基于STM32的智能路灯管理终端设计

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基于单片机控制的智能路灯控制系统设计

基于单片机控制的智能路灯控制系统设计

基于单片机控制的智能路灯控制系统设计一、本文概述随着科技的不断进步和城市化进程的加速,城市照明系统作为城市基础设施的重要组成部分,其智能化改造已成为提升城市管理水平和节能减排的重要措施。

智能路灯控制系统作为城市照明系统的核心,其设计和实现对于提高路灯的运行效率、降低能耗、增强城市照明的智能化水平具有重要意义。

本文旨在探讨基于单片机控制的智能路灯控制系统的设计方法和实现策略。

本文将介绍智能路灯控制系统的基本概念和功能需求,阐述其在城市照明中的作用和意义。

将详细分析单片机控制系统的工作原理及其在智能路灯控制中的应用,包括单片机的选型、外围设备的选择、控制算法的设计等关键技术问题。

接着,本文将重点介绍智能路灯控制系统的设计流程,包括硬件设计、软件编程、系统测试等环节,并结合实际案例,展示该系统在实际应用中的效果和优势。

本文将对智能路灯控制系统的发展趋势进行展望,探讨未来可能的技术革新和应用拓展。

通过本文的研究和分析,期望能够为相关领域的工程技术人员和研究人员提供有益的参考和启示,推动智能路灯控制系统的发展,为建设更加智能、节能、环保的城市照明系统贡献力量。

