基于GPRS和多传感器阵列的公共照明监控通信终端的研究

摘要

随着城市规模扩大，公共照明设备数量正逐年大幅增加，其电能利用率低的问题日益显现，而新型节能照明设备广泛应用还需时日，因此需要改善公共照明设备的管理方式以提高公共照明设备电能利用率，如根据环境合理控制开关设备。基于此，本文论证和研究了一款基于GPRS和多传感器阵列的公共照明监控通信终端
　　该监控通信终端采用GPRS无线通信和电力载波通信相结合的方式组成网络通信系统，采用监控子站和单照明设备两层结构模式，具备远程遥测、遥控的功能，可根据终端所处地的经纬度数据设定每天常规开关照明设备时间，也能根据周围环境的温湿度状况临时调整开关照明设备时间。本课题以功能实现为指导，从以下各方面展开了研究工作:
　　1、监控通信终端实现的可行性分析和总体方案设计，通过对比分析GPRS无线通信和电力载波通信与其他通信方式的异同点，剖析本课题中选择GPRS通信和电力载波通信进行组网通信的原因;
　　2、分析监控子站和单照明设备监控终端的硬件构成，结合本终端的具体使用环境和要求对器件进行选型，设计终端硬件电路，分析各个功能模块电路具体实现流程及PCB制作过程中需要特别注意的要点;
　　3、论述监控子站和单照明设备监控终端的软件实现，分析了GPRS模块入网、数据收发流程及通信过程中网络延时和阻塞问题的处理方法，设计了GPRS无线通信和电力载波通信的通信协议，提出了采用类似任务列表方式实现数据发送的方法，分析了基于GPS经纬度数据计算日出日落时间的方法以及电路电能参数的检测方法;
　　4、分析和对比了传感器数据融合的多种方法，着重论证剖析了多超声波传感器阵列外接圆数据融合方法，通过相关实验验证其可行性;
　　5、通过对监控通信终端软硬件的整体调试，分析了GPRS和电力载波通信数据收发的调试过程，及监控终端其他功能的调试过程，对比了使用该监控通信终端管理的照明设备与未使用的照明设备之间的耗电情况。
　　通过以上对基于GPRS和多传感器阵列的公共照明监控通信终端的研究，目前已取得成果:实现了采用GPRS无线通信和电力载波通信方式对公共照明设备的监测和管理;终端能根据所处位置的经纬度信息调整照明设备的常规开关灯时间，且能根据实际光照和温湿度状况进行临时调整;初步完成了基于多超声波传感器阵列的目标定位的理论研究，且通过相关实验进行了简单验证。

目录

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的提出及主要研究内容

1．3．1 课题的提出

1．3．2 课题研究的主要内容

1．4 论文的组织与安排

第2章 公共照明监控通信终端总体方案设计

2．1 监控通信终端功能需求分析及设计原则

2．1．1 监控通信终端功能需求分析

2．1．2 监控通信终端设计遵循的原则

2．2 监控通信终端总体方案设计

2．3 监控通信终端关键技术分析

2．3．1 GPRS无线网络通信

2．3．2 电力载波通信

2．3．3 GPS全球定位技术

2．4 本章小结

第3章 公共照明监控通信终端硬件实现

3．1 监控子站的硬件实现

3．1．1 监控子站总体硬件构成

3．1．2 GPRS通信模块的硬件实现

3．1．3 GPS定位模块的硬件实现

3．1．4 环境光、温湿度检测模块、时钟模块硬件实现

3．1．5 监控子站电源模块硬件实现

3．1．6 主控芯片W77E058A40DL外围电路实现

3．2 单照明设备监控终端硬件实现

3．2．1 单照明设备监控终端总体硬件构成

3．2．2 电能参数检测功能模块硬件实现

3．2．3 继电器控制模块与照明设备状态检测模块硬件实现

3．3 电力载波通信硬件实现

3．3．1 电力载波通信模块总体硬件构成

3．3．2 电力载波通信调制模块最小系统硬件实现

3．3．3 电力载波通信发送和接收耦合模块硬件实现

3．4 本章小结

第4章 公共照明监控通信终端的软件设计与实现

4．1 监控子站的软件设计

4．1．1 监控子站的软件总体设计

4．1．2 GPRS无线通信程序的实现

4．1．3 DS1302系统时钟程序实现

4．1．4 GPS定位程序实现

4．1．5 温湿度采集程序实现

4．2 单照明设备监控终端软件实现

4．2．1 单照明设备监控终端软件总体实现

4．2．2 电能参数采集实现

4．2．3 电力载波通信功能具体实现

4．3 本章小结

第5章 多传感器阵列数据融合研究及终端测试

5．1 多传感器阵列数据融合研究

5．1．1 终端多传感器阵列组合实现

5．1．2 超声波传感器数据融合

5．2 终端调试

5．2．1 GPRS通信相关功能调试

5．2．2 GPS定位功能调试

5．2．3 电力载波通信功能测试

5．2．4 监控通信终端研究成果展示

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 课题研究设计总结

6．2 展望

参考文献

附录1

附录2

致谢

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