沈陽工業大學碩士學位論文 摘要 隨著城市市政建設的發展 傳統的路燈控制與維護手段已遠遠不能適應城市現代化發 展的速度 而今 已有的智能路燈控制系統大多采用半夜燈控制 造成道路照明不均勻 另一方面 我國己建成了功能完善 成熟穩定的g s m 無線數字移動通信網 其覆蓋范圍 愈來愈大 提供的信息服務也愈來愈多 其中 g s m 數據業務及短消息業務 s m s 由于其 眾多的優勢而受到越來越多的青睞 因此 本文在融合現代檢測技術 單片機控制 g s m 無線通信等各種現代信息技術的 基礎上 研制開發出了一種節能型路燈控制系統 該路燈控制系統的網絡建設依托已有的 g s m 移動通信網 使該系統充分利用了公網資源 易于構成覆蓋整個城市區域的無線監控 網絡 具有適應性好等特點 本系統由二級網絡結構組成 路燈控制柜終端以單片機為核 心 輔以各個功能模塊 軟件用c 語言實現 硬件與軟件的結合實現了系統的壓控 時控 和光控等功能 后臺監控中心用 鯽a lb 捌c 語言編寫 可實現數據接收 存儲 遠程控制 等強大功能 二者的通信由t c 3 5 t 通信模塊來完成 采用g s m 數據業務和短消息業務相結 合的方式 實現了對終端的遠程遙控和遙信 本文對節電等級的確定中 采用了模糊決策的方法 該方法對節電等級的降壓點進行 了分析計算 使降壓點的確定更科學更節能 本設計中的硬件和軟件已基本調試成功 達 到了預期的目標 此研究不僅滿足了對智能路燈控制系統的迫切需要 面且還在科研上提 出一種設計思想 采用第三方成熟的網絡 結合多種現代技術 實現遠程無線通訊的工業 監測系統 具有較強的現實意義 并為無人值守的系統開發提供了許多可借鑒的寶貴經驗 具有廣闊的發展前景 關鍵詞 g s m 遠程遙控 節能 模糊決策 t c 3 盯 節能型路燈照明智能控制系統 i n t e l l i g e n t l yc o n 仃o ls y s t e mo f e n e 聊c o n s e a t i o nl i 曲t i n g a b s t 圪l c t w mn 陀d e v c l o p m e mo ft l 圮嘶c o n 咖c d n 撼位i d i 石o n a lm e m o d so fc o n 的l l i i l ga i l d m a i l 曲i i l i i l g c 鋤n o t a d a p t o t h e 均l e o f t l l e c i t r m o d e n l i z 砸 a t l h ep r e 瓣l t t 1 1 e t e 刪q u 鼯l l 剛 t 0t h i s 妯吣o fs s b 咖i n d u d el l 圮i i l i d i l i g h tc 0 曲同l i i l ga n dt l 玲v o j t a g er e d u c i i l g 1 1 1 ef i r s tw a y c a l l 砌u 嗽t l l e l l i l i f b 咖毋o f l i g l i t 0 i l 恤婦l l a l l d 懈i i l g 恤g s m s m s t o 怕1 1 枷t m e s 孵 a i l dc o n s t 主t i i ca i o n g 面s t a i l c cm o i l i 碰n gs y s t 1i saq u i t cn e w 蛐o i o g y 鋤dg s m s m s l a v e 刪腳心a n d m 儺p e o p l e 觚o f m e i r a d v a n t a g e s t i i c r e f o r et l l i sp a p e r 舊 e l o p sal i 1 1 do fn e wi i l t e l l i g e n te i l e 嚼7c o m e r v 撕o nc o 施d ls s t 鋤 o nt i l eb a s i so f m em o d c n li 1 1 a l i o nt c d l l l l o i o g 如s u c ha sm o d 鋤d 鼬e c t i t e c h n o l o g y s i i l g l e c h i p p e dc o l p 蝴咖l l i l l g g s mw i f e l e s s 鯽姍m l i c 撕0 i la i l d t h ec o n s 咖c t i o f 掣吼e i i ln e t w o r kt a k e sa d v m l t a g eo fg s mp u b l i ci l e tr e s o u i c ef m l y 鋤di se a s t oc o v e rt h e w h o i ec 時f i d d w 1 1 i c hh 越c h a r j l 曲e r i s t i c so f9 0 0 da d a 此螄l 崎c t c 1 1 l i ss y s c i i li sc o m p o s e do f t w om m v o 暾c o m p o n e i 惦 o n ei st h ec 0 i l 仃d l l m gt e m l i i