摘 要 本文以昆明市路灯监控系统为例，阐述了计算机无线监控系统对道路照明监视、控制的方法、功效以及实际应用情况的介绍。
关键词 道路照明 无线监控 系统组成
道路照明的控制方式从原来的手动控制到时钟控制再到微电脑控制发展到了现在的计算机监视和控制。这给道路照明行业带来了较高的科技含量，在提高管理水平的同时也对道路照明管理部门的技术水平提出了更高要求。道路照明的计算机监视和控制有有线和无线两种方式，由于城市道路改造频繁，地下线路可靠性不高等因素，有线方式基本被淘汰，而无线方式在各大城市得到了广泛应用。
一、系统组成
系统由中央控制室和节点监控站组成，级间通讯采用无线数据传输方式，将计算机管理无线数据通讯和自动化控制技术结合为一体，完成遥控、遥测、遥讯、打印等功能。
1、 中央控制室是路灯监控系统对整个系统数据加以集中处理和对各节点监控站统一发布命令的地方。主要设备有：计算机、数传机 、扫描仪、后备式UPS电源 、打印机、全向高增益天、馈线装置等且均为一主用一备用两套设备。
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中控室结构示意图
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2、节点监控站对路灯进行实时在线控制，可以按照中控室指令进行定时开关灯，立即开关灯等控制和电流、电压、开关状态等参数的检测和回送。主要设备：路灯开关柜，内值节点监控装置、真空接触器、刀熔开关、容断器、定向天线、馈线、调频车载电台、＋12V电源、备用蓄电池[12V]等。
二、工作原理
系统由中央控制室及室外节点监控站组成。中央控制室计算机及其外部设备作为二级分布式控制系统的监控计算机，完成监督控制和值班人员操作站的功能。各节点监控站的单片机装置作为直接控制级计算机，完成路灯负荷的实时在线控制和数据采集任务，级间通讯采用无线数据传输方式。
1、中央控制室控制命令由主机串行标准接口送至数传机，经电平转换、电路音频调制输出到大功率无线电台进行射频调制，通过全向天线发射到各路灯节点站。各路灯节点站发回的无线射频信号经数传机内的无线电台进行音频检波，解调出串行数字信号，经电平转换送入主机的串行口，为中控室监控软件所接收，并显示在屏幕上。数传机使用串口三个信号端子：RXD（数据输入）、TXD（数据输出）及DTR(启动电台)，连同公共地线共四根线与主机相联。
2、 点监控站按信号传输过程可分为电源部分、模拟量输入通道、开关量输入输出、数据通讯部分及人机接口部分。
(1)、电源部分: ±15V模拟通道电源, +5V、+12V,数字通道电源，模拟通道和数字通道之间通过光电耦合器实现电气隔离以提高抗干扰能力。适合在恶劣条件下长时问连续工作，并带有电源监测、自动复位（看门狗）功能。+5V电源的输入由12V电源供给，即为二次稳压，并有掉电保持功能，故稳压质量较高。
(2)、拟量输入通道：被测模拟量如电压、电流经传感电路变换为0-0.5V交流电压，引至电脑板上的模拟量输入端，经16路模拟开关CD4067依次切换至有效值电路AD737转换成与交流有效值成正比的直流电压信号，再经低飘移放大器OP07直流放大后由精密电压频率转换器LM331转换成脉冲列，通过光电耦合器TIL送至单片机89C52的计数器输入端，完成模拟量至数字量的转换。
