摘 要

随着我国科学技术的的发展，都市基础设施扶植飞速发展，发生了翻天覆地的变化，都市的市容市貌获得了极大变动，都市灯光工程是现代化都市扶植的主要象征，在都市扶植与发展中具备举足轻重的重大地位。同时近些年来，政府对灯光工程的正视水平的日益提高，对路灯照明系统的管理、监测节制和保护的工作量增大与有限的人力物力资本抵牾日益突出。而且实际中常常装备旧、可靠性差、路线多故障多、办理保护相对麻烦；与此同在的还有断续的电力网络的不稳定、配电房所处环境恶劣、日常缺乏职员值守等情况，使得对路灯运行实行无线长途监控成为市政管理燃眉之急的主要任务

现如今，计算机技术与通讯不竭的成长与晋升，与各行各业的连系也日趋紧密亲密。是以，应用走在世界前端的通信技术和计算机网络技术，借助现有的配电装备、节制装备、环境监测装备等，对长途路灯举行节制是个颇有效的方式。所以这其中的好处也是雨很多的，其主要是实现路灯管理的实用性、可靠性、技术先进性、经济性。

本文通过了解了现有的路灯照明控制技术，提出一种GPRS与ZigBee相结合的远程控制技术：主要是以光电信号来实现路灯的开关控制，从而实现遥控和遥测。经由过程微处置器来对数据举行模糊控制，而此中采取基于GPRS的无线通信来实现智能路灯控制器与监控中间的数据传输。以对远程路灯控制作为研究对象，结合计算机技术，通信技术，借助现有的设备，来实现基于公共网络端GPRS路灯远程控制。该系统体系具有人性化和智能化的特色，不仅通讯用度低并且提高了路灯的控制办理效率，是以具备广漠的应用远景。

最后，本文系统的对所计划的路灯控制系统进行了测试，其中包罗对遥控体系、遥测体系进行了测试，成果表现本文所设计的路灯控制系统可以达到良好的远程控制开关，数据的采集作用。

关键词：GPRS，ZigBee，监控，遥控，遥测

Abstract

With the rapid development of urban infrastructure construction in recent years, the city's city appearance has been greatly improved. The urban lighting project is an important symbol of the modern city construction, which plays an important role in the city construction and development. At the same time, with the increasing attention of the lighting project, the increase of the workload of street lighting management, monitoring and maintenance and the increase of the limited manpower and material resources is becoming more and more prominent. The power network is not stable, the environment is bad, and the personnel are not on duty at ordinary times. It makes the wireless remote monitoring of the street lamp operation become the most urgent task of the municipal administration.

Nowadays, computer technology and communications continue to develop and enhance, and the combination of all walks of life is also increasingly close. Therefore, using the advanced communication technology and computer network technology, using the existing distribution equipment, control equipment, environmental monitoring equipment, and so on, the remote street lamp control is a very effective method. Its advantages are obvious, that is, to realize the practicability, reliability, advanced technology and economy of street lighting management.

In this thesis, by understanding the existing street lighting control technology, a remote control technology combined GPRS and ZigBee is proposed, which mainly uses photoelectric signals to realize the switch control of street lamps, so as to realize remote control and telemetry; the data is fuzzy processing through the microprocessor, and the wireless communication based on GPRS is used. Now intelligent street lamp controller and monitoring center data transmission. The system has the characteristics of humanization and intellectualization. It not only has low communication cost, but also improves the management efficiency of street lamps. Therefore, it has broad application prospects.

Finally, this paper systematically tests the design of the street lamp control system, including the remote control system and the telemetry system. The results show that the road lamp control system designed in this paper can achieve a good remote control switch and the data acquisition.