二、智能路灯控制系统总体设计本节将详细介绍基于单片机控制的智能路灯控制系统的总体设计。

该系统设计旨在实现路灯的智能化管理,提高能源利用效率,同时确保道路照明质量。

能效优化:通过精确控制路灯的开关和亮度,减少能源浪费,实现节能减排。

单片机控制单元:作为系统的核心,负责处理传感器数据,控制路灯的开关和亮度。

传感器单元:包括光强传感器和运动传感器,用于检测环境光线强度和行人车辆流动情况。

单片机根据传感器数据,通过预设的控制算法,决定路灯的开关和亮度。

通信协议:采用稳定可靠的通信协议,确保数据传输的实时性和安全性。

三、单片机控制模块设计单片机控制模块是整个智能路灯控制系统的核心部分,负责接收传感器信号、执行控制逻辑、以及驱动路灯的开关。

在本设计中,我们采用了广泛应用的STC89C52单片机作为核心控制器。

基于STM32的太阳能路灯控制系统设计

基于STM32的太阳能路灯控制系统设计

随着社会经济的繁荣发展,全国的交通网络也日趋完善,而路灯是夜间道路安全行驶的重要辅助系统之一[1].传统路灯的电能是通过铺设输电线给道路两侧的路灯提供,传统路灯的控制方式是采用分时控制、光控模式或者根据季节变化调整路灯的照明时间.一方面,传统输电线路的铺设、配电设备的安装、电能在传输过程中的损耗等都是客观存在的难题;另一方面传统单一的控制模式也无法满足人们对智慧交通的需求[2].在我们国家正在实施可持续发展的战略目标背景下,笔者提出了基于STM 32的太阳能路灯控制系统设计方案,本方案选择当下非常流行的低功耗嵌入式处理器STM 32F103ZET6为控制核心,以太阳能发电给路灯提供电能,采用声、光和红外感应等传感器全方位监控路面信息,给人们夜间或光照不足时的出行提供智能化服务.1系统结构与工作原理基于STM 32的太阳能路灯控制系统的供电系统由太阳能电池板、蓄电池和充放电管理模块等组成;控制系统由光照强度采集模块、声音采集模块、红外感应传感器模块、Zi gB ee 通信模块和报警模块等部分组成,系统框图如图1所示.系统选择意法半导体公司推出的基于Cor t ex-M 3内核的32位微处理器STM 32F103ZET6,该处理器的资源非常丰富,具有64K B SR A M 、512K BFl as h 、2个基本定时器、4个通用定时器、3个SPI 、2个I ⁃I C 、5个串口、3个12位A D C 、一个12位D A C 和112个通用I /O 口,完全能够满足系统开发需要.本系统的核心是如何在有光照时收集太阳能并转化为电能存储在蓄电池中,然后在光线不足时给太阳能路灯提供电能,我们采用充放电管理模块和处理器内部集成的12位A D 采集蓄电池的电量信息,实现蓄电池的智能管理[3].此外,本系统采用光敏传感器、声音传感器和人体红外传感器等对光强度和道路行人等道路信息进行全方位监控.当系统检测到光线充足时,熄灭路灯,系统进入充电模式;当检测到路面光线较暗,同时通过人体红外传感器检测到有行人时,系统则开启太阳能路灯;当光线较暗但是长时间没有行人时,路灯变暗或熄灭进入节能收稿日期:2019-08-07基金项目:亳州学院“嵌入式系统开发与应用”创客实验室(2017cks y02);安徽省质量工程项目“名师工作室”(2014m s gzs 170);亳州学院科研项目(B SK Y 201533)基于STM 32的太阳能路灯控制系统设计郑祥明,陈夫进(亳州学院电子与信息工程系,安徽亳州236800)摘要:针对传统路灯采用分时控制、光控模式或者根据季节调整路灯的照明时间等单一控制模式的不足提出了基于ST M 32的太阳能路灯控制系统设计方案,系统选用ST M 32F103Z ET 6为控制核心,以Z i gB ee 技术实现路灯间的组网并采用声、光和红外感应等传感器全方位监控道路信息,给人们夜间或光照不足时的出行提供智能化服务,具有一定的实践意义.关键词:ST M 32;Z i gB ee ;系统设计;智能控制中图分类号:TP368.1文献标识码:A文章编号:1673-260X (2019)11-0107-03V ol .35N o.11N ov.2019赤峰学院学报(自然科学版)J our nal of Chi f engU ni ver s i t y (N at ur al Sci enceEdi t i on )第35卷第11期2019年11月图1系统框图. All Rights Reserved.模式.Zi gB ee 通信模块则可以实现各路灯之间的通信,检测路灯的工作状态.在光线不足的情况下行人通过时,路灯可以根据行人的行走方向提前开启部分路灯,实现人来灯亮,人走灯灭的智能监控效果.2硬件电路设计2.1最小系统设计最小系统由电源模块、STM 32F103ZE T6、复位电路、时钟电路、BO O T 启动模式选择和下载电路等部分组成.其中STM 32F103ZET6是系统的CPU ,其引脚资源和分布情况如图2所示.2.2光照信息监测模块光照检测传感器模块采用灵敏型光敏电阻传感器检测光照信息,模块工作原理如图3所示,通过电位器的调节可以调节传感器的灵敏度,使用宽电压LM 393比较器,使得信号更加稳定,驱动能力强[4].本系统CPU 的PD 0端直接与模块O U T 端相连,通过PD 0端检测的高低电平情况判断环境光线亮度情况(环境光照强度较弱时,O U T 端输出高电平;光照强度较强时,O U T 端输出低电平).即,当PD 0端口检测到高电平时系统控制路灯开启,当PD 0端口检测到低电平时系统控制路灯关闭,以实现系统智能光照调节的功能.2.3声音监测模块本系统选用的声音监测模块如图4所示,该模块具有灵敏度可调,数字开关量输出,安装方便,简单易用.模块接线如表所示,当系统检测PA 0端口为高电平时表明环境声音强度较弱,当检测到PA 0端口为低电平时表明环境声音较强,以此判断环境声音强度.2.4人体红外传感器模块系统选用的是LH I 778探头设计的人体感应模块(型号为H C -SR 501),该模块具有灵敏度高、可靠性强和超低压工作模式,广泛应用于安防产品、人体感应设备和工业自动化控制中,工作原理如图5所示.人体红外感应模块接线如表2所示,当有人进入感应范围O U T 端输出高电平,人离开一段时间O U T 端输出低电平,系统C PU 通过PB0口检测高低电平的状态判断路上有无行人.2.5Zi gBee 通信模块Zi gBee 网络具有三种网络形态节点,即:C oor ⁃di nat or (中心协调器)、R out er (路由器)和End D e ⁃vi ce (终端节点).Zi gB ee 通信具有低成本、低功耗、低时延、网络容量大、性能稳定和安全性高等特点[5].本系统选用的是工业级Zi gBee 模块,模块上电即图2系统CPU图3光照信息检测原理图图4声音检测模块引脚号引脚名称接线说明系统接线情况1O U T开关量输出接口(0和1),可直接与CPU I /O 口相连,也可以直接驱动继电器模块接PA 02V C C 外接3.3V -5V 电压接3.3V 电源3G N D外接G N D接系统电源地表1声音检测模块引脚说明图5人体感应工作原理图引脚号引脚名称接线说明系统接线情况1V CC 外接4.8V -20V 电压接5V 电源2O U T O U T 信号输出接PB03G N D外接G N D接系统电源地表2人体红外感应模块接线说明108--. All Rights Reserved.可自动组网,Coor di nat or自动给所有的节点分配地址,网络加入、应答等专业Zi gBee组网流程,同时利用串口进行数据传输,控制模块可存储和处理各路灯的数据信息[6].2.6报警模块系统报警模块采用的是LE D灯模拟,当系统正常工作时,绿灯点亮;当系统出现故障时,红灯闪烁. 3软件设计3.1光照信息检测模块系统具有光照检测功能,当光照充足时,路灯处于关闭状态;当光照信息不足时,再通过声音或者红外感应传感器判断是否有人,若有,则路灯开启,若没有则路灯关闭,程序流程图如图6所示.3.2声音监测模块系统具有声音检测功能,当夜间光照不足时可通过声音检测模块判断是否有人,若有人则通过处理器打开路灯,程序流程图如图7所示.3.3人体红外感应模块系统具有人体红外感应功能,能识别道路上是否有行人,再结合光照强度信息决定路灯的开合状态,程序流程图如图8所示.3.4Zi gBee通信模块系统Zi gB ee通信模块则可以实现各路灯之间的通信,在光线不足的情况下行人通过时,路灯可以根据行人的行走方向提前开启部分路灯,实现人来灯亮,人走灯灭的智能监控效果.4总结基于STM32的太阳能路灯控制系统利用Zi g⁃Bee通信模块实现路灯之间的无线通信,可以对整个路灯系统进行智能监控.同时,太阳能路灯的应用具有无须布线、使用清洁能源和维护方便等优点,具有较大的开发和应用空间.本系统目前弥补了传统路灯的按时控制的不足,可实现在光照条件不足的情况下根据路面行人的情况进行智能补光,具有一定的创新性和实用价值.由于智慧交通的发展需要,本系统还将继续优化,把太阳能路灯接入网络,实现对路面信息的网络化、可视化监控,为大家出行提供智慧化的服务.———————————————————参考文献:〔1〕梁晓梅.太阳能路灯在小城镇路灯改造中的应用[J].湖北农机化,2019(5):47.〔2〕王国义.基于物联网的太阳能路灯控制系统的研究[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2018 (6):32-35.〔3〕夏元兴,裴蕾,许瑞琦,等.太阳能路灯的运行与应用[J].中国战略新兴产业,2018(28):17.〔4〕孙天意,薛松,赵婧含等.太阳能路灯智能控制系统设计[J].科学技术创新,2018(14):176-177.〔5〕黄梓龙.浅谈智能式LED太阳能路灯控制器的设计[J].科学技术创新,2018(3):128-129.〔6〕张银蒲.基于Z i gB ee技术的太阳能路灯控制系统设计[J].仪器仪表与分析监测,2015(3):18-20.图6光照信息检测流程图图7声音检测流程图图8人体红外感应模块程序流程图109. All Rights Reserved.。

stm32照明系统课程设计

stm32照明系统课程设计

stm32照明系统课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解STM32微控制器的基础知识,包括其内部结构、工作原理及编程方法。

