GPRS与照明系统释解

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控制节点带有PWM调光模块、电参数检测模块、开关灯模块以及CAN接口，主要完成照明控制与信息检测。通信节点的设计主控制模块采用基于ARMCortex-M3内核的STM32F103处理器，它具有512KB的Flash，12位ADC，DMA控制器以及支持CAN协议2.0A和2.0B。它片内含有多个串行接口，便于通过RS232与gprs进行串口通信以及测试。GPRS模块采用西门子的MC52i，它属于工业级别的GPRS模块，内置TCP/IP协议，可以根据配置进行多达5种网络通信协议的数据传输，如TCP、FTP、HTTP、SMTP以及POP3等。CAN收发器采用TJA1050，通过光耦6N137与单片机进行隔离，在实现稳定通信的同时，达到了较高的性价比。通信节点开机工作时，会完成GPRS模块的初始化，包括服务模式的选择、网络连接模式的配置以及服务属性的配置。监控中心的IP地址以及端口号，在完成配置后会保存在通信节点，便于开机初始化后自动重连。每个通信节点都存有一个固定的ID号，该号码与监控中心数据库的ID相对应。GPRS连接时，会发送它的ID号，完成信息的匹配。这样，当GPRS断开时，监控中心也可以很快地找到其匹配信息，并把信息反馈给管理员。GPRS的网络通信流程要求研究者选择服务模式，服务模式有URC模式和Polling模式，这里选择默认的URC模式。URC模式能够通知数据的发送情况、服务的关闭情况以及错误是否已经发生，这些在Polling模式中是没有的。本研究通过AT^SICS选择网络连接模式，它有CSD和GPRS模式，选择GPRS模式。然后就是通过AT^SISS配置服务属性，在连接和服务都配置好之后，就可以通过AT^SISO命令打开网络。控制节点的设计控制节点的主要完成数据的采集与控制，其总体在功能模块上，除了CAN通信，其主要涉及到DMA多路电流/电压的采集、PWM调光以及开关灯的控制。为了提高电流、电压数据的检测精度，这里引入了一种简易的数字滤波算法—去极值平均滤波算法。针对单一通道，该系统采集的数据量达到10次然后筛选出最大值、次大值、最小值以及次小值，并将剩下6个求均值，这样可以避免脉冲干扰造成的数值偏差。当系统进行多通道数据采集时，DMA需要配置通道的数据传输量、设置通道的优先级以及工作模式等；当采集的数据达到设定的数据大小时进入DMA中断，修改指定的标志位；然后外部程序会根据标志位对指定缓冲区的数据进行处理，针对提取出的数据同样采用滤波算法，剔除掉其中的不良数据。当控制设备出现故障时，例如电流、电压过高或者出现断路等，控制节点会立即将报警信息发送给通信节点。通信节点通过GSM/GPRS短消息将消息发送给管理员并向监控中心转发报警信息。这样不仅改善了信息反馈的通道，也提高了故障报警的效率。

通信方式与协议的制定

数据域的长度为0~8位，这里数据域的长度设为8个字节。为了便于过滤在总线传输的不相关的数据，每个节点都有其对应的ID。在数据发送的时候，数据帧的标准标识符设为接收节点的ID，而接收节点的过滤器也只过滤出标准标识符为其ID号的标准数据帧，这样接收节点只能收到发给它的数据，数据的发送和接收也就有了一定的针对性。协议的制定在3种通信方式中，只有CAN总线通信在传输数据上有较多的限制。一次传输的数据量最多也只有8个字节［10］。所以上位机与底层节点的通信信息，其长度均设为8字节。在通信协议中，为了便于区分节点的信息，协议中用2个字节表示节点的ID号。通信的协议格式如表1所示。协议中，除了数据位占3个字节以外，其余类型各占1个字节。其中，第3字节表示GPRS的ID号，第4字节为节点在CAN总线中的ID号。在同一CAN网络中，每个节点对应的GPRS的ID号均相同，通信节点对应的CAN总线上的ID号设为0，控制节点依次递增。

系统软件的设计

楼宇照明监控系统的软件部分分为上位机软件和底层驱动软件，其主要体现了系统的集中管理、远程监控和即时响应。上位机软件主要完成操作界面的设计，网络通信的实现以及数据库的存取。底层驱动软件主要用于系统功能的具体实现，包括GPRS无线通信的实现、照明控制、参数采集以及CAN通信的实现等。底层驱动软件设计包括通信节点和控制节点的软件设计，软件流程图。通信节点通过有线与无线结合的方式，完成了数据的中转功能。控制节点实现了照明控制、信息检测以及实时报警等功能。这样不仅使系统达到了远程控制的功能，而且在设备出现故障时能够让管理人员快速得知具体信息，从而缩短了设备维修的周期。

结束语

本研究介绍了CAN网络和GPRS网络结合的楼宇照明系统的设计方案。该系统结合楼宇中的实际情况，在通信网络上采用分层设计思想，很好地解决了远程通信过程中数据通信链路的建立、通信协议的实现、数据的集中管理以及信息的实时反馈，实现了稳定、便捷、高效的数据传输。该系统有效地减少了楼宇照明设备管理上的人力资源消耗，并提高了设备的维护效率，并在一定程度上减少了资源建设成本，也为照明设备的使用与管理人员的工作提供了便利。

作者：吴红生 秦会斌 毛祥根 丁亮 单位：杭州电子科技大学