GPRS在城市的路灯管理系统的应用和设计

赵志刚，闫利爽，郑诗晨

(哈尔滨师范大学)

0 引言

近年来，随着城市的不断发展，路灯管理对一个城市的发展越来越重要，目前，我国各大城市路灯运行的控制方式有很多种，例如用控制线控制、时控控制、光控制或者模拟日照控制.但是这些种运行方式弊端重重，不能实时监控路灯的好坏状况，只能人为的去检查路灯，耗费了大量的钱财和物力，有的路灯则只能通过群众报警来发现路灯故障，效率低下，显然与现代化城市不相符.而GPRS路灯控制系统则改变了这一弊端，只需远程操作即可对路灯进行监控，及时的发现和解决路灯故障.

1 GPRS

1.1 GPRS 简介

GPRS是通用分组无线技术(General Packet Radio Service)的简称，是无线网络通讯技术的一种，经常被描述成“2.5G”，它是GSM移动电话用户可以用的一种移动数据业务，即我们通俗所说的“数据流量”.GPRS也可以说是GSM的延续.GPRS和以往的连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packt)的方式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料的单位来计算，而并非使用其整个频道，它的传输速率可提升至56～114kbps，传输速度较以往大大提升.

1.2 GPRS特点

(1)传输速率快，精度高.GPRS可提供高达115 kbps的传输速率，还可以稳定地传送大容量高质量音频与视频文件，传输过程安全稳定，保证文件完整传输，不会损坏文件.

(2)接入时间短，分组交换接入时间少于1GPRS，这是一种新的GSM数据业务，它可以给移动用户提供无线分组数据接入服务.

(3)GPRS首先引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要.按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道.在会话期间，许多应用往往有不少的空闲时段，如上Internet浏览、看视频，收发e-mail等等，这些空闲时段往往得不到有效利用.对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率.

(4)GPRS的经济性价比高，费用少，由于GPRS是按照流量计费，其传输方式是以封包(Packt)的方式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料的单位来计算，而并非使用其整个频道，按照其发送或接收文件大小时所耗费流量多少来计算，这种费用由移动运营商收取，用户可以开通多种GPRS套餐，这些套餐的收费也很低，打破了传统的计费方式，使得费用大大减少.

2 GPRS网络技术在路灯监控系统中的实现方法与分析

2.1 总体组成

(1)主站:由计算机、服务器、显示设备、通讯设备、SIM卡、路灯智能测控系统软件组成.

(2)一级终端:由接收器，控制器，路灯控制板，蓝控板，GPRS通讯模块 ，电力载波模块等组成.

(3)二级终端:主要由与直接控制路灯有关的组件构成，例如单片机、电力载波模块(EPCW)和输入输出接口板等，这些组件安装在每盏灯里，实现单盏灯开关操作.这样可以实时监控每盏路灯的亮灭情况、路灯的实时瓦数、电能负荷状态、灯杆损坏报警、漏电报警等功能，并且记录每盏灯的编号，通过GPRS与主程序通讯.

2.2 路灯智能测控系统软件的实现

基本思路:如图1所示，整个主控制程序与后台的数据库连接，通过串口通信与第一级终端相连接，再通过电信运营商与路灯控制终端(第二终端)相联系，达到通过GPRS有主站中计算机的程序控制路灯的目的.

图1

2.2.1 串口通信设计

在工业控制中，工控机(一般都基于Windows平台)经常需要与智能仪表通过串口进行通信.串口通信方便易行，应用广泛.在本程序里，通过调用Windows的API函数，采用重叠操作方式(API函数会立即返回，操作在后台进行，避免线程的阻塞)对串口进行操作，即通过打开串口，配置串口，读写串口和关闭串口四个步骤使串口与GPRS的物理设备连接，最终将主程序与GPRS之间的通信建立起来，使主程序可以通过GPRS达到控制路灯的目的.

2.2.2 配置信息设计

图2

如图2所示，通过保存将配置信息保存到文件中，在打开通讯设备句柄后，需要先对串口进行一些初始化工作.这需要通过一个DCB结构来进行.DCB结构包含了诸如波特率、数据位数、奇偶校验和停止位数等信息.在查询或配置串口的属性时，都要用DCB结构来作为缓冲区.一般用 CreateFile打开串口后， 可以调用GetCommState函数来获取串口的初始配置.要修改串口的配置，应该先修改DCB结构，然后再调用SetCommState函数设置串口.然后对一些其他的基本信息进行配置，例如IP号，报警时间，自动检测等，当GPRS传回的路灯的数据说明路灯有异常时，程序会根据配置信息设置的时间间隔进行检查报警.

2.2.3 数据库的设计

此处用到SQL2000来对路灯的基本信息(如路灯的亮灭功率等)以报表的形式存储数据，将数据存储到移动硬盘中，这样可以随时调用任意时刻的数据，也可以对已存储数据进行统计分析等操作.并且可以随时对数据库进行:编辑数据库记录、查询数据库库记录、添加数据库记录、删除数据库记录.

图3

图3中由主程序连接数据库，数据库中可以显示出每个路灯的状态，可以通过选择查看路灯的区域来查看路灯的状态.查看路灯状态的方式分为手动查询和自动查询，自动查询事先设定好一定的时间，每隔一段时间自动查询路灯的情况;而手动查询是人工查询，人为的每隔任意的时间段查询一次，查询完后可以直接通过打开数据库，查看每个路灯的详细信息.

2.2.4 监控终端设计

(1)监控终端硬件的设计:RTU由多个主机和从机组成.主机主要控制从机，主机通过I?C总线连接各从机.主机的硬件部分主要包括电源电路，微控制器，键盘输入电路，LCD显示器，硬时钟电路，RS-485总线驱动电路，看门狗电路以及外围电路等，如图4所示.

图4

主机和从机都设计了软件和硬件双重看门狗，当有异常发生时，微控制器自动复位，有效预防各种干扰，确保系统稳定可靠运行.

(2)主机软件的设计:RTU的主机软件主要包括LCD显示，读报文操作，给从机发命令，发送报文操作，查定时操作时间表和定时“喂”看门狗等模块，主机软件流程如图5所示.

图5

当接收数据报文时，通过判断地址编号来区分报文的目标主机，避免了通信冲突.

3 结束语

该路灯管理系统将管理与计算机技术和GPRS技术联系起来，利用软件和硬件的配合使城市的路灯管理系统实现智能化，简便化，实时化，高效化，对一个城市的科技的发展有很大的推动作用，路灯管理系统不再是传统的人力亲为的系统，而是只需一个控制室就可以监控整个城市的所有路灯，路灯的情况会实时反馈给监控程序，操作人员只需按照监控程序显示的路灯情况作出相应指示，这对建设高科技数字化城市有很重要的意义.

［1］ 薛亮.路灯监控系统简介.山西建筑，2003.

［2］ 朱华军.GPRS网络技术在城市路灯监控中的应用深圳市市政工程设计院，2012.

［3］ 唐晓强，王成福.基于GPRS的路灯监控系统的设计与实现.华北电力大学，2008.