Key words: GPRS, ZigBee, monitoring, remote control, telemetry

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 2

1.3研究基本内容及目标 3

1.4论文的主要工作和安排 4

第2章 路灯控制的关键技术 5

2.1 GPRS技术 5

2.1.1 GPRS技术的综述 5

2.1.2 GPRS网络结构 5

2.1.3 GPRS网络接口 6

2.1.4 GPRS无线信道 8

2.2 ZigBee技术综述 9

2.2.1ZigBee概述 9

2.2.2 ZigBee技术特点 10

2.2.3ZigBee的网络结构 10

2.2.4ZigBee的自组织网 11

2.3PWM调制技术 12

2.4本章小结 12

第3章 路灯控制系统设计 13

3.1.系统硬件设计 13

3.2单灯控制器硬件结构的设计 14

3.3 STC12C5410AD的微处理器模块的设计 14

3.3.1单片机的选择 14

3.3.2 STC12C5410AD系列单片机最小应用系统 15

3.3.3微处理器模块的设计 16

3.4 STC12C5410AD中PCA/PWM模块的结构 16

3.5 STC12C5410AD中的A/D转换模块 17

3.6 通信模块的设计 17

3.6.1 CC2430芯片介绍 17

3.6.2 CC2430电路 18

3.6.3串口通信接口 19

3.6.4通信模块的硬件电路设计 19

3.7 传感器模块的设计 20

3.7.1温度传感器的设计 20

3.7.2光照强度传感器 21

3.8 稳压源模块的设计 22

3.9 单灯控制器参数 22

3.10 本章小结 22

第4章 系统的软件设计 23

4.1系统软件设计 23

4.2 ZigBee协调器的软件设计 24

4.3 ZigBee路由器的软件设计 25

4.4 ZigBee终端节点的软件设计 25

4.5 GPRS模块初始化 26

4.6上位机软件的设置 28

4.7本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1总结 30

5.2不足与展望 30

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1课题研究目的及意义

路灯照明作为城市生活必需品之一，既可以为人名群众的生活提供巨大方便，整齐的城市路灯系统又可以打造良好文明城市形象，所以其重要性毋庸置疑。但是随着我国城镇化历程的不断成长，都市路灯照明体系也跟着变得越来越复杂，据国家统计局数据表现，截止2018年，我国都市道路照明灯数量已经增添至3000万盏以上，年均复合增长率跨越11%，伴着智慧都市进一步推动，将来路灯成长空间庞大。因此，如何提高照明控制系统的稳定性、高效性，如何科学管理路灯照明控制系统的问题迫在眉睫。

传统的人为手动控制模式已经难以合适地支持起都市路灯照明体系的有序运行，稍微单一的时间控制显得不太科学，而同种类型的光敏控制又显得水平程度较低，其实不可以监控路灯的运行状况是不是正常。这会产生一个后果就是：一旦路灯发生故障无法及时进行反馈，只能通过居民的反馈和定期的检测才能发现，这样会有所影响文明城市的形象。不仅仅在路灯远程照明控制上显得不太合理，而且又耗费了不必要的人力财力等资本。

又因为都市基础设施扶植飞速发展，发生了翻天覆地的变化，都市的市容市貌获得了极大变动，都市灯光工程是现代化都市扶植的主要象征，在都市扶植与发展中具备举足轻重的重大地位。同时近些年来，政府对灯光工程的正视水平的日益提高，对路灯照明系统的管理、监测节制和保护的工作量增大与有限的人力物力资本抵牾日益突出。而且实际中常常装备旧、可靠性差、路线多故障多、办理保护相对麻烦；与此同在的还有断续的电力网络的不稳定、配电房所处环境恶劣、日常缺乏职员值守等情况，使得对路灯运行实行无线长途监控成为市政管理燃眉之急的主要任务

现如今，计算机技术与通讯不竭的成长与晋升，与各行各业的连系也日趋紧密亲密。是以，应用走在世界前端的通信技术和计算机网络技术，借助现有的配电装备、节制装备、环境监测装备等，对长途路灯举行节制是个颇有效的方式。所以这其中的好处也是雨很多的，其主要是实现路灯管理的实用性、可靠性、技术先进性、经济性。

