基于PL3106可調光路燈段內通訊的實驗研究

詹文霞 李彬

摘要：搭建一個可調光路燈段內組網的模擬實驗系統，對上位機、主控制終端和多個子終端之間進行通信設計，并完成主控制終端和多個子節點終端之間的電力線載波通訊實驗。分析上位機接收的多個命令數據，最終實驗數據與上位機發送命令數據相同，則實現了各子個控制終端、主控制終端與上位機之間通信成功。

關鍵詞：可調光；組網；電力線載波；通信

中圖分類號：TM923 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）03-0237-02

Abstract： A simulation experiment system in network of a section of dimmable street lamp is set up， the communication process is designed for the centralized control terminal and multiple sub terminal. In the experimental study and analysis the data received by upper computer ， the final experimental data is the same as the previous command data. The communication between multiple sub-terminals， centralized control and upper computer can realize through simulated experimental system.

Key words： dimmable； network； power line carrier ； communication

隨著城市現代化建設步伐的加快，城市照明已成為整個城市形象的重要因素。眾多路燈在帶來方便的同時也消耗了大量的能源，一般采用時控法、光控法和人工巡查對路燈進行控制，控制方法及管理手段需要改進和發展，傳統的路燈的控制管理方式已經不能滿足路燈照明的時代需求[1]。

自20世紀90年代開始，西方國家就開始從事智能照明控制系統的研發。美國采用X-10電力載波通信技術，利用電力載波通信對路燈控制。隨后英國的曼徹斯特也采用電力載波通信技術[3-4]。由于無線網絡技術方案與電力線載波方案具有不需要專用的網絡線路，同時安裝、擴展方便靈活，甚至不用連接電源線而采用電池供電，使用便捷，成本低等優點[2]。

國內路燈監控系統從20世紀 80 年代開始，上海市區的路燈控制系統在1993年已經實現了遙信、遙感、遙測等功能，以無線通信為主的原則，還采用有線和無線相結合的手段。2003年，長沙第一次采用了GPRS通信技術，對全市路燈實行了管理[5-8]。這種通信方式不但信號覆蓋力強、投資低、迅速、組網簡單、數據實時、靈活、穩定等廣泛的優勢應用在路燈控制系統中。2008年，曹戈等人提出了基于低壓電力線通訊的路燈控制系統。2015年袁佳，韓穎，劉建峰等人提出了基于ZigBee和GPRS的組網路燈控制系統，但是ZigBee投資大、維護費高、通訊距離短[9-11]。

綜合考慮我們將采用無線GPRS通信與低壓電力載波通信相結合的方式構建監控網絡，兼顧低成本與高可靠性。PL3106集電力載波功能與單片機控制路燈調光功能于一體，因此路燈終端控制器的主芯片選用PL3106[12]。本文以GPRS為一級網絡、低壓電力線為二級網絡的段式路燈控制系統。在圖1所示的段內組網結構基礎上，本文搭建了可調光段內組網系統的模擬實驗環境，對上位機，主控制終端、多個子控制終端之間進行測試并分析 Modbus數據，實現多個子控制終端、主控制終端、上位機之間通信。

1 軟件設計

1.1 串口通信子程序

上位機通過串口RS232向主控制終端發送Modbus命令，串口接收到上位機命令后，對中斷類型進行判斷。若為發送中斷，每次發送一個字節，發送一次字節長度計數器減一，發送寄存器移入下一個字節，當字節長度減少1位，并一直循環直到所有字節發送完畢，退出中斷。如圖2所示。若為接收中斷，每次接收一個字節。根據Modbus協議的特點第一個字節是地址碼，首先判定地址碼，地址碼正確后 接收剩余字節，每接收一個字節判斷一次是否接收完畢，當接收完畢后，存儲數據，退出中斷。如圖3所示。

1.2 寫命令分析

根據Modbus-RTU通信協議， Modbus命令包括路燈終端地址、功能碼、起始地址、數據域和CRC校驗域。控制命令采用只讀功能0x01、0x02與0x04對路燈終端的開關狀態及功率狀態進行讀取，采用讀寫功能碼0x05對路燈進行調光控制[13]。

由Modbus命令可知，控制命令的第三個字節為起始地址，即讀輸入寄存器DO[i]的位地址。其中地址0代表路燈開關控制，地址1代表路燈100%功率，地址2代表路燈75%功率，地址3代表路燈50%功率。同時控制命令的第四、五個字節為數據域，0FF00H代表控制命令操作有效；0000H代表控制操作無效。

2 數據結果分析

上位機的串口調試軟件對地址為F2H、F3H與F4H子控制終端發送控制命令F2 05 00 01 FF 200 39 C9H、F3 05 00 02 FF 00 E8 38H與F4 05 00 03 FF 00 9F 68H，對F2H子控制終端進行100%功率調光，F3H子控制終端75%功率調光，F4H子控制終端50%功率調光。首先上位機通過串口將控制命令發送到地址為F1H主控制終端，主控制終端通過電力線傳輸給子控制終端，對應地址的子控制終端接收到命令后，對應地址的子控制終端返回應答命令到主控制終端，主控制終端通過串口將應答命令返回上位機，可實現上位機、主控制終端與多個子控制終端之間通信。

3 實驗結果

利用串口監測軟件監測路燈的串口通信情況，串口通信情況如圖4所示，監測情況表明上位機與3個子控制終端間的Modbus命令通信的數據發送和接收。

串口采用10位異步收發的工作方式，由圖4可得出第一個子終端功率100%對應數據， Modbus命令十六進制可表示為F2 05 00 01 FF 00 39 C9H，與主控制終端發送的命令碼相同，說明子終端正確應答主控制終端信息，即路燈終端載波通信成功。同樣，由圖4可得出第二個子終端功率為75%對應數據，Modbus命令十六進制可表示為F3 05 00 02 FF 00 E8 38H，與主控制終端發送的命令碼相同，即通信成功。由圖4可得出第三個子終端功率為50%對應數據，Modbus命令十六進制可表示為F4 05 00 03 FF 00 9F 68H，與主控制終端發送的命令碼相同，即通信成功。可得出主控制終端可以向多個子控制終端發送命令，并且接收到正確應答信息，實現了一對多控制，并且可以實現100%、75%與50%功率的控制。

4 結論

模擬實驗系統采用PC機模擬了上位機，四個子終端分別模擬了路段內的主控制終端與3個子控制終端。測試了上位機對Modbus命令連續的發送與接收，并且地址為F2H、F3H與F4H的子控制終端可以正確應答主控制終端信息。表明路燈可調光段內組網的模擬系統可實現上位機、主控制終端和多個子控制終端之間的通信。

參考文獻：

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[8] 李儒，程為彬，郭穎娜，等.基于Modbus協議的城市路燈監控系統設計[J].照明工程學報，2015，26（5）：19-23.

[9] 彭紅娟，郭穎娜，程為彬.基于PL3106的路燈電子鎮流器調光設計[J].電氣應用，2015，34（10）：34-37.

[10] 楊蕊冰.基于PL3106的路燈終端載波通信研究[J].電腦知識與技術，2016（36）.