2. 掌握照明系统的电路设计原理,了解不同类型照明元件的特性及应用。

3. 学习嵌入式系统设计流程,理解如何将STM32与照明系统相结合,实现智能控制。

技能目标:1. 能够运用C语言对STM32进行编程,实现对照明系统的开关、亮度调节等控制功能。

2. 能够分析并解决照明系统在实际应用中可能出现的问题,具备一定的故障排查和维修能力。

3. 培养学生的团队协作能力,通过项目实践,提高沟通、协调和解决问题的综合能力。

情感态度价值观目标:1. 激发学生对电子技术和嵌入式系统的学习兴趣,培养创新精神和实践能力。

2. 培养学生关注环保、节能理念,认识到智能照明系统在节能减排方面的重要性。

3. 增强学生的社会责任感,使他们认识到技术发展对社会进步的推动作用。

课程性质:本课程为实践性较强的课程,侧重于学生动手能力和实际操作能力的培养。

学生特点:学生具备一定的电子技术基础,对嵌入式系统有一定了解,但实际操作经验不足。

教学要求:注重理论与实践相结合,以项目为导向,引导学生主动探究,培养学生的创新能力和实践能力。

通过课程学习,使学生能够独立完成照明系统的设计、编程和调试工作。

二、教学内容1. STM32微控制器基础知识:包括STM32内部结构、工作原理、编程接口等,对应教材第二章内容。

2. 照明系统电路设计原理:介绍照明元件、电路拓扑及控制方法,对应教材第三章内容。

3. 嵌入式系统设计流程:讲解嵌入式系统设计步骤、开发工具及调试方法,对应教材第四章内容。

4. C语言编程实践:以STM32为平台,进行C语言编程实践,实现照明系统的控制功能,对应教材第五章内容。

5. 照明系统项目实践:分组进行项目实践,完成照明系统的设计、编程、调试和优化,对应教材第六章内容。

教学内容安排:第一周:STM32微控制器基础知识学习。

基于STM32的智能交通灯系统设计

基于STM32的智能交通灯系统设计

基于STM32的智能交通灯系统设计智能交通灯系统是一个基于STM32的控制系统,旨在改善交通流量管理和道路安全。

它利用STM32的高性能微控制器和实时操作系统,提供智能化的交通信号控制,可以根据实时交通状况进行灵活调整,从而最大限度地提高交通流量并减少交通拥堵。

该系统由以下几个主要组成部分组成:1. STM32微控制器:作为系统的核心,STM32微控制器采用先进的ARM Cortex-M处理器架构和强大的计算能力,用于控制信号灯的状态和计时功能,同时可以通过与其他传感器和设备的接口进行通信。

2.交通感应器:交通感应器通常包括车辆和行人检测器。

车辆检测器使用电磁或光电等技术监测车辆的存在和通过情况,行人检测器则使用红外传感器等技术检测行人的存在。

通过与STM32微控制器的接口,感应器可以将实时交通信息传输到控制系统中进行处理。

3. 通信模块:为了实现智能化的交通信号控制,交通灯系统与其他交通系统和设备之间需要进行数据交互。

通信模块使用嵌入式网络协议,如CAN或Ethernet,与其他交通设备进行通信,以便接收实时交通信息并将交通信号优化策略传输回控制系统。

4.人机交互界面:人机交互界面通常是一个触摸屏或面板,用于设置和调整交通信号控制的参数,以及显示交通信息和各个信号灯的状态。

通过与STM32微控制器的接口,人机交互界面可以实现与控制系统的交互。

系统的工作原理如下:1.交通感应器将车辆和行人的存在和通过情况传输到STM32微控制器。

2.STM32微控制器根据收到的交通信息,结合预设的交通信号控制策略,确定各个信号灯的状态和计时。

3.STM32微控制器通过通信模块与其他交通设备进行通信,接收实时交通信息,并将交通信号优化策略传输回控制系统。

4.人机交互界面用于设置和调整交通信号控制的参数,以及显示交通信息和各个信号灯的状态。

智能交通灯系统的设计目标是提高道路交通管理的效率和安全性。

通过实时监测交通情况,并根据实际需要进行灵活调整交通信号,可以减少交通拥堵和行车事故的发生。

基于STM32的智能交通信号灯控制系统研究

基于STM32的智能交通信号灯控制系统研究

基于STM32的智能交通信号灯控制系统研究智能交通信号灯控制系统是现代城市运行与管理的重要组成部分。

传统的交通信号灯控制系统种类繁多,成本高昂,管理效率低下,难以满足城市交通发展与运行管理日益变化的需求。

基于STM32的智能交通信号灯控制系统,以其高效、可靠、智能化等优点,成为城市交通管理领域的新热点。

一、智能交通信号灯控制系统的意义智能交通信号灯控制系统是城市交通基础设施的重要组成部分。

它可以有效地控制交通车辆、行人和非机动车流量的变化,保证道路交通的安全与流畅度。

与传统的交通信号灯控制系统相比,基于STM32的智能交通信号灯控制系统在智能化、高效化、可靠性等方面具有显著优势。

在智能化方面,基于STM32的智能交通信号灯控制系统具备了传感器、无线通信、数据分析等多项技术的应用,可以通过数据采集、实时监测、自学习等方式实现交通状况的精准把握和预测分析。