l a lw b i c hi sc o n s i s 同o f 如曲e c l l i p p c d c o m l m t c rp r i m 鰣l y 鋤de a c h 缸 c l i o nm o d i l l c 鋤d 趣跗 強r ei s 膿d i z c db ycl 粕g l l 4 9 e t l l e m b i i l a t i o no f 陀l l i r d w a r e 趾ds o f t w a 糟r e a l i z 囂s o m e 丘u l c t i o 璐 s u c h 嬲 蝣v o l t a g ec o m i l i l l 島 t i l n ec o n 的l l i i 培鋤dl i g i i c 咖l l i n g t h eo 山e ri s 蝴m i i l j t 謝n gs t a t i 0 1 1 m p i l e d i t l l s i l a lb 矧cl 鋤g u a g c 1 v t l o 辯p 0 刪缸1 c t i 徹i n c l l d 昭 c e i v i l l gd a t a s t o c i s o n g 葉鋤g e c o n 呦l 勰ds o 1 kt w oc o m p o n e t s 卸r el i i l k e db yt c 3 5 tc 0 刪m i l i c 碰 m o d l l 托晰l l l g s m d a t as e n i c e 鋤d s m s t i l es y s t e i nr e a l i z c s 撒n o t e 枷i t o t c i 豇l i n a l h lt l l i sa n i c l e t h ee n e r g yc 0 咀s e r v a 虹0 nl e e li sm a l i z c db yf h z 巧d e c i s i o i l w l l i c hc a l c i l l 砒瞎 m ep o i i i to f 印e 曜yc o 璐e a t i l e v e l n em e i l l o do f 缸巧d e c i s i i n a k e sd e f m i 吐o nt 0m e 塒m o fe 嘲c o n 溯v a t i 伽l e v e li n o s c i e l i t i 卸de 丘硎v e h 也i sd e s i g i l m el l a r d w a r ep a n 觚d t 1 1 es o 小v a r ep a nh a v eb a s i c a l l yd e b u g g c ds u c c e s s 丘1 1 l y w 1 1 i c hh 觴a c h i e v e d 也e 鋤t i c i p a t c dg o a l 沈陽工業大學碩士學位論文 t t l i s 辯 hl i o t i ym e e t st h e 煳t es y s 曬nm 嘶t o fs y s 曬n sl 唧t 餓 c d s b i l ta l p i i t s 如珊能dak i n do fd c s i g nt h o u g h t w i mt h e 吐l j 帕陀a d y m 8 d em 帕 o r ka r l dc o m b i n 血gv a 矗0 u s m o d e m 妣 1 1 1 0 l o 西 鋤詆如嘶a lc o n n d ls y s t 鋤o fl o n 哥d i s 伽髓謝礎e s sc 0 枷c a t i o n c a l i b c 麒d i z e d no 缸b 培v a l u a b l ee x p 嘶鋤c cf o i 甜l e r 嗍a n n c dw a l c h e ds y s t e ma n di m 1 7 i d e d e v e l o p i i l gp i i p c c t k 哆腫 d s g s m m 啦o t e c 蚰衄嗚e n e r 科c o 哪疊t i o n 蛔d 簿缸i 蚰 t s 1 r i i i 獨創性說明 本人鄭重聲明 所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工 作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地方 外 論文中不包含其他人已經發表或撰寫的研究成果 也不包含為獲得 沈陽工業大學或其他教育機構的學位或證書所使用過的材料 與我一同 工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表 示了謝意 簽名 星疊灸日期 絲 主 1 關于論文使用授權的說明 本人完全了解沈陽工業大學有關保留 使用學位論文的規定 即 學校有權保留送交論文的復印件 允許論文被查閱和借閱 學校可以公 布論文的全部或部分內容 可以采用影印 縮印或其他復制手段保存論 文 簽名 丞盔是 導師簽名 重二壘日期 竺z 墨 2 沈陽工業大學碩士學位論文 l 緒論 1 1 引言 隨著城市市政建設的發展 傳統的路燈控制與維護手段己遠遠不能適應城市現代化 