基于GPRS的城市LED路灯监控系统设计

摘 要 本文通过对当前城市路灯监控系统的存在的问题现状进行了分析，以问题为出发点设计了基于 GPRS 无线通信方式的城市路灯监控系统。本系统通过 GPRS网络以短信的方式向路灯控制端发送控制指令，控制模块通过解析短信内容以执行相应操作，主要包括：开关路灯、路灯故障检测、设置工作模式等。

【关键词】GPRS 监控系统 LED路灯

1 引言

无线通信（Wireless Communication）是指利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。现今通信技术在我国迅速发展，其应用领域不断扩大和发展速度越来越快。最初无线通信网络技术只能实现用户语音信息的交换，而现在随着用户增加对信息交换的多样性需求，各种无线通信技术应用平台应运而生。随着蜂窝移动通信、无线宽带接入，集群通信、卫星通信、手机视频技术的出现无线通信技术的应用逐渐深入，大大便利了信息的传播。随着个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端得到了广泛的应用。同时在工业、农业、民生工程、航空航天、医疗、教育等等各个行业无线通信技术都得到了广泛的应用。目前，常用的无线网通信方式包含：WIFI、BlueTooth、IrDA、GPRS和ZigBee等，其中GPRS技术拥有广阔的覆盖区域、高速的信息传输速率（达到171.2Kbp/s）、较短的传输时延、永远在线的优点在城市路灯监控系统中得到了广泛的应用。

2 GPRS无线通信技术

GPRS是通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的缩写，它是在GSM移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组数据业务，有数据传输速度快、永远在线的优点，其不同于GSM通信系统所采用的电路交换数据传送方式，GPRS采用分组交换技术，用户上网可以避免出现掉线的情况。利用GPRS技术对数据进行分组收发时，数据首先被划分为有限段特定长度的数据包，然后在数据包首部加上分组报头，该报头则指明了数据包的目的地址，因此不需要先选取特定的信道来创建网络连接，再进行数据传递，而是收到需要传送的数据包后分析其报头，并随机选取一个信息量少的信道来发送数据包。由此方式来看，全部用户可以共同享有信道资源。因此，为了能够更好利用信道的资源，可使用数据分组的方法进行传输。

3 GPRS的路灯监控系统设计

3.1 监控系统总体方案设计

基于GPRS网络的路灯远程监控系统总体结构如图 1所示。控制器的终端是一个分布式数据采集和控制指令执行系统，以完成实时监控路灯当前的运行状态和控制路灯状态变更的工作。路灯的工作状态信息通过A/D变换转化成数字信号，并通过无线网络和城市以太网络传送到监控中心监控人员，监控人员根据当前路灯系统中各个路灯运行状态通过控制指令来执行相应的控制操作以达到远程实时监控所有路灯的功能。

对于城市路灯监控系统在整体上分为三大模块：路灯监控模块、数据传输网络和上位机监控中心。其中：

（1）路灯监控模块由路灯、监控器两部分组成，组要完成对路灯工作状态的实时数据采集和信号转换，同时执行控制中心发送过来的控制命令。

（2）数据传输网络模块是由路灯GRPS通信模块、城域以太网或专用以太网组成。负责建立网络连接以及数据在网络中的传输和转发。

（3）监控中心主要由服务器、防火墙和上位机软件组成。完成对监控网络的数据过滤、数据存储和控制操作等功能，实现远程控制。

3.2 监控系统硬件设计

系统的控制模块由智能控制器和数据采集电路组成。智能控制系统硬件主要由声学传感器、光学传感器、信号变送器、集成有 A/D 转换器的 STM32 微处理器组成。硬件系统的工作原理为，上位机通过短信对控制模块发送开关灯控制命令。噪声信号通过声音传感器转变成电信号，通过路灯工作调度策略实时处理路灯系统中的故障监控、路灯开关、路灯功率调整等控制和监控目的。

3.3 监控系统上位机软件设计

系统中采用的是华为EM310 GPRS 模块进行短信传输。通过制定发送短信的特定格式来完成传输数据的模式设置、信息合成和数据解析。合成的信息中包括开关路灯、调整灯的亮度、校时功能、检测好坏等控制和检测命令。发送短信的格式是一系列的字节流。在主控程序中将合成的指定格式控制命令的数据通过串口传向 GPRS 模块，再将此数据以短信的格式送往控制模块。

4 结束语

本文利用费用低廉、应用广泛、性能良好的GPRS无线网络技术设计了一个无线网络城市路灯监控系统。该系统由前端监控、中间网络传输和后端主机监控组成，能够做到实时、高效的管理城市道路路灯系统，有效提升城市路灯系统的工作效率和降低人力成本。

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作者单位

西安电子科技大学 陕西省西安市 710126