该系统可以智能地提出最优交通信号配时方案,达到最大限度地利用道路交通资源,从而提高交通运行效率。

在高效化方面,基于STM32的智能交通信号灯控制系统通过快速响应变化的交通状况,实现交通信号的快速切换、信号时间的动态调整等方式,确保道路交通的流畅性和安全性。

同时,系统具备高精度的计算能力和数据处理能力,可以实时监控道路交通状态,准确无误地反映实际交通状况和道路拥堵情况,为交通决策提供有力依据。

在可靠性方面,基于STM32的智能交通信号灯控制系统采用模块化结构,各个模块之间相对独立,可自行进行故障判断和故障修复,从而增强了系统的可维护性和可靠性。

同时,该系统具有严格的数据安全和隐私保护机制,确保数据的完整性和保密性,避免了数据泄露和信息损失的风险。

二、基于STM32的智能交通信号灯控制系统的设计基于STM32的智能交通信号灯控制系统主要由控制中心、信号灯控制器、传感器和通信设备等组成。

其中,控制中心作为系统的核心,负责整个系统的数据采集、监管及控制;信号灯控制器作为执行端,负责实时控制交通信号灯的切换和时间调整;传感器作为信息采集的重要手段,负责实时监测交通状况、环境情况及气象情况等;通信设备作为系统内部各个模块之间沟通的媒介,负责数据的实时传输和信息的及时共享。

基于stm32模拟路灯控制系统

基于stm32模拟路灯控制系统

模拟路灯控制系统设计摘要本设计是一种采用新一代超强抗干扰/强抗静电/高速/低功耗单片STM32为数据处理和控制的路灯照明智能系统。

该单片机实现了对路灯的亮灭控制、报警、还有定时功能。

采用节能环保的LED灯作为光源,采用科学有效的检测与控制技术,实现了光电控制、时间控制、交通情况检测、故障自动检测与报警等功能,节省了人力和电力资源,降低了系统运行成本,性价比较高。

通过光敏电阻模块检测LED故障,ULN2803芯片控制LED灯状态,利用光敏电阻原理和红外对管特性实现自动调节路灯开关状态。

关键字:STM32-cortex-m3;AbstractThis design is a new generation of powerful anti-interference / strong antistatic / high / low power single chip STM32 as the data processing and control of street lamp intelligent lighting system. The single chip microcomputer to achieve the bright lights out of control, alarm, and the timing function. The energy saving and environmental protection of the LED lamp as the light source, the use of scientific and effective detection and control technology, realize the photoelectric control, time control, traffic condition detection, automatic fault detection and alarm functions, saving manpower and electric power resources, reducing the operation cost of the system, price is comparatively high. Photosensitive resistance through fault detection module LED, ULN2803 chip control LED lamp status, use of photosensitive resistance theory and infrared tube characteristics to realize automatic adjustment of road lamp switch state.Keywords: STM32-cortex-m3;目录一、总体方案思路及其设计 (3)1.1、检测物体移动方案设计 (3)1.3、时钟显示方案的设计 (3)1.4、控制部分方案的设计 (3)二、系统理论分析与功能模块设计 (4)2.1 、驱动电路原理分析 (4)2. 2、CPU核心控制模块 (5)2.3 、时钟控制模块 (6)2.4 、按键模块 (7)2.4、光电检测模块 (8)2.5光敏检测模块 (8)三、系统测试 (10)3.1使用测量工具 (10)3.2部分测试指标 (10)三、软件设计 (9)3.1. 软件流程 (11)3.2. 软件子程序 (11)四、系统实现的功能. (12)4.1. 路灯的工作模式 (12)五、结束语 (13)附件1:系统程序 (13)附件2:系统总原理图 (41)一、总体方案思路及其设计本模拟路灯控制系统的设计方案要实现的主要功能主要分解为以下五个方面:一是时钟功能及定时开关灯。

基于STM32f10x的LED路灯智能化控制系统开发研究

基于STM32f10x的LED路灯智能化控制系统开发研究
关键词:S T M3 2 f l 0 x; L E D路 灯 ;智能化控 制
中图分类号 : T P 2 7 3 + . 2 文献标 志码 : A
Re s e a r c h o n I n t e l l i g e n t Co n t r o l S y s t e m De v e l o p me n t o f t h e LED Ro a d La mp Ba s e d o n S TM 3 2 f 1 0 x
Ba s e d o n t h e a b o v e r e a s o n s ,t h e a r t i c l e i n t r o d u c e s r e s o u r c e o f S TM 3 2 f 1 0 x c h i p ,d i s c u s s e s t h e a p p l i c a t i o n p r o c e d u r e o f t h e c o n t r o l s y s t e m o f c h i p d e v e l o p me n t a n d c a u t i o u s i t e ms .S y s t e ma t i c a l l y i t a n a l y z e s t h e f r a me o f LED r o a d l a mp a n d s h o ws t h e f r a me c h a r t o f p a r t o f i mp o r t a n t d r i v e n p r o c e d u r e s .
Ge n e r a l No . 8 2
文章编号: 1 0 0 8 - 7 8 2 6 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 2 9 ・ 0 6