發展的速度 城市市政建設日新月異 寬闊的街道 各種各樣的路燈給城市帶來了光明 的同時也增添了城市的夜間魅力 但是由于道路 路燈眾多 傳統的人工管理模式已經 和快速的現代化城市建設不相適應 現代計算機集控技術的發展給城市市政管理帶來了 福音 城市路燈智能控制系統是現代計算機技術運用于城市市政建設中有效且必然的產 物 實現了城市路燈系統的計算機集中控制 監測與管理 操控人員只需通過計算機即 可了解整個系統路燈的工作狀態 并可通過計算機人工或自動控制所有路燈的開關 即 便是在無人過問的情況下 系統也將嚴謹有序的工作 在各種管理自動化的大潮下 加 上我國各個城市的大規模城建 路燈控制系統必然有著廣闊的市場空間 據測算 一個 城市的街道數量大于1 0 0 條就很有必要有一套信息管理系統與之相配套來實現管理與系 統維護 而中國一定規模的市級城市非常多 因此可以肯定的是國內需求很旺盛 i l 在需求量很大的情況下 自然就增加了城市用電量的負擔 因此 節能型路燈智能 控制系統自然是很好的選擇 既實現了智能的計算機集中控制又實現了電能的節約 市電電壓是隨著城市用電量的不同而變化的 當在每天晚上的用電高峰時 市電電 壓會隨之降低 而當進入深夜以后 用電高峰過后 市電電壓則會升高 對于同樣的路 燈而言 消耗的功率就會大大的升高 造成電力資源的浪費 并且如果路燈長期工作在 高于本身額定電壓的環境下 將縮短路燈的使用壽命 因此 研發出一種把路燈的智能 控制和節能有效的結合起來的系統是很有必要的 在倡導節約型社會的今天 節能型路 燈照明智能控制系統的研發更具有現實的意義 對于單燈而言 節電率的計算式如下 p 警 1 其中 p 為單燈功率 u 為電壓 衛為單燈電阻 根據此公式計算當市電電壓分別 節能型路燈照明智能控制系統 為2 2 0 v 2 3 0 v 2 4 0 v 2 5 0 v 時 單燈的節電率 以2 2 0 v 時為標準 計算結果如表1 1 所示 表1 1 節電率表 t 曲l e l 1e l e c 研c 時c o n s e r v a n o nr a t et a b l e 上表中的節電率是按照2 2 0 v 為標準計算的 在實際情況下 一般將電壓調節在 2 0 5 v 則節電率將進一步提高 可見節電的意義所在 1 2 國內外市場此類產品的解決方案 國內此類產品在路燈照明的遠程監控方面 功能大多相近 主要通過無線通信技術 對城市中照明光源進行開啟 關閉控制 實現路燈的管理 節能方面主要采用降電壓控 制隆 分時降功率技術 對路燈實現節能阻 上述方案主要存在如下問題 有的城市采用半夜燈控制方式實現節能 l 但勢必造成道路照明不均勻 這是道 路照明設計所忌諱的 統計資料表明它是造成許多交通事故的內在因素之一 換言之 這種工作方式是以降低道路交通安全性為代價的 應該盡量避免采用 本系統融合現代檢測技術 單片機控制 g s m 無線通信等各種高新技術而研發的節 能型路燈智能控制系統 系統的網絡建設依托于已有的g s m 移動通信網 使該系統充 分利用了公網資源 易于構成覆蓋整個城市街道的路燈控制柜的無線網絡 具有控制和 數據上傳及時 適應性好等特點 1 3 課題的主要工作 通過分析目前節能型路燈智能控制系統的研究現狀 知道了存在的不足之處以及需 要解決的問題 并結合實際情況 本文開發出了一種高可靠性的智能路燈控制系統 系 沈陽工業大學碩士學位論文 統采用二級網絡結構 實現了對各個路燈控制柜的控制和控制柜運行狀態信息的遠程傳 輸 整個系統構成靈活 可靠性高 具有一定的通用性和推廣性 本文主要做了如下工 作 1 針對實際情況 采用工業級標準 設計出了系統的總體方案 并通過具體的電 路和程序實現了系統的終端機部分 用c 語言編寫單片機的程序并編譯調試 2 研究了g s m g l d b a ls y s t 鋤矗 m o b i l ec o n m i n i c 砒i o n 全球移動通信系統 短消 息業務的通信原理 掌握了a r 指令的具體功能和用法 將其應用于實際 方便 快捷 地實現了控制柜運行狀態信息的遠程傳輸 3 采用可視億語言v b 編寫了后臺軟件及相應的數據庫 入機賽面友好 功能強 大 操作人員通過后臺軟件可對各控制柜終端系統的狀態進行實時監控 有效處理終端 發送的數據 從而實現遠程控制 一3 節能型路燈照明智能控制系統 2 基于g s m 網絡的系統設計與實現 2 1g s m 網絡概述 2 1 1g s m 網絡結構與特點 g s m g o b a is y s t e mf o rm o b i l ec o m m 珈i c a l i o n 全球移動通信系統 是歐洲國家為了 創造一個統一的 完整的泛歐數字蜂窩移動通信系統 聯合歐洲2 0 多個國家的電信營運 部門 研究所和生產廠家 組成標準化委員會設計出來的 歷時約1 0 年 g s m 是迄今 為止技術最成熟 網絡最完善 商業化運營最成功 應用最廣泛的移動通信系統 己在 世界上1 0 0 多個國家和地區投入商業運行 為用戶提供覆蓋全球的漫游通信服務 成為 名副其實的 全球移動通信系統 i 川 我國的g s m 網絡始建于 9 9 3 年 經過1 0 年的發展 己經基本上建立了覆蓋全國 大多數城市和鄉鎮的g s m 網絡 通過g s m 網絡 用戶可以在全國范圍內方便地使用移 