基于Ad Hoc 的分布式路灯监控系统的设计与实现_路灯_Ad

基于Ad Hoc 的分布式路灯监控系统的设计与实现

2010/8/5 13:10:00

【摘要】本文在分析比较现有路灯监控系统功能的基础上，结合对路灯控制管理的要求，借助SCADA 技术和Ad Hoc 自动组网技术实现了能够进行单灯实时控制和检测的路灯监控系统，并实现了系统的GIS 功能，把路灯状态相关信息直观地显示在电子地图中，若发现异常数据则报警和定位。系统实现了路灯与监控中心之间实时信息交互的智能化监控、调度和管理。
【关键词】路灯 Ad Hoc 监控地理信息系统数据库

现代化建设的飞速发展对城市道路照明和管理提出了更高的要求，不仅要确保足够的照明，保障城市人民的正常的生产和生活，而且要亮化、美化城市，提高城市的形象，改善城市的投资环境。同时，随着城市基础设施投资的不断增加，路灯数量也在逐年增加，维护和检修的工作量也随之加大。在这一新形势下，利用先进的技术实施新的路灯监控系统，提高城市道路照明的现代化控制和管理，显得十分必要。

1 路灯监控系统的结构设计
对于路灯监控系统而言，其中监控中心软件主要负责采集从站数、发布控制命令、传送实时数据给服务器、显示实时数据以及提供声光报警等功能，同时还要进行各种复杂的后台计算，维护数据库数据的完整性等。从监控中心的主要功能出发，可将系统监控软件大致划分为图形用户监控部分、实时处理部分以及通信处理部分，总体结构如图1 所示。

图1 监控中心总体设计图

为了实现造价适中、对管辖范围具有监测、控制到单灯，并具有随发展而扩容方便的路灯计算机监控系统，采用有线通信与AdHoc 无线通信相结合的方法可能是最佳解决方案之一。路灯监控系统的总体组网结构如图2 所示。

图2 系统总体组网结构示意图

整个监控系统由监控中心、远程监控终端(RTU)、远程终端设备和路灯组成。系统采用分级通信机制，一级为远程监控终端和监控中心的通信，另一级为远程监控终端和单灯远程终端设备的通信。监控终端负责远程终端设备监控和管理，接受监控中心的操作命令并返回所辖终端采集的单灯状态及模拟量信息。监控中心和远程监控终端的通信在实验阶段可采用RS232 串行通信，实际应用可以采用多种组网方式；监控终端和单灯远程终端设备的通信采用Ad Hoc 组网技术。

2 数据采集终端的设计
远程数据采集终端模块分为：数据采集模块电路设计、执行器模块电路设计和RS232 串口通信模块。
数据采集终端模块硬件设计主要包括数据采集模块电路设计、执行器模块电路设计和RS232 数据通信接口电路设计。考虑到系统的可靠性、可扩展性和经济性，在本设计中微处理器采用的是高性能单片机C8051F020，它通过数据采集模块检测环境信号和路灯运行参数。整个数据采集模块原理框图，如图3 所示。

图3 数据采集模块原理框图

    该系统中数据采集模块指的是红外探测模块、照度检测模块和电压、电流检测模块。红外检测模块和照度检测模块用来探测区域有没有人以及检测光照度是否达到设定值，电压和电流检测模块用来检测电路中的电压和电流是否工作在正常范围内，并可以通过一些算法计算出路灯的工作功率以及亮灯率等。另外也可在监控中心的计算机对这两个参数进行处理，当接收的数据超出正常范围时，便发出报警信息，用户可根据报警信息提示及时采取有效措施。
　　
3 Ad Hoc 无线通信总体设计
    由于单盏路灯的基数很大，要对所有的路灯进行检测，那么检测点将在几千个以上。如果监控主机对每盏灯一一巡检，其通信周期将很长。要解决如何尽量缩短系统巡检周期的问题，一方面通过监控中心软件的优化，对单盏路灯控制时如果操作成功就继续向下进行，减少通信次数；另一方面，系统通信分为两级通信，第一级为远程监控终端和监控中心的通信，第二级为远程监控终端和单灯远程终端设备的通信。远程监控终端在没有被监控中心呼叫时，循环地收集所辖范围各单灯测控终端监测路灯的相关信息，一旦远程监控终端被监控中心呼叫，远程监控终端就可将刚收集到的各单灯远程终端设备监测到的路灯信息迅速反馈给监控中心或者将监控中心下达的命令解析并通过Ad Hoc 通信发送给单灯测控终端让其执行相关的动作。单灯远程终端设备在未被远程监控终呼叫时，循环地收集该灯的电流及状态信息，一旦接收到有与本机地址相符的命令就执行相应的动作并反馈执行结果给远程监控终端。这样，整个监控系统的巡检周期可以大大缩短。
    在本路灯监控系统中，监控中心需要与从站进行实时通信，本系统采用有线通信方式；监控终端和单灯远程终端设备的通信采用Ad Hoc 无线通信技术。

4 监控系统主控软件的设计
    4.1 功能模块的设计
    本监控中心软件为中文的图形菜单式界面，界面设计及操作方式采用Windows 风格。
    系统采用Visual C++ 作为系统的开发环境，后台数据库采用SQL server2000 数据库。主菜单中有用户管理模块、系统管理模块、GIS 电子地图、信息查询模块以及帮助信息模块等，每个模块又有不同的功能。
    4.2 GIS 功能的实现
    路灯及其监控设备有明显的空间分布特征，具有分布范围广、线路关系复杂的特点，空间信息在路灯监控系统中占有举足轻重的地位，利用GIS 技术可以将设备、设施的空间位置信息和属性信息有机地结合起来对设备、设施、线路进行有效管理。要明确GIS的功能：一方面实现路灯及其监控设备的计算机图形化管理，并能扩容方便，可以在线添加、修改它们对应的空间和属性信息；另一方面可以在电子地图上实时监测、控制设备，并能及时发现故障并定位，及时进行相应处理。后者的功能实现可以借助监控系统中对单盏路灯的“三遥”功能实现中要做的只是让这些设备的空间信息和属性信息相关联。利用COM 技术、组态设计的思想开发出对应的路灯设备的计算机图形化管理功能，让具有一定权限的用户可以在电子地图上添加、修改、删除相应的设备的空间和属性信息。

5 结束语
本文以同济大学建筑设计院路灯监控设计为例，吸收了国内外较先进的开发经验，在此基础上进行研究设计监控系统主控软件和GIS 系统，把Ad Hoc 网络集成在路灯监控系统中，解决了传统路灯监控系统的“人工巡视”、实时性差、处理故障效率低下、耗费大量的人力物力等问题。实现了“三遥”智能数据采集和监控，实现了亮灯的一致性以及及时反馈数据和信息。