基于STM32的路灯智能监测控制系统

基于STM32的路灯智能监测控制系统

收稿日期:2019-09-02 修回日期:2020-01-06基金项目:贵州省科技计划(黔科合支撑[2019]239号)作者简介:王凯鹏(1993-),男,硕士研究生,CCF 会员(92274G ),研究方向为嵌入式技术;姚凯学,教授,硕导,研究方向为计算机测控技术与嵌入式技术㊂基于STM32的路灯智能监测控制系统王凯鹏,姚凯学,任 莎,李路里,田旭飞(贵州大学计算机科学与技术学院,贵州贵阳550025)摘 要:目前,国内的路灯设备基本上处于人工监控的状态,因此,需要大量的人力资源进行维护和维修㊂针对以上现状,设计了一种基于STM32的路灯智能监测控制系统,将物联网技术引入到路灯设备之中,实现路灯设备上的实时故障监测与智能控制㊂系统以STM32F103ZET6单片机作为MCU,通过RS485总线实现光照强度传感器和PM2.5传感器的信号采集,用固态继电器控制路灯供电电路的通断,利用电流互感器实时监测路灯供电电路的电流状态,并通过4G 传输方式进行路灯下位机端与上位机端的信息交互㊂该系统能够实现环境数据实时读取㊁根据当前环境自动开关灯控制㊁远程手动开关灯控制和故障监测报警等功能㊂经试验验证,系统稳定可靠,采集数据准确,可以实现路灯系统的智能化控制㊂关键词:STM32F103ZET6;路灯;自动控制;故障检测;传感器;物联网技术中图分类号:TP294+.2  文献标识码:A 文章编号:1673-629X (2020)07-0120-05doi:10.3969/j.issn.1673-629X.2020.07.026Intelligent Monitoring and Control System ofStreet Lamp Based on STM32WANG Kai -peng ,YAO Kai -xue ,REN Sha ,LI Lu -li ,TIAN Xu -fei(School of Computer Science &Technology ,Guizhou University ,Guiyang 550025,China )Abstract :At present ,the domestic street lamp equipment is basically in the state of manual monitoring ,so a large number of human resources are needed for maintenance and repair.In view of the above situation ,we design an intelligent street lamp monitoring and control system based on STM 32and introduce the Internet of things technology into the street lamp equipment to realize the real -time fault monitoring and intelligent control on the street lamp equipment.With STM 32F 103ZET 6single chip microcomputer as MCU ,the system realizes the signal acquisition of light intensity sensor and PM 2.5sensor through RS 485bus ,uses solid -state relay to control the on -off of street lamp power supply circuit and current transformer to monitor the current status of street lamp power supply circuit in real time ,and carries out the information interaction between the lower computer end of street lamp and the upper computer end through 4G transmission mode.The system can realize real -time reading of environmental data ,automatic on -off light control according to the current environment ,remote manual on -off light control and fault monitoring and alarm.The test results show that the system is stable and reliable with accurate data collection ,which can realize intelligent control of street lamp system.Key words :STM 32F 103ZET 6;street lamp ;automatic control ;fault detection ;sensor ;Internet of things technology0 引 言路灯是一个城市基础设施的重要组成部分,也是人类生活中必不可少的工具㊂但目前国内的路灯设备基本上处于人工监控的状态,需要大量的人力资源进行维护和维修,其次,路灯往往不能在光线发生变化时及时调整开关状态,从而造成了巨大的能源浪费[1-6]㊂此外,由于路灯的布设环境复杂,布设地域广,在发生故障时往往难以被路灯巡检人员及时发现[7],这就造成了故障路灯难以及时得到修复,为人们的夜间出行带来了安全隐患[8]㊂随着物联网的发展,越来越多的物联网技术被运用到各行各业之中[9]㊂路灯作为城市照明的基础,直接影响着人们的生活质量,所以,使用物联网技术设计一种智能化路灯,在智慧城市的推进过程中有着重要的作用[10-12]㊂为了解决目前路灯设备存在的智能化程度低㊁人力资源需求高㊁能源浪费大㊁检修效率低等问题,文中设计了一种基于STM 