智能化管理作為城市現代化的標志之一，它所帶來的經濟和社會效益是十分顯著的，它的推廣和實施也將是市政工程建設中的一項重要內容。

路燈自動監控與管理系統能夠靈活開/關燈，隨時了解運行參數，及時發現故障，將傳統的人工“巡燈”制度改為“值班”制度，極大地提高照明系統的管理效率。系統能將采集到的數據自動進行存儲、統計，并能隨時進行查詢和打印，極大地提高管理水平，同時還能通過全夜燈、半夜燈和智能調壓等手段，降低能耗，提高設備使用壽命，獲得良好的經濟效益。

2 GPRS傳輸方案優點

中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建網絡數據采集與傳輸系統，實現路燈的無線遠程監測和控制具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，選擇中國移動的GPRS系統作為環保信息采集傳輸系統的數據通信平臺。GPRS路燈監控系統具備如下特點：可靠性高；實時性強；監控范圍廣；系統建設成本低；系統運營成本低；可實現集中控制；系統的傳輸容量，擴容性能好。

3 系統方案設計

由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，因此監測中心計算機需要一個固定的IP地址或固定的域名，各個數據采集點采用GPRS通信模塊通過IP地址或域名來訪問該主機，從而進行數據通信，實現對路燈控制點的控制，其系統結構如圖1所示。

3.1 系統結構

3.1.1 路燈控制點

路燈監控器通過嵌入式系統模塊與GPRS DTU終端相連，監控中心的控制命令通過GPRS DTU終端的傳送給路燈監控器，實現遠程控制，路燈監控器采集的信息通過GPRS DTU內發送到GPRS無線網絡。

3.1.2 控制中心站

控制中心可采用公網和專網接入方案，本系統服務器采用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據采集應用。

3.1.3 GPRS/GSM移動數據傳輸網絡

路燈監控器的數據經GPRS/GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。

3.2 系統方案

各路燈監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監控中心相連。各監控點使用移動通信公司的GPRS普通數據卡或APN專用數據卡，同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記， 并與路燈控制下位機信息進行關聯，以便識別和維護處理。路燈控制中心運行監控軟件，實現路燈信息監控。經授權的監控點均可以使用本系統：

3.2.1 監控點必須使用移動統一的SIM卡，使用本卡只能用于與路燈監控中心通信。

3.2.2 終端設備使用GPRS移動數據通信終端，并標識其身份。

3.2.3 路燈監控器通過嵌入式系統模塊根據接收到的控制指令實現對路燈的監控。

3.2.4 監控中心通過定制軟件實現對各個路燈控制點的連接、指令的發送和數據的采集。

3.3 軟件系統功能模塊

3.3.1 可組態，根據硬件環境顯示各組態的運行狀況，通過示意圖的方式進行顯示各組態情況，并可控制該組態的運行狀況；顯示某個智能終端的狀態信息：電壓、電流和溫度等信息。

3.3.2 開關燈設置，每天自動或手動巡檢，完成校準下位機時間（以上位機未準），如果下位機和上位機相差在三分鐘之上，需要重新設置下位機時間。在設置同時，需要反饋下位機時間，如果時間正確，任務結束；如果未設置成功（未修改成功，或修改后時間仍然不正確），再次發送設置信號，兩次設置不成功生成預警報表并短信通知管理員（兩次設置時間間隔，按正常巡檢周期進行）。

3.3.3 站點管理以及分組管理，為了方便管理的需求，對各站點進行分組管理，在同組中可以實現無限極的站點管理而特別注意的是每一個點最多可以控制8路，在電流電壓測試時也為8路，且其各路電流之和為該點總電流。

3.3.4 報警（三相、開門、斷電、缺相、過壓欠壓、越限），接收并顯示所有智能終端發來的告警信息，如三相、開門、斷電、缺相、過壓欠壓、越限等信息，供用戶及時了解各終端的運行狀況。

3.3.5 設置巡檢時間，管理報警信息和系統巡檢日志，可以簡單的設置自動巡檢時間，進行時間。系統根據巡查的時間進行對各站點信息的采集，以及數據的修正；生成各種情況的報警信息，供用戶進行查看和統計；自動生成巡檢日志。

