基于ZigBee和GSM的城市路燈監控與防盜系統設計

杜曉婷，歐書琴 （安徽三聯學院信息與通信技術系，安徽 合肥230061）

目前，城市路燈監控與防盜系統的技術比較落后，成本也較高。為此，筆者以單片機為控制核心，借助已有的GSM移動通信網絡，設計了路燈監控與防盜系統，通過終端控制器分布式監測，以主控中心為核心的軟件系統實施全方位管理，從而實現城市路燈的高效控制和管理?安徽三聯學院新專業建設項目（2013Z015）。。

1 系統總體架構

城市路燈監控與防盜系統總體架構主要由以下3部分組成：第1部分是RTU，其包括系統的終端控制設備和電纜智能防盜設備；第2部分是GSM網，用于數據傳輸及報警；第3部分是主控中心的監控軟件部分，其功能為實現對RTU端的遠程控制以及數據傳輸與存儲，是整個智能城市路燈監控與防盜系統的指揮中心。系統總體架構圖如圖1所示。

圖1 智能路燈監控防盜系統總體架構圖

2 系統硬件設計

硬件設計結構框圖如圖2所示。

2.1 中央處理模塊

中央處理模塊采用美國德州儀器（TI公司）的低功耗微處理器MSP430，該芯片是一種混合信號處理器，其將模擬電路模塊、數字電路模塊及微處理器模塊集成其上，具有精簡指令集和16位超低功耗，因而具有超強處理能力、高速運算能力、超低功耗、豐富的片內資源以及方便高效的開發環境［1］。

2.2 GSM無線通信模塊

該系統監控終端設備和主控中心之間的通信采用基于GSM的無線通信技術，因而GSM模塊是實現無線通信的關鍵。目前，市面上可供選擇的GSM無線通信模塊有TC35系列、WISM02模塊等，前者是來自于西門子公司，后者來自于Wavecom公司，這些模塊都可以進行二次開發，是標準的GSM通信模塊，可以直接通過串行接口直接連接微處理器，操作方便，為此選用Wavecom公司的WISMO Quik Q2403A無線通信模塊，依據GSM07.05定義的AT指令規范，完成系統無線信息傳輸與數據管理任務［2］。

圖2 硬件設計結構框圖

2.3 射頻芯片

采用Chipcon公司生產的CC2430作為射頻芯片，該芯片延用了CC2420芯片的架構，在此基礎上集成了1個8位MCU（8051）、128KB可編程閃存、8KB的RAM，還包含ADC、定時器、AES128協同處理器等，其與Chipcon公司的先進的ZigBee協議棧、工具包和參考設計相結合，因而具有良好的集成開發環境［3］。

2.4 電源芯片

采用選擇LM2575系列芯片提供5V電壓源電壓，固定振蕩器直接集成在芯片的內部，電路簡單且連接方便，電壓穩定，工作效率高。

2.5 其他輔助電路

為了滿足可操作性與可維護性的需要，該系統還設計了人機接口電路，選用了LCMI2864芯片作為LCD液晶顯示模塊，通過3個按鍵來完成對路燈各參數的設定以及修訂工作。采用HRS4H－SDC12V繼電器，其最大切換電流為10A。

2.6 電纜防盜子系統

電纜防盜子系統由1個電纜防盜主控端和N個監控末端構成，主控端位于配電箱內，其主要工作原理如下：白天時，路燈斷電情況下，線路的主控端發送一個低壓直流信號，監控末端根據接收的信號判斷線路的完好性；夜晚時，監控末端通過檢測線路的50Hz交流電判別線路是否正常。監控末端白天采用蓄電池的方式供電，夜間則對蓄電池進行充電，防盜主控端與監測末端主要通過ZigBee無線網絡進行信息傳輸，可將監控信息通過GSM網絡發到整個系統的主控中心統一管理，可以實現多變電站統一防盜監控。該子系統對末端監測模塊的數量沒有限制，一個電纜防盜中控模塊可同時監控多條電纜，任何一條電纜出現故障，都能實現即時報告故障地點及時間，以便管理人員及時做出處理［4］。電纜防盜子系統結構圖如圖3所示。

圖3 電纜防盜子系統結構圖

3 主要軟件設計

3.1 中央處理軟件

中央處理軟件借助IAR Embedded Workbench軟件開發平臺，這是一種支持多個目標處理器，采用項目模式對應用程序進行管理，為用戶提供便捷窗口界面的開發環境，開發與調試方便快捷，通用性好，功能強大。中央處理軟件流程圖如圖4所示。

3.2 電纜防盜軟件

城市路燈監控與防盜系統終端控制器通過對防盜模塊監控端巡檢，如果發現電纜末端電壓檢測信號異常，RTU立即向主控中心發出報警信號［5］。電纜防盜軟件程序流程圖如圖5所示。

圖4 中央處理軟件流程圖

圖5 電纜防盜軟件流程圖

4 結語

根據GSM無線通信技術與微處理器技術，并結合ZigBee無線組網技術，設計了城市路燈監控與防盜系統。該系統改變了傳統城市路燈控制與管理方式，實現了城市路燈的實時監控、節能調控以及遠程報警功能，具有技術先進、價格低廉、維護便捷的特點，在城市路燈監控與防盜方面有很好的應用潛力。

［1］ 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機 ［M］.北京：北京舷空航天大學出版社，2001.

［2］ 孫建延 .基于GPRS網絡的數據采集與控制系統的研究 ［J］.武漢：中國地質大學，2006.

［3］ 蔡衛峰 .路燈無線通信監控系統實現 ［J］.電氣自動化，2002（5）：59－62.

［4］ 王毅 .基于GSM的路燈輸電線防盜監控系統設計 ［J］.微計算機信息，2009，25（2）：33－34.

［5］ 何蓉麗，陳鵬 .高速公路電力電纜防盜技術的現狀與發展 ［J］.科技經濟市場，2009（1）：26－28.