32的路灯智能监测控制系统㊂该系统能够实现光照强度㊁PM 2.5等环境数第30卷 第7期2020年7月 计算机技术与发展COMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT Vol.30 No.7July 2020据的采集,根据光照强度和时间进行自动开关路灯操作,并实时监测路灯的工作状态㊂此外,该系统能够通过4G无线传输方式与上位机进行信息交互,实现远程数据传输及远程控制㊂1 系统总体设计路灯智能监测控制系统主要由六个部分组成,分别是MCU㊁环境信息采集模块㊁路灯控制模块㊁故障检测模块㊁无线通信模块和上位机管理模块㊂其中, MCU为主控制器,是系统的核心模块,环境信息采集模块负责采集各类环境数据,路灯控制模块负责控制路灯的开关,故障检测模块负责对路灯运行状态进行监测,无线通信模块负责实现上位机与下位机之间的数据通信,上位机管理模块是用户可视化的展示与控制界面㊂系统总体设计框图如图1所示㊂图1 系统总体框图在系统工作时,环境信息采集模块将采集到的环境信息上传到MCU中进行分析处理,然后MCU根据当前的环境参数对是否需要打开或关闭路灯进行判断,并通过路灯控制模块对路灯执行相应的控制操作㊂故障检测模块对路灯的工作状态进行实时监测,在监测到故障时及时向MCU发送故障信息㊂MCU将各模块上传的信息进行打包封装后通过无线通信模块上传到上位机端㊂同时,上位机也可向下位机发送控制指令使下位机完成参数的设置或执行相应的控制操作㊂2 路灯监测控制系统硬件设计系统以STM32F103ZET6单片机作为系统的MCU,外围模块包括环境信息采集模块㊁路灯控制模块㊁故障检测模块及无线通信模块㊂该硬件系统可直接嵌入现有路灯系统,对已有的路灯设备进行升级改造㊂路灯监测系统实物如图2所示㊂图2 系统硬件实物图2.1 环境参数采集模块的硬件设计环境参数采集模块包括光照强度传感器和PM2.5传感器㊂光照强度传感器使用的是BH1750FVI数字光度计,PM2.5传感器使用的是SDS011激光型PM2.5传感器㊂由于传感器的放置位置与MCU的距离较远,普通的TTL信号容易出现衰减和干扰,为了保证数据传输的准确性及稳定性,系统中对这两种传感器进行了二次开发,即在传感器上设计了数据信号处理模块㊂光照传感器的数据信号处理模块的处理器使用的是STC15W404AS,在该模块中使用单片机的串口1进行下载和仿真,串口2通过RS485总线接收STM32所发送的采集指令,并将封装好的传感器数据帧发送给数据处理模块,串口3通过IIC总线接收BH1750传感器采集的光照强度数据㊂PM2.5的数据信号处理模块设计与光照类似,主要功能是通过RS485总线接收MCU的采集指令,并对传感器采集的TTL信号进行打包处理后转换为RS485信号发送给MCU㊂2.2 路灯控制模块的硬件设计路灯控制模块通过MCU的IO口控制固态继电器的通断来实现路灯的开关操作㊂因为目前大多数路灯使用电源为220V的交流电,工作电流在3A以内,所以该系统选取了控制电压为3~32VDC,控制电流为5~20mA,负载电压为12~480VAC,输出电流为10A的直流控交流固态继电器作为控制器,经测试,该固态继电器能够满足实际应用场景的要求㊂由于单片机引脚输出电流的限制,直接输出电平 1”时无法正常驱动固态继电器,所以系统使用一个5 V电源引脚和一个STM32F103ZET6的PD12引脚作为固态继电器的输入引脚㊂当PD12引脚输出高电平时,固态继电器控制端的两个引脚都为高电平,无电流通过,继电器负载端断开,路灯供电电路形成断路,路㊃121㊃ 第7期 王凯鹏等:基于STM32的路灯智能监测控制系统灯处于关闭状态;反之,PD 12输出低电平时,继电器负载端连通,路灯供电电路闭合,路灯开启㊂2.3 故障检测模块的硬件设计故障检测模块的主要功能为检测路灯是否能够正常打开或关闭,并在路灯出现故障时,及时将故障信息上传到上位机端,以便检修人员及时进行修复㊂当路灯正常点亮时,路灯供电电路的电流在2A ~3A 之间,所以该模块使用了电流互感器和电磁继电器对路灯电路中的电流是否达到了正常范围进行检测㊂电流互感器感应到路灯电路中的电流后,经过1000倍的缩小后驱动电磁继电器闭合,从而使电磁继电器负载端输出一个5V 高电平,STM 32的PD 13引脚只需检测该电平的高低状态即可判定当前路灯的开关状态㊂通过系统软件中的路灯开关灯标志与实际路灯开关状态的比较,即可对路灯设备是否出现故障进行准确的判断㊂2.4 数据通信模块的硬件设计数据通信模块采用了4G 无线通信方式来保证路灯设备下位机与上位机的数据通信,4G 模块选取了USR -G 770DTU ,MCU 与4G DTU 之间设计了数据通信接口电路,用以进行不同信号类型之间的转换㊂MCU 在与4G DTU 进行通信时,首先通过SP 3232芯片将串口的TTL 信号转换为RS 232信号,然后发送给4G DTU ,最后由4G DTU 将数据转发到上位机端㊂4G DTU 在工作时使用透传模式,传输遵循TCP 协议㊂数据通信接口电路原理如图3所示㊂图3 数据通信接口原理2.5 处理器模块的硬件设计处理器模块采用基于Cortex -M 3内核的STM 32F 103ZET 6单片机作为MCU ,它的最高工作频率为72MHz ,SRAM 可达64KB ,有5个串口㊁4个通用定时器㊁2个IIC ㊁3个ADC (12位)㊁3个SPI ㊁2个DMA 控制器等资源[13-15]㊂该模块作为路灯故障监测及智能控制系统的核心,主要用来实现任务调度㊁接收与传输数据㊁发送控制指令等操作㊂该模块设计时使用了一个64K 的非易失性铁电随机存储器FM 24CL 64,该芯片可以用总线速度进行读写,用于保存用户设置的参数数据,以便在重启后能够快速自动恢复断电之前的工作状态㊂另外,在与传感器连接的接口电路中,使用了MAX 485芯片进行TTL 信号到RS 485信号的转换,然后通过RS 485总线与光照强度传感器和PM 2.5传感器的数据信号处理模块相连接,用于发送采集指令和获取传感器返回的数据㊂3 路灯监测控制系统软件设计文中路灯智能监测控制系统软件设计主要以下位机的软件设计为主,其中包括环境参数采集程序㊁路灯智能控制程序㊁故障检测程序和数据通信程序四部分㊂3.1 