3.4 多線程異步Socket數據包接收器框架設計

整個系統由三個核心線程和一個類組成，并由.NET線程池統一管理：

偵聽客戶端連接請求線程：StartServerListen （），循環偵聽客戶端連接請求。如果有，檢測該客戶端IP，看是否是同一觀測設備，然后建立一個下位機DtuInfo對象，并通過Socket異步調用方法BeginReceive（）接收數據包、EndReceive（）處理數據包。

數據包處理線程：CheckDatagramQueue （），循環檢測數據包隊列m_datagramQueue，完成數據包解析、判斷類型、存儲等工作。

客戶端狀態檢測線程：CheckSessionTable （），循環檢查下位機會話表m_DtuTable，判斷會話對象是否有效，設置超時會話關閉標志，清楚無效會話對象及釋放其資源。

路燈控制點信息類：DtuInfo類，主要完成每一個下位機的連接信息和狀態信息，并異步實現數據的接收，以及信息的發送。

3.5 監控中心系統實現

3.5.1 DSC（數據服務中心）服務器設計

數據服務中心服務器的主要作用是與各個下位機保持連接，并將采集到相應的數據信息交控制臺進行數據處理，同時傳送相應的指令到各個下位機，其設計界面如圖2所示。

3.5.2 路燈控制系統設計

在路燈控制系統中，其管理的核心就是組態管理，用戶可以進行組態的基本操作，完成對站點的巡檢、開燈、關燈燈管理，并能查看站點的狀態信息，顯示站點的組態圖，其設計界面如圖3所示。

4 結束語

4.1 提高智能化控制

系統設計根據用戶的需求進行智能化設計，能夠更好完成路燈控制的自動化和規范化，提高產品的競爭力。該系統集無線通訊技術、自動化控制技術、傳感器技術、監控系統組網技術、數據庫技術和地理信息技術于一體，為城市路燈照明系統的新建或改造升級提供穩定、可靠、低成本的實施方案。

4.2 美觀的顯示功能

監控中心的通過組態的運用，能過很好的模擬顯示全部路燈狀況以及各智能終端處的測控參數與狀態。

4.3 節約人力、物力，提高管理水平

由于可實時監控每盞路燈、每個路段及亮化工程點工作狀態，計算機可以及時對故障進行匯總，寫入數據庫，以便次日進行維修；值班員在中央控制室就可以概覽路燈現場運行情況，從而減少巡燈的維護成本和減輕巡檢人員工作強度，大大提高工作效率。另外，在惡劣天氣時，根據各路燈控制智能終端采集的數據情況加以分析，采取相應緊急措施，避免重大交通事故的發生。

4.4 增強應急能力

系統具有定時控制和人工控制等多種控制方式，能隨時調整燈光的開/關燈時間，在遭遇極端特殊的天氣情況時能通過人工控制進行應急開關燈調度。

4.5 提高城市形象

系統具有設備狀態巡檢和故障自動報警功能。當配電設備發生故障時，調度人員可以在數秒鐘內及時了解故障發生的地點和具體情況，并及時排除工作人員進行修復。這樣可以極大地減少對照明管理部門的投訴，從而進一步提高管理部門的形象。

4.6 實現科學管理

系統能將采集到的數據自動進行存儲、統計，能隨時進行查詢和生成各種統計報表，為管理人員提供詳實地決策依據。

參考文獻

[1]姚丹丹，王宜懷，譚碧云.路燈節能控制系統設計及其軟件實現[J].計算機工程，2012，38（3）：251-254.

[2]陳希，余水寶，呂振洪.基于GPRS/CDMA無線網絡的基站遠程監控系統[J].計算機系統應用，2012，21（2）：147-149.

[3]李兆寅，何肴.基于GPRS景觀照明遠程監控系統的研究[J].甘肅科技，2012，28（2）：16-17.

[4]荊蕾，焦來磊，劉美娟.路燈智能監控系統[J].自動化應用，2011，（12）：10-11.

[5]馬駿.C#網絡編程應用[M].北京：人民郵電出版社，2010.82-147.