動運營商提供的語音 短信和數據通信等眾多移動業務 具有自動漫游和越區切換等功 能 g s m 系統作為一種開放式結構和面向未來設計的系統1 1 2 j 3 l 具有如下主要特點 1 頻譜效率高 由于采用了高效調制器 信道編碼 交織 均衡和話音編碼技術 等 系統具有高頻譜效率 2 容量大 每個信道傳輸帶寬增加 該系統的容量大約是模擬系統的3 5 倍 3 話音質量好 鑒于數字傳輸技術的特點以及g s m 規范中有關空中接口和話音編 碼的定義 在門限制以上時 話音質量總是達到相同水平而與無線傳輸質量無關 4 具有開放的接口 g s m 標準所提供的開放性接口 不僅限于空中接口 而且包 括網絡之間以及網絡中各種設備實體之間 與其他網絡的互連通常利用現有的標準接口 如1 s u p 或t u p 等 5 安全性好 通過s i m 卡提供用戶鑒權和對傳輸信息進行加密 6 在s i m 卡基礎上實現了漫游 漫游是移動通信的重要特征 它標志著用戶可以 從一個網絡自動進入另一個網絡 對于g s m 標準 它可以提供全球漫游 沈陽工業大學碩士學位論文 2 1 2g s m 網絡的數據傳輸與短消息 移動數據通信是在數據通信基礎上發展起來的一種通信方式 1 4 矧 g s m 的數據傳輸 業務的傳送速率為9 6 k w s 在這種方式下 通信的連接通過撥號建立 占用專門的信道 因此語音通話和其他的數據傳送 不能同時進行 其特點為 1 無線的電路交換方式 2 采取按時長計費的方式 3 成本低 短消息是g s m 中唯一不要求建立端對端路徑的業務 即使移動臺己處于電路通信 的情況下仍可進行短消息傳輸n 6 它通過信令信道傳輸信息 把要發的信息加上目標 地址先發到短消息服務中心s m s c 再由s m s c 在適當的時刻轉發給目標 即由s m s c 完成短消息的存儲和中繼功能 系統認為不同的消息彼此獨立 每個短消息的信息量限 制為1 4 0 個八位組 7 比特編碼 1 6 0 個字符 刎 利用g s m 數據傳輸業務和短消息業務的雙向傳輸性能 可方便地實現對各類設備 及警情的遠程控制和信息采集 2 即實現遙控和遙測 具有通信成本低 不受通信線 路及地區限制等特點 使用方便 2 2 系統的實現方案 2 2 1 系統結構與功能 本系統的組成為二級網絡結構 后臺監控中心和控制柜終端 其實現方案如圖2 1 所示 其中 后臺監控中心是系統的上位機部分 主要由工控計算機和通信模塊構成 內置控制柜狀態監控軟件 通過天線對整個系統進行指揮 它能對系統運行狀態及參數 等數據迸行實時采集 分析和處理 相當于整個控制系統的 大腦 部分 控制柜終端 是系統的下位機部分 主要由單片機系統組成l 它充分利用了單片機及其接口芯片 的各種資源和特長 以實現節能型智能路燈控制系統的各種功能 該電路連接著市電電 壓采集模塊 g s m 通信模塊 無線收發模塊 鍵盤顯示模塊 光控模塊 溫控模塊等部 分 通過對各種元件進行管理 實現了控制柜的現場控制以及與后臺的數據通信 后臺 監控中心與控制柜終端的數據通訊依托于g s m 通信模塊 節能型路燈照明智能控制系統 微處理 刊囂i 單元 圖2 1 基于g s m 的系統方案 f g 2 1s y s t e ms c h 啪eb a s 酣o ng s m 系統的具體功能如下 路燈控制柜為前端系統 安放在各個主要街道 市電電壓采集模塊采集市電電壓送 入a v r 單片機的a d 然后進行節電等級判斷 若滿足某節電等級的轉換 則由單片機 控制相應的繼電器 以實現節電等級的轉換 并實時的根據后臺控制中心的指令 將控 制柜的狀態上傳到后臺監控中心 后臺監控中心由工業控制計算機 g s m 通信模塊 相 應的后臺管理軟件和數據庫組成 控制柜終端的信息通過g s m 模塊與后臺監控中心雙 向通信 監控中心可遠程接收各控制柜的狀態信息 也可以將有關控制命令通過g s m 無線網絡平臺傳至控制柜終端 實現對控銥4 柜的遙控和遙信 后臺監控軟件在w 缸i o w s 操作系統下采用v b 語言開發而成 具有菜單操作 屏幕顯示等功能 電予地圖將顯示 各控制柜的位置 控制柜的運行狀態信息數據也將自動存入數據庫以供管理人員查詢 2 2 2 本系統的優勢 與國內同類系統相比 本系統具有如下的優勢 1 充分利用g s m 公網資源作為數據傳輸的高速通道 組網簡單 監控范圍廣 成 本低 維護簡單 免去了架設基站的高額費用 節省了大量人力 物力的投資 易于構 成覆蓋整個城市街道的無線監控網絡 2 利用短消息方式 能遠程控制控制柜的運行狀態 并且根據后臺監控中心的控 鏹 命令將節能路燈控制柜終端的運行信息上傳給后臺監控中心 使總站值守人員及相關 沈陽工業大學碩士學位論文 管理人員快捷實時地獲得各種狀態信息 3 整個系統采用工業級設計 性能穩定 擴展方便 兼容性好 系統具有數據記 憶儲存功能 不會因斷電而丟失信息 并能從后臺和現場兩種途徑設置系統 配置靈活 具有可推廣性和實用價值 4 數據信息保密可靠性高 抗干擾強 利用s i m 卡的加密功能驗證各控制框身份 設置靈活 安全性高 整個系統數據準確可靠 5 軟件集成度高 功能性好 系統的后臺中心軟件功能強大 可提供歷史數據庫 查詢等 人機界面友好 管理操作簡單方便 節能型路燈照明智能控制系統 3 監控終端的硬件模塊設計 3 1 