基于ZigBee和GSM的城市路灯防盗系统设计

目前,城市路灯监控与防盗系统的技术比较落后,成本也较高。为此,笔者以单片机为控制核心,借助已有的GSM 移动通信网络,设计了路灯监控与防盗系统,通过终端控制器分布式监测,以主控中心为核心的软件系统实施全方位管理,从而实现城市路灯的高效控制和管理。

1 系统总体架构

城市路灯监控与防盗系统总体架构主要由以下3 部分组成:第1 部分是RTU,其包括系统的ZigBee无线模块终端控制设备和电缆智能防盗设备;第2 部分是GSM 网,用于数据传输及报警;第3 部分是主控中心的监控软件部分,其功能为实现对RTU 端的远程控制以及数据传输与存储,是整个智能城市路灯监控与防盗系统的指挥中心。系统总体架构图如图1 所示。





图1 智能路灯监控防盗系统总体架构图

2 系统硬件设计硬件设计

结构框图如图2 所示。





图2 硬件设计结构框图

2.1 中央处理模块

中央处理模块采用美国德州仪器(TI 公司)的低功耗微处理器MSP430,该芯片是一种混合信号处理器,其将模拟电路模块、数字电路模块及微处理器模块集成其上,具有精简指令集和16 位超低功耗,因而具有超强处理能力、高速运算能力、超低功耗、丰富的片内资源以及方便高效的开发环境。

2.2 GSM 无线通信模块

该系统监控终端设备和主控中心之间的通信采用基于GSM 的无线通信技术,因而GSM 模块是实现无线通信的关键。目前,市面上可供选择的GSM 无线通信模块有TC35 系列、WISM02 模块等,前者是来自于西门子公司,后者来自于Wavecom 公司,这些模块都可以进行二次开发,是标准的GSM 通信模块,可以直接通过串行接口直接连接微处理器,操作方便,为此选用Wavecom 公司的WISMO Quik Q

2403A
无线通信模块,依据GSM07.05 定义的AT 指令规范,完成系统无线信息传输与数据管理任务。

2.3 射频芯片

采用Chipcon 公司生产的CC2430 作为ZigBee无线模块射频芯片,该芯片延用了CC2420 芯片的架构,在此基础上集成了1 个8 位MCU (8051)、128KB 可编程闪存、8KB 的RAM,还包含ADC、定时器、AES128 协同处理器等,其与Chipcon 公司的先进的ZigBee 协议栈、工具包和参考设计相结合,因而具有良好的集成开发环境。

2.4 电源芯片

采用选择LM2575 系列芯片提供5V 电压源电压,固定振荡器直接集成在芯片的内部,电路简单且连接方便,电压稳定,工作效率高。

2.5 其他辅助电路

为了满足可操作性与可维护性的需要,该系统还设计了人机接口电路,选用了LCMI2864 芯片作为LCD 液晶显示模块,通过3 个按键来完成对路灯各参数的设定以及修订工作。采用HRS4H-SDC12V继电器,其最大切换电流为

10A
。

2.6 电缆防盗子系统

电缆防盗子系统由1 个电缆防盗主控端和N 个监控末端构成,主控端位于配电箱内,其主要工作原理如下:白天时,路灯断电情况下,线路的主控端发送一个低压直流信号,监控末端根据接收的信号判断线路的完好性;夜晚时,监控末端通过检测线路的50Hz 交流电判别线路是否正常。监控末端白天采用蓄电池的方式供电,夜间则对蓄电池进行充电,防盗主控端与监测末端主要通过ZigBee无线模块网络进行信息传输,可将监控信息通过GSM 网络发到整个系统的主控中心统一管理,可以实现多变电站统一防盗监控。该子系统对末端监测模块的数量没有限制,一个电缆防盗中控模块可同时监控多条电缆,任何一条电缆出现故障,都能实现即时报告故障地点及时间,以便管理人员及时做出处理。电缆防盗子系统结构图如图3 所示。





图3 电缆防盗子系统结构图

3 主要软件设计

3.1 中央处理软件

中央处理软件借助IAR Embedded Workbench软件开发平台,这是一种支持多个目标处理器,采用项目模式对应用程序进行管理,为用户提供便捷窗口界面的开发环境,开发与调试方便快捷,通用性好,功能强大。中央处理软件流程图如图4 所示。





图4 中央处理软件流程图

3.2 电缆防盗软件

城市路灯监控与防盗系统终端控制器通过对防盗模块监控端巡检,如果发现电缆末端电压检测信号异常,RTU 立即向主控中心发出报警信号。电缆防盗软件程序流程图如图5 所示。





图5 电缆防盗软件流程图

4 结语

根据GSM无线通信技术与微处理器技术,并结合ZigBee无线模块组网技术,设计了城市路灯监控与防盗系统。该系统改变了传统城市无线路灯控制器的管理方式,实现了城市路灯的实时监控、节能调控以及远程报警功能,具有技术先进、价格低廉、维护便捷的特点,在城市路灯监控与防盗方面有很好的应用潜力。