核心处理器程序设计系统上电后,进行初始化操作,读取铁电存储器的特定地址,检测用户是否已经设置了起止时间㊁光照阈值等参数,若未检测到参数信息,则将系统默认参数写入铁电存储器的相应地址中㊂若系统已经设置了预设参数并处于自动工作模式时,系统等待到达采集时间的时钟信号,当到达采集时间时,MCU 向光照强度传感器和PM 2.5传感器发送采集指令,并将传感器返回的数据进行解析和存储,之后系统进入休眠状态,等待下一次时钟中断唤醒㊂为了能够得到更加准确的环境㊃221㊃ 计算机技术与发展 第30卷信息,系统在采集完12次信息之后,对本组数据进行平均值㊁最大值㊁最小值和总值的计算,并以光照的平均值作为本组光照数据的代表值与之前设置的光照阈值进行比较,当光照均值小于光照阈值时,系统认为光照度不足,随后将PD12引脚置为0,使继电器负载端导通,从而打开路灯,当光照均值大于光照阈值时,系统认为光照度充足,随后将PD12引脚置为1,使继电器负载端断开,从而关闭路灯㊂在12组数据采集完毕后,最后将计算处理后本组环境数据与路灯开关状态标志通过4G DTU上传到上位机端,然后等待下一次的时钟中断唤醒㊂自动控制程序流程如图4所示㊂图4 自动控制程序流程在故障检测方面,当MCU控制路灯的开关状态发生变化后或达到数据发送时间时,系统都会读取与电流互感器相连接的PD13的引脚状态,若为高电平时则代表路灯电路中存在足够的电流,路灯处于正常打开状态,反之,则路灯处于熄灭状态㊂用该引脚的高低电平状态与系统的设置状态相比较,即可判断出路灯是否出现了故障,若出现故障,则将故障标志置为1,随后将路灯电路状态及是否有故障标志发送到上位机端㊂故障检测程序流程如图5所示㊂图5 故障检测程序流程当系统处于手动工作模式时,系统工作流程与自动模式大致相同,不同点在于手动模式下系统不会根据环境数据自动打开和关闭路灯,而是一直等待上位机的指令,按照上位机所发送的指令进行开关路灯的操作㊂3.2 通信协议设计路灯智能监测控制系统中通信协议涉及到前端数据采集控制器与上位机的通信㊂采集的环境参数有光照强度和PM2.5两种,设置操作包括模式选择㊁手动开关控制㊁光照阈值设置㊁时间段设置等,读取操作包括当前传感器数据读取㊁工作模式读取㊁已设置光照阈值读取㊁已设置时间段读取㊁当前路灯实际状态(路灯开关)等㊂字节的串行传送格式:1位起始位;8位数据位;1位停止位,无奇偶校验㊂字节存放顺序采用小端模式,即低字节存放于低位地址,低字节在前,高字节在后㊂帧是传送信息的基本单元,在该系统中,每帧由帧起始符㊁地址域㊁控制域㊁数据长度域㊁数据域㊁帧信息校验域及帧结束符等7个域组成㊂帧格式如表1所示㊂表1 通信协议中的帧格式序号字节数代码11STA(E8)22AD32C42LEN5n DATA62CRC71END(E6)㊃321㊃ 第7期 王凯鹏等:基于STM32的路灯智能监测控制系统 STA 表示帧起始符,用作标识一帧信息的开始㊂AD 表示地址域,标识当前收(发)设备的地址㊂C 表示控制域,代表要求执行的操作㊂LEN 表示长度,代表数据域中的字节总数㊂DATA 表示数据域,代表需要传输的数据㊂CRC 表示校验码,采用CRC -16循环冗余校验,校验内容为AD ㊁C ㊁LEN 和DATA ㊂END 表示帧结束符,标识一帧信息的结束㊂4摇结束语经试验,系统采集数据准确,路灯控制及时有效,未出现误操作现象,所以系统具有良好的稳定性㊂上位机光照数据查询界面如图6所示㊂图6 光照强度查询界面 重点介绍了基于STM 32的路灯智能监测控制系统的下位机部分,该系统以STM 32F 103ZET 6单片机作为核心处理器,功能模块主要包括环境参数采集模块㊁路灯智能控制模块㊁故障检测模块和数据通模块四个部分,可以实时采集光照强度和PM 2.5数据,并根据光照强度的强弱来自动开关路灯,此外,在路灯发生故障时能够及时向上位机端自动发送故障报警信号㊂系统实现了路灯的智能化控制,节省了大量的人力资源和电力资源,具有良好的实用价值㊂参考文献:[1] 陈坚强.关于城市路灯照明的现状及问题分析[J ].山东工业技术,2019(15):204.[2] 程晶姝,潘往丽,罗辉辉,等.基于单片机的智能模拟路灯控制系统[J ].软件,2019,40(3):38-40.[3] NIU Minghuan ,QIN Huibin.Design of LED street lamps in⁃telligent control system based on PIC MCU [C ]//Interna⁃tional conference on image analysis and signal processing (IASP ).Hangzhou :IEEE ,2012:1-4.[4] 朱必泽.智能控制系统在LED 路灯中的应用[J ].城市建设理论研究:电子版,2018(24):97.[5] WU Hengyu ,TANG Minli ,HUANG Guo.Design of multi -functional street light control system based on AT 89S 52sin⁃gle -chip microcomputer [C ]//International conference on industrial mechatronics &automation.Wuhan :IEEE ,2010:134-137.[6] LUO Yi ,LI Ying ,ZHAN Xu.Intelligent control system forenergy -saving of street lamp [C ]//International conference on transportation ,mechanical ,and electrical engineering (TMEE ).Changchun :IEEE 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哪 些 用 户 用 电行 为 异 常 。 这样 , 就 可 以 在 用 电 异 常 情 况
为 了方 便 监 控 人 员 随 时 了 解 监 测 数 据 ,软 件 系 统 不 仅 可 以支持大 屏幕 、 多 画面 同步显 示 , 而 且 还 可 以 实
高发前 及 时提 醒监 控 中心工 作人 员 , 智能 预警 , 防 患 于 未然。