控制柜硬件方案的確定 智能控制柜終端的功能具體為 1 控制柜對各種控制信號的采集 2 通過g s m 無 線通信系統將相關的數據上傳至監控中心 3 接收由監控中心傳來的各種指令和數據并 進行相關操作 根據智能控制柜終端系統的功能 現設計該系統的硬件框圖如圖3 1 所示 市電電壓檢測b 刮繼電器i c 叫鍵盤 顯示l 溫度傳感器b p 叫i u d d s 汜 光一b g s m 通信模塊 dt 一 1 圖3 1 系統的硬件框圖 f i 舀3 1h a r d w 勰梳l eo f m e 掣s t e m 智能控制柜終端核心部分是單片機系統 市電電壓經過整流 濾波和降壓處理后 得到小于5 v 的模擬電壓送入單片機的a d 轉換引腳 經過a d 轉換后得到的數字量與 已經設定的節電等級電壓標準進行比較 滿足哪個節電等級 則單片機通過軟件控制相 應的i o 引腳輸出高低電平 控制繼電器的動作 由此來實現對節電等級的控制 當檢 測出市電電壓在2 0 5 2 2 0 v 之間時 進入輕度節電狀態 當市電電壓在2 2 0 2 4 0 v 之間 時 進入中度節電狀態 當市電電壓在2 4 0 2 6 0 v 之間時進入深度節電狀態 當市電電 壓超過2 6 0 v 或者小于2 0 5 v 時 則自動旁路 即不實行降壓處理 時鐘芯片d s l 3 0 2 用 來實現日歷等功能 r s 一2 3 2 與g s m 通信模塊相連 用來實現與后臺監控中心的短消 息通信 溫度傳感器用來監測變壓器的工作溫度 當溫度達到6 5 時 控制相應的繼電 沈陽工業大學碩士學位論文 器動作 使風扇工作 以降低變壓器的工作溫度 對變壓器進行保護 當溫度小于6 5 時 風扇在繼電器的控制下不工作 鍵盤為4 4 鍵盤 由數字鍵o 9 和一些功能鍵組 成 用來預置節電參數和對d s l 3 0 2 進行時間設置等 顯示部分由8 個l e d 數碼管和8 個發光二極管組成 8 個u d 數碼管用來顯示預置參數 當前時間等 8 個發光二極管 用來指示智能控制系統目前的工作狀態 光敏元件用來監測戶外光線亮度等級 當環境 亮度小于1 0 l 畎時 自動開燈 當環境亮度大于2 0 l 1 1 時 自動關燈 在光控開燈的情 況下 為了防止閃電的干擾 當環境亮度大于2 0 i 胍 而且持續時間大于一分鐘后才能 開燈 這樣就大大提高了系統光控開燈的可靠性 3 2 主要器件的選擇 3 2 1 單片機的選擇 隨著技術的發展和進步 以及市場對產品功能和性能的要求不斷提高 使得作為單 片嵌入式系統的核心 單片機 朝著多功能 多選擇 高速度 低功耗 低價格 大存 儲容量和強i o 功能等方向發展 塒 a n 伍i 公司于1 9 9 7 年推出了采用先進的精簡指 令集l 塔i c 結構 性能更加優越的a m t 單片機系列 特別是近幾年里推出的a v r 高檔 m e g a 系列的單片機 其在結構 性能 可靠性等方面都獨具特色 在8 位高檔單片機中 堪稱佼佼者 該單片機正受到越來越多的工程師的喜歡 并強有力地沖擊著8 0 5 1 單片機 的市場 其推廣和應用有很大的發展前景 a n 伍l 公司的a 限是8 位單片機中第一個真正的砌s c 結構的單片機 它采用了 大型快速存取寄存器組 快速的單周期指令系統以及單級流水線等先進技術 使得a v r 單片機具有高達1 m i p s 舢時z 的高速運行處理能力 在本次設計中 單片機的任務主要是完成對經過降壓處理而采集到的市電電壓進行 模數變換 通過軟件完成對節電等級的判斷 并控制相應的繼電器進行相應的通斷動作 系統還要對一段時間內的開關燈時間及狀態進行記錄 這就涉及到e e p 烈 m 的應用 另外還要完成和外部設備的通信等功能 在m e g a 系列a 儂單片機中 a t m e g a l 2 8 是配 置全 功能強的一款 在全面了解它的硬件結構 掌握它的特性及應用 并結合此設計 9 節能型路燈照明智能控制系統 功能的要求 考慮到芯片性價比等各方面的因素 確定在本次設計中選用a t m e g a l 2 8 作為系統的核心芯片就可以滿足設計的需要 下面對a 1 1 m e g a l 2 8 做一下簡單的介紹 1 a n n e g a l 2 8 在片內集成了各種功能強大的外圍接口和通信接口 如u s m 盯 s p i 越 c w 撕h d o g r 了c i s p l a p c 和片內高精度r c 振蕩器等 熔絲位是a v r 單 片機比較獨到的特性 用戶通過配置這些熔絲位 可以固定地設置a v r 的一些性能 參 數以及i o 配置等 a r m e g a l 2 8 采用了a 1 m e i 的高密度非易失性內存技術 片內f l 勰h 可以通過s p i 接口進行在系統編程 為嵌入式系統應用提供了靈活而低成本的解決方案 2 a 1 h e g a l 2 8 的內部資源非常豐富 如下所述 1 存儲器 1 2 8 k 的可在系統 在應用 i s p m f l a s h 程序存儲器 4 k 的s r a m 4 k 的e e p r o m 并留有外部存儲器擴展接口 2 a d 轉換模塊 內部帶有8 通道的1 0 位a 仍轉換模塊 非常方便的實現模擬信 號的a d 變換 3 事件管理模塊 有兩個帶有輸入捕獲單元的1 6 位的定時器 可以實現頻率的精 