另外，能源问题一直是当今时代的一个困扰全世界的问题，我国人口众多，面临的能源匮乏问题尤为严重，在夏冬月份的用电高峰期，很多省市不得不采取限电措施，这对于社会的有序运行和居名的生活体验有很大的影响。而在中国产电量中应用于城市的路灯照明的电量占了很大一部分，2018中国路灯照明论坛上，中国照明协会数据显示，中国年产电量的15%用于照明使用，而其中，城市路灯照明系统就占30%，其主要原因无非就是两点：一是因为很多落后点的城市采用的路灯控制系统比较落后，电能利用率太低；二是因为在夜半时期，道路行人车辆显著减少，仍采用全灯完全照明明显太过浪费。因此，既能够有效地控制都市路灯照明体系运行，又能够减少人力资源的消耗和财力资本的支出智能控制系统应运而生。

基于GPRS的远程路灯控制系统以光电信号来实现路灯的开关控制，从而实现遥控和遥测；经由过程微处理器来对数据进行模糊处理，而此中采取基于GPRS的无线通信来实现智能路灯控制器与监控部门的数据传输。通过GPRS数据监控中心，可实现对路灯远程开关控制，远程状态查询等。路灯系统的无限远距离控制系统可以实现路灯的无线远程监测和控制作用，具有很多的优点和好处：比如能够更好地利用现有网络，缩短建设周期，减少花销和成本，而且设备安装起来也比较容易、维护过程是没有难度的，具有人性化和智能化的特点，不仅通信费用低而且提高了路灯的管理效率，可以产生巨大效益，因此具有广阔的应用前景。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

(1)Ambiente Tecnologie SpA公司开辟的基于GPRS的空气质量监控体系^[1]，对河山情况举行大范围的监控，实时获得空气质量品级数据，实时公布空气质量信息。

(2)荷兰2004年完成的康健挪动工程，经由过程在患者身上安置一个挪动传感部件，实时收集患者康健状况数据，并经由过程GPRS收集发送到医疗监控中间，医务人员可在第一时间了解患者康健状况信息，防备突发疾病和尽早实行医治。

(3)外洋LED路灯控制技术已经比较成熟,如松下、飞利浦、西门子、三星和别的电气公司已经推出了本身的LED路灯控制解决方案,伴随着单片机的成长,DSP、ARM技术逐渐成长,自动控制也变得愈来愈智能以达到各种控制城市照明的需求。它的应用在城市照明管理中越来越受欢迎，比如伦敦金融城，它计划在未来4年内升级威斯敏斯特的街道照明系统。该市已决定安装1.4万盏新节能路灯。这些新街灯最有趣的地方是，它们都是“智能路灯”，可以用来提醒员工在需要修理或更换的时候使用iPad来进行操作。此外，技术人员可以通过iPad应用控制每个路灯的输出，并进一步提高效率。听说，从2015年起，新的路灯网络每一年将为伦敦纳税人省下来42万英镑的电费。

1.2.2国内研究现状

1. 上海移动与上海夜景照明管理部门互助合作，扶植基于GPRS的夜景照明管理系统（LMAS）^[2]，实现对夜景照明体系及装备实行远距离实时监控和会和管理，节俭了新建夜景照明体系的收集扶植投资、缩短了扶植工期，获得了杰出结果。
2. 东风汽车厂于2002年操纵GPRS对配电网进行自动化技术改造，对路线运行及时监测，做到路线妨碍快速排查，实行电网运行高效、平安、靠得住，减少了运行用度，提高了经济效益^[3]。
3. 江苏省公安厅交通警察总队使用了一套基于GPRS/GIS/GPS高速公路巡查体系，实现了全省道路交通勤务及时上报批示调查和办理，成立巡查民警和指挥中心的信息交互通道，实施高速路天气情况差（路况）分级措置，总队可以或许及时全省各项时时路况信息并事实科学管制和协调^[4]，全省的交通巡差警务部门在道路安全管理、勤务办理水平上都有一个很大的进步。
4. 伴随着科技的飞速成长，中国LED路灯远程控制技术也在迅速发展，LED路灯的快速普及推动了智能照明控制技术的发展。今朝各类网络系统被用于检测路灯的各类事情参数和管理控制亮度。今朝，中国闻名的LED控制解决方案有浙江中心控制系统、深圳综合测控、广东三雄极光等生产商。各大都市也起头呈现LED路灯远距离控制系统,如西安市政管理提升了路灯系统,西安的路灯系统已经实现了数字化综合平台路灯,可以全面增加都市照明的控制，提高路灯体系的管理水平^[5]。终端可以及时收集监控数据，经由过程GPRS网络收集传输到远距离控制中心。控制中心的监控人员根据这些监测数据信息了解路灯的工作情况，分析照明需求，实现路灯的开关控制，提高照明效率，有效地解决西安路灯的监测与管理^[6]。由此提高了路灯体系的控制力度。这充分体现了LED路灯控制技术的庞大市场需求和广漠的利用远景。