(3)、开关数字量输入通道共有二组: 节点站址设定开关和真空接触器开关状态检测。节点站址由8位开关量组成，由短路块设置，短路位为1, 开路位为0，直接读入单片机，可编址二进制码0000000011111111, 即十进制0255, 故本系统最多可设置255个节点。真空接触器开关状态由辅助常开触点接入，经光耦TL5212隔离送至单片机，开关吸合时，光耦输入“1”。
(4)、开关量输出通道共有二组：交流接触器开关控制和模拟开关切换通道控制。两者均由单片机输出至开关晶体管阵列ULN2803驱动后分别驱动12V/15A继电器TLP421-4光电耦合器，分别用于开关主电路接触器和切换模拟开关CD4067。
(5)、通讯电路由单片机串行口输出信号（TXD），并由单片调制解调电路MSM7512B调制成音频信号后经放大器OP07驱动送至节点电台进行射频调制，通过节点定向天线发射输出。天线耦合到的外部信号经电台音频检波放大后送给MSM7512B解调为串行数据到单片机RXD输入端。
三、系统功能
1、定时开关灯时间是采用天文台提供的一年365天晨光、昏影时刻表进行精确的开关灯，对节约电能起到了很大作用。本系统同时还装配了光控设备，当天阴下雨时，能够自动识别室外照度，适时提前或推迟开关灯。
2、主动报警功能，如果出现白天亮灯或晚上大片熄灯等重大故障时，能发出报警声响，并指示故障地点，提醒值班人员立即通知维护人员处理故障。
3、邮箱传递功能采用了电子邮箱技术，当某节点站与中央控制室因通行距离太远或被障碍物阻挡联络困难时，可通过附近的节点进行联络，提高了可靠性和准确性。
4、无线对讲功能采用了独立的通讯频率，实现了在系统内无线对讲的功能，能在中央控制室用对讲机配合外线工人检修和进行故障排除后的检测。
5、亮灯率统计功能可以根据线路电流量分析出亮灯率，为管理人员提供亮灯率考核资料。
6、地理信息系统是一个实时的、可视化的地理信息服务平台。它以地理信息为基础，综合集成现有系统，将路灯型号、路灯和电缆地理位置、各回路布置、各控制点的实时动态信息等各种数据采集起来进行集中管理分析，为管理人员提供实时的可视化信息。
(1)、电子地图可以分层显示如下数据：
自然图层: a、城市小区、b、绿地、c、淡水、d、单位、e、铁路、f、街道公路、8、桥梁。
路灯设施图层: a、路灯监控节点、b、节点天线、c、路灯电缆、d、路灯、e、监控主站天线、f、变压器、h、街道绿化带。
电子地图图层可以显示每个控制柜的地理位置、所控制的灯杆的位置和电缆走向等信息，并能在电子地图上反映出各街道路灯的开关状态。并能根据需要任意添加、修改设备内容和数据，不断完善路灯生产资料，保持数据的有效性。
2、设备定位，操作员应能在当前操作图中通过事件或者警报表快速找到网络元件。要定位的网络元件可以从对象表中选择，可以全局选择或者根据元件类型分类选择。
3、信息管理通过GIS软件技术对灯光系统基础数据进行计算机管理，形成一个具有空间概念和基础信息的分层管理基础数据库。数据库为准三维，第三维空间数据在点中设备时弹出。图形组织采用层的概念来管理基础数据，层次可以任意建立和叠加，其属性可以定义和修改。具体分层如下：
地理信息分层：城市小区、绿地、淡水、交通特征（铁路、马路、街道、街道绿化带、桥梁等）、地下管线、地界（城区边界）、相关建筑轮廓。路灯设备信息分层：路灯监控节点、节点天线、路灯电缆、电气接线、路灯、监控主站天线、变压器。GIS系统的数据输入和输出是分散的，数据和图形自动关联，动态连接。从图上可以找到设备和用户的数据，相反从数据库中数据也可以找到相应的图。
4、地图编辑功能能将新地图定位、地图数据化、加入分类标识、加入地图标记、对数字化的地图进行封闭校验、与邻图接边，输入灯光监控系统设备定位数据并形成接线图。