確測量 4 豐富的i o 口 5 3 個可編程i o 口 可任意定義i o 口的輸入偷出方向 可直接 驅動l e d 等大電流負載 5 電源 此芯片是5 v 直流電源供電 和整個系統的供電系統一致 便于整個系統 電源的統一 6 通信接口 2 個可編程的增強型u s a r t 以實現與外部設備的通信 7 其他 還有看門狗定時器 外部中斷 實時時鐘等資源 3 2 2g s m 通信模塊的選擇 目前 在國內已經開始使用的g s m 模塊有f a j c o m 的a 2 d 系列 w 打o c 鋤的w m 0 2 系列和s i 鋤e 璐的1 3 5 系列 這些模塊的功能和用法區別不大 本設計中選用了s i e m e i l s 的1 3 5 t 下面對其進行介紹 新一代無線通信模塊t c 3 5 t 具有強大功能 可以快速可靠地實現系統短消息的傳 輸 是理想的g s m 通信模塊 3 其總體結構如圖3 2 所示 一1 0 沈陽工業大學碩士學位論文 圖3 21 3 5 t 通信模塊的總體結構 f i 昏3 2g a 瑚司s 廿1 l c t i i 障o f f c 3 5 t t c 3 5 t 模塊主要由g s m 基帶處理器 g s m 射頻模塊 供電模塊 a s i c 閃存 z 連接器 天線接口六部分組成 其中g s m 基帶處理器是核心部件 它的作用相當于一 個協議處理器 用來處理外部系統通過串口發送過來的a t 指令 涵蓋了蜂窩射頻設備 中所有的模擬和數字功能 射頻模塊部分主要實現信號的調制與解調 實現外部射頻信 號與內部基帶處理器之間的信號轉換 匹配電源為處理器以及射頻部分提供所需的電源 插座是提供給用戶的應用接口 該通信模塊的工作電壓為3 3 5 5 v 可以工作在9 0 0 m h z 和1 8 舢z 兩個頻段 所在頻段功耗分別為2 w 9 0 0 d 和1 w 1 8 0 0 m 模塊有a t 命令集接口 支持文本和p d u 模式的短消息 第三組的二類傳真 以及2 4 k 4 8 k 9 6 k 的非透明模式 此外 該模 塊還具有電話簿 多方通話 漫游檢測功能 常用工作模式有省電模式 i d l e 1 i a ik 等模式 通過獨特的4 0 引腳的z 連接器 實現電源連接 指令 數據 語音信號 及 控制信號的雙向傳輸 主要應用接口為 1 r s 一2 3 2 數據接口 標準d b 9 接口 通信模塊通過r s 一2 3 2 接口與單片機相連 2 控考9 線接口 主要有指示燈 同步信號線 電源控制線等 節能型路燈照明智能控制系統 3 聲音接口 包括耳機和麥克風的接口 各有兩組接口 第一組接口包括一個模 擬信號的麥克風輸入和一個模擬信號的耳機輸出 另一組為模擬信號的麥克風輸入和用 于手持設備的模擬信號輸出 4 s 訂卡接口 s i m s u b s c r i b e r i d e 塒t ym o d e l 用戶識別模塊 是帶有微處理器的 一種智能集成電路芯片 主要由c p u r a m r o m e e p r o m 和串行通信接口電路組 成 s 卡是數字移動通信系統中不可缺少的一個重要組成部分 只有通過對s i m 卡定 義后 即在s i m 卡中存入用戶相關的數據 通過對s i m 卡鑒權 移動電話才能有效完 成與網絡設備的連接與信息交換 在接口設計或通訊過程中 我們不必考慮g s m 網絡本身的通訊方式及相關的傳輸 手段 因此系統開發對我們來說可以看作是透明的 因為短消息本身有一個完整的技術 基礎 包括提供可靠的信息收發支持 模塊具有很強大的通信功能 加上電信系統的手 機短信服務方便快捷 使得用其傳輸數據具有可能性 3 3 節電方法的實現 本設計采用的節電方式是降壓 降壓采用的是自耦降壓式調控裝置 自耦變壓器與普通變壓器的區別在于 自耦變壓器的一 二次側線圈不僅有磁的聯 系 還有電的聯系 在輸出電壓調節范圍不大時它的容量比較小 所以消耗的材料少 造價低 效率高 這類產品最大的優點是克月鼴可控硅斬波型產品產生諧波的缺陷 實現 電壓的正弦波輸出 結構和功能都很簡單 當然可靠性也比較高 目前應用的有兩種方 式 即固定抽頭方式和連續調節方式 但是 這兩種方式也分別存在技術缺陷o 1 固定多檔自耦降壓器 其核心部件是一個多抽頭的變壓器 變壓比是固定的 一般副邊有三到五個降壓抽 頭 分別降5 v l o v 1 5 v 2 0 v 等固定值 一旦接線端固定 降低電壓就是固定值 目前我們采用的就是此種降壓方式 此種降壓方式適用于不經常動作的開關場合 不適 用于頻繁切換的場合 2 1 連續調節自耦型降壓器 其工作原理是通過電刷在線圈的表面平滑移動或滾動 改變線圈的變比而調節輸出 沈陽工業大學碩士學位論文 電壓 優點是可實現無級平滑調節 調節精度高 但由于電刷調節回路是串在主回路中 因此承受的電流大 電刷接觸不良 會產生火花 引起觸點磨損 3 4 模糊決策應用于節電等級的判定 3 4 1 模糊決策評判法的建模原理 1 模糊數學簡介 1 9 6 5 年美國加利福尼亞大學控制理論專家扎德教授在 h 1 f o i m a l i a n dc 伽n d 雜志上發表了一篇創造性論文 f u z 珂s e t s 標志著模糊數 學的誕生 與其它學科一樣模糊數學也是由于實踐需要而產生的 模糊概念 或現象 處 處存在 