图1 智 能路 灯 管 理 终 端原 理框 图 终 端 硬 件 设 计
2 . 1 控 制器
控 制 器采 用 S T M3 2 F1 O 3 RB T 6处 理 器 作 为 终 端 的
控制 核 心 。S T M3 2 F 1 0 3 RB T 6增 强 型 系 列 使 用 高 性 能 的 ARM C o r t e x - M3 3 2- i f T _ 的 RI S C 内 核 ,2 1 2 作 频 率 为
出) 部 分 负责控 制路 灯 断路器 。 每 台终 端 可 以控 制 和 检
用 是 当 整 个 系 统 出 现 异 常 情 况 时 , 能 即 时 快 速 地 做 出 响应 , 为 整个无 线 监测传 输 系统有 效运 行 提供保 障 。
当用 户 侧 出现 保 护 跳 闸 动 作 时 ,能 够 提 供 实 时 监 控 和报警 ; 在 用 电情况 恶化 之前 , 能够 预测 具 体 哪些地
少 维护 、 管 理费用 。 1 智 能路灯 管 理终 端构成
智能路灯管理终端主要 由 S T M3 2控 制 器 、 华 为 MG3 0 1无 线 模 块 、 RS 一 4 8 5部 分 和 开 关 量 输 入 输 出 ( 开 入开 出 ) 部 分 四部 分 组 成 。 其 中 , S T M3 2控 制 器 为 核 心 部件 , 其 通 过 华 为 MG3 0 1无 线 模 块 接 入 互 联 网 , 获 取 服务 器控 制命令 , 发 送路 灯运 行参数 到 服务 器 , 并 根 据 存 储 的参 数对路 灯 进行控 制 和保护 。 RS 一 4 8 5部 分 负 责
由于 无 线 传 输 节 点 是 剩 余 电 流 动 作 保 护 器 智 能 化
的 关 键 部 分 ,其 正 常 工 作 与 否 直 接 决 定 了监 控 中 心 能
点将 跳 闸节 点 的 用户 地址 、 户 主名 、 用 电 电能 量 、 跳 闸 时 间 等 信 息 通 过 无 线 传 输 系 统 传 送 到 监 控 中心 。 监 控 中 心 会 即 时 在 监 控 界 面上 显 示 跳 闸 的 用 户 侧 详 细 信
可 根 据 监 控 中 心 积 累 的 数 据 进 行 统 计 分 析 , 自动 筛 查 出那 些 经 常 违 规 用 电 的 用 户 。 将 用 户 的 用 电 行 为 划 分
多个 等 级 , 对 于屡 次 违规用 电的用 户 , 会 被 筛查 出来并 在 界 面 上 以 醒 目的 标 记 明 示 , 以 提 醒 监 控 中 心 工 作 人
பைடு நூலகம்
改 路 灯 的 开 关 时 间 和 发 现 故 障 都 存 在 一 定 难 度 。 笔 者
现 介绍 一 种基 于 S T M3 2的 智 能 路 灯 管 理 终 端 . 通 过 将 该 终 端 与相 应 P C终 端 和 综 合 服 务 器 相 配 合 ,可 以 实 现 路 灯 的 自动 控 制 和 远 程 控 制 , 既能 节约 能 源 。 又 能 减
区、 哪些 用户 很可 能会 违规 用 电 : 当无 线 传 输 节 点 工 作 状 况异 常 时 . 能够 及 时将信 息 提供给 工作 人员 , 及 早 检
修 , 以免 因 设 备 故 障 而 遗 漏 或 误 判 违 规 用 电 事 件 。
员 对这 些用 户进 行 重点监 控 。 另外 , 还 可 以根 据 历 史 违 规 用 电信 息 , 自动 分 析 挖 掘 出 什 么 时 间 段 内 、 哪一 片 、
时 将 严 重 的 违 规 用 电 信 息 以短 信 方 式 发 送 到 监 控 人 员
手机 上 , 以避免 遗漏 信息 给配 电网带来 安全 隐患 。
当 用 户 侧 监 测 到 剩 余 电 流 并 自动 跳 闸 时 ,监 控 节
4 . 2 无 线 传 输 节 点 工 作 监 控 状 态 监 控
和 电能 表进 行 通- N, 采集 各 路 路 灯 回路 的 电 流 、 电压 、
有功 、 无 功等参 数 。 开关量输 入 ( 开入 ) 部 分负 责采 集路 灯 断 路 器 和 其 他 相 关 设 备 的 开 关 量 ,开 关 量 输 出 ( 开
7 2 MHz ,内置高 速存 储 器
农村 电工
E l 置 圃
室 旦童丝丝
主 ‘ … 持。 : 柳 …
噶 。 1
2 0 1 5 年第 2 3卷第 1 2 期
N ON GCUN DI ANG O NG
基于 S T M3 2
( 0 5 3 5 0 0 ) 国 网河北 景县供 电公 司 张 杰
路 灯 作 为 基 础 公 共 设 施 之 一 , 对 于 保 证 城 市 基 础 测 两路 路灯 。 智 能 路 灯 管 理 终 端 原 理 框 图 如 图 1所 示 。
( 高达 1 2 8 k B的 F L AS H 和
2 0k B的 S RAM ) ,丰富 的增 强 I / O 端 口 和 连 接 到 2条
A P B 总 线 的 外 设 。 包 含 2个 1 2位 的 模 数 转 换 器 ( ADC) 、 3个 通 用 1 6位 定 时 器 和 1个 P WM 定 时器 , 还
照明 , 维 持 正常交 通秩 序 , 保 障 人 们 基 本 生 活 有 着 重 要 作用。 随 着城市 建设 的不断 发展 , 对 路 灯 系统 从 数 量 到
质 量 上 的 要 求 都 在 提 高 。 传 统 的 路 灯 控 制 方 法 多 为 集 中、 定 时控制 开关 , 既耗 费 大量 的人 力 、 物力 。 又 不 能 达 到精 确控 制 的要 求 , 当遇 到季 节 、 天气 变 化 时 , 及 时更
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