秦大为 李克用 冯 醒

(1.盐城师范学院实验中心，江苏盐城 224002;2.无锡市照明工程有限公司，江苏无锡 214000;3.苏州市城市照明管理处，江苏苏州 215000)

1 引言

随着城市规模逐步扩展和城市人口密度日益提高，如何实现对车站、商业广场等车流量大、人流集聚的重点区域的光照度的变化情况的24小时的实时监控，以便及时地启动相关区域路灯照明系统，对有效避免由于恶劣天气等因素引起的光照度急剧变化所导致的交通事故和社会治安事件的发生显得十分重要，其次根据上述区域的实际光照度的变化情况合理的控制路灯的开关时间也是节能环保的重要课题［1，2］。本照度计能够24小时的实时监控重点区域的光照度的变化情况并能实现远距离的无线传送数据，当光照度急剧变化时能及时通知路灯管理管理部门开关路灯，进而有效地弥补了传统路灯控制的不足。本系统的特点是适合GSM网络覆盖的所有地区，传输距离远，实时性好［3～8］。

2 技术指标和技术特点

2.1 技术指标

(1)测量范围:0 lx～1000 lx;

(2)精度范围:±2.5%;

(3)RS－232传输速率:9600bps;

(4)工作电压: ±5V;

(5)工作环境: －20℃～75℃。

2.2 技术特点

(1)系统实时性好，传输距离远，适用范围广;

(2)采用单片机控制，模块化、小型化，性价比高，抗干扰能力强，工作稳定;

(3)系统可扩展性和可维护性好，便于升级和检修。

3 系统设计

本系统主要包括信号采集电路、信号放大电路、模数转换电路、串口通信电路、液晶显示电路、数据发送电路、矩阵键盘电路、CPU控制电路以及电源电路，系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

照度传感器的输出的模拟信号经过运算放大器放大，由A/D转换器进行模数转换，A/D转换器把输出的数字信号送给单片机处理，单片机通过软件程序判断照度是否过高或过低，并通过GSM模块通知路灯管理处进行熄灯或开灯，与此同时，实时照度会显示在液晶显示器上。

3.1 硬件电路设计

3.1.1 光信号放大电路

一个线性度好、稳定度高的信号放大电路对于整个测试系统是至关重要的。它直接影响整个系统的测量精度，灵敏度、稳定性及系统的测试速度等指标。

因为光信号通常是很微弱的，转换后的电信号也非常微弱，又因为背景噪声、元器件噪声的影响，要做到精确测量有较大难度。因此，这就要求光信号放大器在所用光源的发射波长范围内具有高响应度、小的附加噪声、快的响应速率且具有能处理所需要的数据率的足够带宽。

前级放大器选用美国BB公司生产的低噪声精密运算放大器OPA111，它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定等优点，对微弱信号来讲是个较理想的前级放大器，次级运放为analog devices公司的OP07，该芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，具有低失调、高开环增益的特点，很适合弱信号放大。应用电路如图2所示，运放输出信号接到AD转换电路进行模数转换。

图2 光信号放大电路

3.1.2 通信模块电路

TC35I模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在GSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3～4.8V，当处于休眠状态时电流消耗为3.5mA，空闲状态时为25mA，发射状态为300mA左右;可传输语音和数据信号，功耗在GSM900和GSM1800频段分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35I的数据接口为CMOS电平，通过AT命令可双向传输指令和数据。它支持Text和PDU格式的短消息，本设计采用的是PDU格式。

TC35I模块有40个引脚，通过一个零阻力插座连接器引出，这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。TC35I的第1～5引脚是正电源输入脚，通常推荐值为4.2V，第6～10引脚是电源，第11、12引脚为充电引脚，可以外接锂电池，第13引脚对外输出电压共外电路使用，第14引脚为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻，用于锂电池充电保护控制。第15引脚是启动脚IGT，系统加电后为使TC35I进入工作状态，必须给IGT加一个大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1ms。第16～23引脚为数据输入/输出，分别为 DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD，tc35i模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准，它有固定的参数:8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps～115kbps之间可选，默认为9600，其中第18脚RxD0和第19脚TxD0为TTL的串口通讯脚，需要和单片机或者PC通讯。第24～29引脚为SIM卡引脚，SIM卡同TC35I是这样连接的:SIM 上的 CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC 和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35I的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。第30、31、32引脚为控制脚，其中30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。第35～38引脚为语音接口，第35、36引脚接扬声器。第37、38引脚可以接话筒来采集声音。TC35I应用电路如图3所示。

3.1.3 系统原理图

系统原理图如图4所示。

图3 通信模块TC35I电路图

图4 系统原理图

3.2 软件设计

本系统程序采用C语言编写，系统采用模块化的设计思想，主函数通过调用子函数来实现各部分功能，根据系统总体设计方案和硬件电路功能将软件程序大体分为六大块:主函数、液晶显示子函数、键盘扫描子函数、A/D转换子函数、数据处理子函数和数据发送子函数。先总体设计，再进行各功能模块的设计，主流程如图5所示。

图5 软件流程图

在一个程序中，主函数起着主导作用，主函数意味着建立一个独立进程，且该进程成为了程序的入口，对其它各个子函数进行调用，主函数的作用主要包括上电之后初始化变量、中断参数、定时器参数、显示参数等，使系统处于准备测试状态，调用各个子函数实现相应的功能，协调各个子函数之间的关系。

4 结束语

通过多个阶段的软件调试和硬件修改，本系统工作正常，经采用标准照度计与之校正其主要技术指标达到了设计的要求。在硬件设计初期，充分考虑了系统的成本和以后升级问题，在选材方面，尽量选用低价格且性能好的器件，在布线方面，为解决信号传输、电磁耦合及串扰问题，尽量扩大线距、少走平行线、减少线长、不走环行线、重要信号线间采用平行地线进行隔离等等;本系统留有了充分的扩展空间供以后升级。

［1］郭志坚.城市道路照明设计浅谈.中国科技信息，2009年1期.

［2］王士峰，赵馨，崔宇等.国产2CR型光电池工作特性及应用.长春理工大学学报 (自然科学版)，2006，26(2):14～17.

［3］谭浩强.C程序设计.清华大学出版社，2008.

［4］胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社，2004.

［5］康华生等.电子技术基础数字部分.高等教育出版社，2006.

［6］康华生等.电子技术基础模拟部分.高等教育出版社，2006.

［7］秦大为等.车载式道路照明检测系统.中国公共照明峰会交流论文，2009，9.

［8］柏业超.基于GSM模块TC35的智能门控安防系统设计.电子测量技术，2008.