當代科技發展的趨勢要求各個學科領域定量化和數學化 當然也迫切要求將模 糊概念或模糊現象定量化和數學化 模糊數學作為研究和處理模糊概念的數學方法便應 運而生 模糊數學是研究和處理模糊性現象的科學 模糊性是指客觀事物差異在中介過渡時 所呈現的 亦此亦彼 性 眾所周知 經典數學是以精確性為特征的 模糊數學則是與 之相反的 以模糊性為特征的 事物的模糊性并不是完全消極的和沒有價值的 在某些 情況下 用模糊的概念來處理問題甚至比用精確的方法更顯得優越 因為不確定性是客 觀事物具有的一種普遍屬性 在人類社會和各個科學領域中 人們所遇到的各種量大體 上可以分為兩大類 確定性與不確定性 不確定性又分為隨機性和模糊性 人們正是用 三種數學來分別研究客觀世界中不同的量p 7 隨機性的不確定性 也就是概率的不確定性 例如 明天有雨 擲色予出現3 點 等 它們的發生往往是一種偶然現象具有不確定性 在這里事件本身是確定的 而 事件的發生不確定 只要時間過去到了明天 明天有雨 是否會發生就變成確定了 擲 色子出現3 點 只要做一次實驗它就變成確定的了 而模糊性的不確定性 即使時間過 去了或者實際做了一次實驗 它們仍然是不確定的 這主要是因為事件本身 如 老年人 成績良好 等 是不確定的 具有模糊性 是由要領語言的模糊性產生的 概率論的產 生把數學應用范圍從必然現象擴大到偶然現象的領域 模糊數學的產生則把數學的應用 范圍從精確現象擴大到模糊現象的領域 概率論研究和處理隨機性 模糊數學則研究和 處理模糊性 節能型路燈照明智能控制系統 模糊數學不是讓數學變成模糊的東西 而是讓數學進入模糊現象區域 在許多控制 和評估過程中 以及人腦對模糊事物進行識別和判決時 模糊手段反而容易達到精確的 目的 模糊數學是一個新興的數學分支 由于它打破了傳統數學的束縛 即認識到事物 非 此即彼 的清晰性形態 又認識到事物 亦此亦彼 的過渡性形態 模糊數學從誕生至 今己經有3 0 年多年的歷史 不僅積累了非常豐富的理論成果 而且其應用幾乎涉及自然 科學與社會科學的各個領域 其實際應用廣泛涉及到國民經濟的各個領域和部門 特別 是近年來模糊理論又同神經網絡 知識工程 遺傳算法以及可靠性理論等學科相互結合 形成了幾類具有廣闊前景的研究新領域 在處理復雜事物時 科學的方法應當是精確性和可行性綜合最優的方法 任何一種 方法結果的精確性往往是以方法的復雜性為代價的 而且科學技術發展的實踐也證明 精確性和有意義性是有條件的和相對的統一 不一定越精確越好 因此模糊數學的適應 而比傳統數學更廣泛 更具有生命力和滲透力 大大擴展了數學的應用范圍 從應用方 面看 己經在迅速分散 它己用于圖像識別 天氣預報 地質地震 交通運輸 輕工紡 織 醫療診斷 信息控制 系統工程 人工智能 自動控制 企業考評 質量評定 環 境評價 人才預測和規劃 教學 科研管理評估 圖書情報分類等多方面 它還滲透到 社會科學中的經濟學 心理學 教育學 語言學 未來學 生態學 歷史學 法學 軍 文學 哲學 管理學等多種學科 并產生了一定的效果 2 模糊決策理論 決策是根據已有的信息做出各種可能的推測 判斷 并從中選 擇出最優方案 多數決策都是在模糊目標 模糊約束及模糊環境下進行的 這樣的決策 稱為模糊決策 1 決策的定義 決策是人們在科學 技術 政治 軍事 經濟 社會乃至日常生活中 無論是領導 者還是個人都普遍存在的一種行為 通俗地說 決策就是決定的意思 領導者在管理工 作中的主要職責是決策 決策的正確與否關系到國家的興亡 事業的成敗以至于個人的 命運 由于企業管理者的失策 會使企業虧損甚至垮臺 由于教練的失策 會導致雖具 優 1 4 沈陽工業大學碩士學位論文 勢 頌目 卻在比賽中敗北 在我們個人的日常生活中 早上起來后 穿什么衣服 諸如此類的許多瑣碎事情都 包含著決策過程 決策是為了達到特定的目標 根據客觀條件及可能性 在己獲得的信息和取得經驗 的基礎上 采用一定的科學理論 技術與方法 對影響目標的多種因素進行分析 計算 和判斷 在至少兩種方案或多種方案中通過優選給出最后的決定 關于決策還沒有統一的定義 美國著名科學家h a 西蒙認為 管理就是決策 h 艾 伯斯認為 決策有廣義和狹義之分 狹義的說 進行決策是在幾種行為方案中做出選擇 廣義的說 決策還包括做出最后抉擇之間必需進行的一切活動 2 決策因素及其模糊性 決策是由人做出的 因此作為決策系統中的人是決策的主體 決策必須至少有一個 期望達到的目標 必須至少有兩個可供選擇的可行方案 一種方案是具有有限個明確方 案 另一種是受約束條件限制 有不明確的方案 現考慮一個陰天的早上決策是否要帶雨傘的問題 結果無非是有雨或無雨 因此 有帶傘或不帶傘兩種選擇 做決策時 可以像對待以往相似天氣那樣簡單處理 亦可像 來自氣象臺的大規模氣象分析那樣復雜 不管根據哪種信息 它們都帶有一定程度的不 確定性 模糊性 對于表現為隨機性的確定性 就要通過概率論加以研究 對于模糊性 的信息 就要用模糊數學加以研究 實際上我們面臨的多數決策都是在目標 約束以及一系列行動等沒有準確的規定環 境下進行的 它們都具有模糊特征 一切決策首先必須確定目標 然而要精確的描述某 一目標往往極為困難 因此需要研究具有普遍意義的模糊目標問題 例如 提高服務質 量 作為目標 究竟在多大程度上達到了目標 其評價標準由決策者主觀確定 利用模 