总而言之，基于GPRS网络技术实施远距离监控体系，是计算机测控范畴的一个发展趋势。伴随着GPRS通讯技术和网络技术的飞速成长与普遍普及，基于GPRS网络的远程监控系统一定会更多更好的应用于计算机测控范畴当中。

1.3研究基本内容及目标

本课题主要研究内容：利用GPRS公共网络进行数据传输，采集路灯运行时的电流及功率数据，并实现路灯的远程开关控制。侧重办理以下几点问题：

（1）遥控

各个部门点可以手动或按照预先的安排时间对全夜灯、非全夜灯和景观灯分别进行相应的管理控制，设定的时间有很多种方式，但主要是按照按日、月、年为周期来做出相对应的设置。根据需要对分控点的开关灯时候推出个性化设置和组合，好比方依照日常平凡、节日和大型庆典活动的分别请求，从而来更加合适的调节景观灯的开灯时间和开灯数目。

（2）遥测

丈量收集路灯运行时的电流、功率数据等。从而根据不同时期、不同地点对路灯的开关时间数量和开灯时间进行控制。

钻研的根基方针：路灯自动监控与管理系统能合理方便的开/关灯，并且可以随时获取路灯运行参数，及时发现存在的问题故障，以“值班”制的路灯控制方法代替传统的人工“巡灯”制的控制方法，极大的提升照明系统的办理效率。路灯监控器的数据经过GPRS/GSM网络空中接口功能模块，对采集到的数据实行解码处理，转换为大众群体使用的网络数据传送格式，然后通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心的IP地址。

1.4论文的主要工作和安排

本文主要以本科期间所学自动化控制相关知识位专业背景，结合学习了解GPRS通信、智能控制技术相关知识，提出路灯的智能控制相关方案。通过学习其他路灯设计的智能控制技术以及GPRS技术、ZigBee技术，提出一种基于GPRS和ZigBee技术为基础的路灯控制方案。论文的重要放置和重要章节布局以下：

1. 绪论。了解阐述了论文相关的路等智能控制的课程研究背景及意义，结合时下国内外的研究现状，提出自身计划设计的大体路线以及将要实现的功能。
2. 路灯控制系统的主要技术。从课题研究的大背景出发，分别分析介绍了路灯远程控制将会使用到的技术，对比时下路灯控制技术的优缺点，提出一种基于GPRS与ZigBee路灯控制的整体方案。深入分析介绍了GPRS技术、ZigBee技术的基础理论知识、网络结构以及应用领域。
3. 路灯控制系统的设计。对路灯控制系统硬件设计提出了整体性方案，然后对硬件设计的各个模块进行分解性分析，并且对将会使用到的关键性芯片进行介绍，构造设计出系统的硬件部分。
4. 系统的软件设计。对路灯控制系统软件设计提出相应方案，画出软件设计框图。并分别作出ZigBee协调器模块软件设计流程图，ZigBee路由器模块软件设计流程图，ZigBee终端节点模块软件设计流程图，GPRS模块软件设计流程图和上位机最终管理界面的效果展示。

第2章 路灯控制的关键技术

2.1 GPRS技术

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