5、地图浏览功能能将市区分为若干图层，每层都可以漫游浏览路灯控制柜、变压器、电缆、灯杆等设备，从不同角度反映出路灯设备的地理位置，并能无级放大显示。
6、地图查询可以将全市、区域、单位、街道、控制柜、变压器、灯杆、灯型、电缆等多种查询主题检索查询，并将查询到的目标自动移至屏幕中心闪烁提示，同时将对应的文字数据以窗口的形式显示于屏幕上。系统使用全图形和多窗口技术，提供不同图形的同时显示，可层叠和平铺。网络布局图和其他分类信息可并列观察，窗口可层层弹出。图形简洁、易读，能反映灯光监控网络的特征，相对位置准确，坐标、比例恰当。图形采用定位弹出式变换，且可平滑移动，全程自动漫游，并能快速定位。图形满足任意缩放、裁剪和编辑。地图的查询方式有多种查询工具，并可根据设备的属性及关联形成拓扑接线，进行设备抽象化查询。
四、系统应用
系统软件是在Widows操作平台下，应用Borlanc++等语言编制的路灯监控及信息管理软件，采用全中文对话窗口，人机界面友好，便于操作。打开计算机、数传机，当界面上出现系统文件夹图标后，点击文件夹即进入“路灯监控系统”。该系统操作界面可分为三个区:
1、功能区包括屏幕上部的“节点配置”、“全年开关灯时刻表”、“发送所有节点的开关灯时间”、“临时开关灯时间”、“查测所有节点的工作数据”、“数据查询”、“节点支路走向”、“打印某节点的当前数据”和屏幕下部的“给当前节点发送开关灯时间”、“校验当前节点的开关时间”、“标准值认定立即开关灯”等十三个功能。
2、工作区在屏幕中部，包括综合页和地图页。综合页左侧显示各个节点的地址代码和名称，中部显示各个节点的电压值、电流值、开关状态、继电器状态、亮灯率等，地图页显示地理信息系统的各项数据。
3、状态区在屏幕下部，显示当日的开关灯时间和节点的故障状态及节点邮箱设置状态。
本系统可按以下顺序进行各种功能的操作：
1、在综合页状态下可选择任意节点，用鼠标点击后，按Enter键，即可检测该节点的即时电压、电流、亮灯率值和开关、继电器工作状态。
2、在按下Enter键后，电台的TX/BUSY发光管亮红色时表明检测信号发射出去，亮绿灯时表明节点发回的检测信号已接收回来，即完成了一次检测过程。
3、节点基本配置用来设置节点的名称、通讯地址码、特殊开关灯时间、报警阀限值〔包括电压、电流〕和该节点的通讯邮箱设置。以完成节点的最基本配置，在此功能中，还可新增加节点或删除节点，及打印所有节点的配置情况。
4、记录了全年每天计算机所执行的开关灯时间，并可进行修改、重录和打印。
5、临时开关灯时间是指在有特殊情况时，要求提前或推后开关灯时设置临时的开关灯时间，当日过后，系统将自动恢复到原开关灯时刻表中的时间。
6、监测所有节点的工作数据作为系统故障时备用。
7、查询所有节点的历史数据，在选定需要查询的月、日、时后，可查到当时的各节点开关状态、电压、电流值及故障状态，并可以打印。
8、可绘制各节点线路走向和负荷分配情况。
9、可打印出选定节点当前的各项数据。
10、当节点时间丢失情况下，可立即给节点发送开关灯时间。并校验节点的开关灯时间是否正确，如不正确可用上一项发送正确时间给节点。
11、确认路灯运行正常状态下各支路电流的标准值，当电流超过标准值20A时，系统将自动报警，提示故障。
12、在特殊情况下，可在任何时刻立即开关某一节点，接触器送电或关闭一般用于配合外线检修工作时关灯。
13、地图页用于打开电子地图，可显示节点站、路灯、电缆等设施在地图上的位置，并可放大、缩小和打开不同的图层。配合监控系统软件可以实现全面、即时、可视化路灯运行状态显示。