糊集合的隸屬函數利于評價 便于選出最佳方案 約束條件 在選擇方案中也有兩種 一種是嚴格的 絕對不允許含糊的約束 如 溫 度絕對不允許超過7 5 另一種則是彈性的 軟 約束 如住房附帶要求 交通方便 這樣的條件 就是模糊決策 節能型路燈照明智能控制系統 決策時可供選擇的方案稱策略 它是一個集合 對策略集合而言 不模糊的清晰的 約束條件規定了一個經典子集 而模糊的或軟的約束 則對應一個模糊子集 3 1 模糊決策的基本思想 在決策過程中 可供選擇的方案構成了一個策略集合 該策略集合中蘊含著要選定 的目標 在需要決策時 各種環境條件往往存在著由隨機性和模糊性導致的多種不確定 因素 當目標清晰時 這對決策的策略集合由能達成目標和不能達成目標的兩個經典子集 構成 界域分明 能達成目標的子集和能滿足約束條件的子集的交集 便是最佳策略集 這種思想 可以推廣用于解決具有模糊目標和模糊約束的決策問題 模糊決策的數學基本思想是 設策略集j 缸 能滿足模糊目標的策略集為g 滿 足模糊約束的策略集為c 他們均為j 的模糊子集 理想策略d 為g 與c 的交集 即 臚g n c 將隸屬函數 為最大值的理想策略稱為最大化策略d 表示為 d 缸o xl 盧d oo m a x d 3 1 因為模糊目標和模糊約束對于決策的本質作用是相同的 所以模糊目標和模糊約束 都作為策略集x 上的模糊子集來處理 3 s j 4 隸屬函數的確定方法 對于如何建立隸屬函數 一開始就引起了模糊數學界的充分重視 國內外的研究工 作者做了大量的工作 取得了一定的成績 目前已經提出了不少的方法 由于這些方法 從不同的側面 根據不同的需要提出的 各又側重 因此不一一介紹 下面主要介紹一 下本次設計所用的方法即指派方法 所謂指派方法就是根據問題的性質套用現成的某些形式的模糊分布 然后根據測量 的數據確立分布中包含的參數 總之 隸屬函數或隸屬度多由人們的評判做出 因而帶有或多或少的主觀性 為了 客觀 真實的反映隸屬度 減少誤差 就應廣泛收集各有關人員的評估意見 并加以科 學的綜合 從實踐效果中進行反饋 不斷校正自己的認識以達到預定目標 隸屬函數的 1 6 沈陽工業大學碩士學位論文 確定過程 在本質上是客觀的 但也容許有一定的人為技巧評判隸屬函數是否符合實際 主要看它是否正確地反映了元素隸屬集合到不屬于集合這一交化過程的整體特性 而不 在于單個元素的隸屬度數值如何 3 4 2 模糊決策模型的建立 在本設計中 模糊目標的策略集g 為降壓后的電壓對2 2 0 v 的隸屬函數心 模糊約 束策略集c 為每一個降壓區間段對某個降壓起點的隸屬函數心 我們以2 3 0 v 2 3 5 v 為例 其他區間段的分析方法與此相同 確定 和 1 乇的確定 2 3 0 v 作為一個降壓點 其降壓等級為l o v 若規定從2 3 0 v 到2 3 5 v 均按照1 0 v 降 壓 則在每一個整數電壓值處依次降壓1 0 v 得到電壓依次為2 2 0 v 2 2 l v 2 2 2 v 2 2 3 v 2 2 4 v 2 2 5 v 若以2 3 5 v 作為降壓點 其降壓等級為1 5 v 則從2 3 0 v 到2 3 5 v 之間的 整數電壓值經降壓后的電壓值依次為2 1 5 v 2 1 6 v 2 1 7 v 2 1 8 v 2 1 9 v 2 2 0 v 由此 可畫出分別以1 0 v 和1 5 v 降壓后得到的電壓對2 2 0 v 的隸屬函數如圖3 3 所示 隸屬函數如下 比2 1 2 2 0 v o材 2 1 5 v 2 2 5 v 2 0 聲 2 1 5 v l 電2 0 v 3 2 甜 2 2 0 5 2 2 0 v 心2 5 v 其中 k 為降壓后的電壓對2 2 0 v 的隸屬函數 甜為市電電壓 1 7 節能型路燈照明智能控制系統 2 1 52 2 02 2 5 圖3 32 3 0 v 2 3 5 v 降壓后電壓對2 2 0 v 的隸屬函數 f i 昏3 3m e i l l b e r s h i pf i l l 刪 o f m 矗i 倒2 3 0 v 2 3 5 vs u b m i tt o2 2 0 v 2 心的確定 2 3 0 v 2 3 5 v 電壓區間段對2 3 0 v 的隸屬函數如圖3 4 所示 圖3 42 3 0 v 2 3 5 v 電壓對2 3 0 v 的隸屬函數 f j g 3 4m c m b 噶h i p 劬髓兩o f 2 3 0 v 2 3 5 v s u b f n i t1 02 3 0 v 隸屬函數如下 r 1甜 2 3 0 v 心 o 甜 2 3 5 v 3 3 一甜 2 3 5 5 2 3 0 v 凸z o 鬻黜甏咖 oj zl ju load j j 一 l j o z o8 l 山 e 寸口皇一o o卜n岔au oj 8 5 q n u o x k 節能型路燈照明智能控制系統 l e 是鎖存控制器端口 它把加在a b c d 端的數據譯成段驅動信號 經限流 電阻送到數碼管的段控制線上 l e 為高電平時 驅動信號被鎖存在c d 4 5 1 1 的輸出端 l e 為低電平時 信號被鎖存 由此實現靜態顯示 圖3 1 0 是一片c d 4 5 1 l 與l e d 的接口電路圖 圖3 1 0 c d l 4 5 1 l 與l e d 的接口電路 f i 舀3 1 0i l i 咖自 b e t w