基于STM32f103的太陽能路燈統(tǒng)一管理平臺搭建

陽郁為　胡仕剛　張志遠(yuǎn)　王改義　楊昊　唐志軍

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61674056，61875054）。

摘要：論文基于STM32f103微控制器搭建太陽能路燈統(tǒng)一管理平臺，對太陽能路燈的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，來判斷路燈是否受損，同時結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和我國最新的北斗衛(wèi)星對受損路燈進(jìn)行精準(zhǔn)定位，從而實(shí)現(xiàn)太陽能路燈的監(jiān)測維護(hù)與回收利用。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測系統(tǒng);蓄電池回收;物聯(lián)網(wǎng);北斗衛(wèi)星定位

中圖分類號：TM923文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2020）07-0082-01

Abstract：the paper is based on STM32f103 microcontroller to build a unified management platform， solar street lamps of the indicators for monitoring of solar street lamps， judge whether the street light damage， at the same time combined with Internet technology and the latest beidou satellite precise positioning for the damage to the street lamp， so as to realize the monitoring of solar street lights maintenance and recycling.

Key words：monitoring system;Battery recovery;The Internet of things;Beidou satellite positioning

1引言

現(xiàn)如今太陽能路燈的普遍推廣與使用，使得太陽能路燈幾乎遍布道路的每一個角落，其分布范圍之廣泛也給太陽能路燈的統(tǒng)一管理與維護(hù)帶來了困難，受損的路燈不能正常照明，給來往車輛的行駛帶來不便，甚至?xí)斐山煌ㄊ鹿?。此外太陽能路燈的蓄電池有一定的壽命，如果?bào)廢不及時回收，其重金屬等有害物質(zhì)就會流入土壤，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此有必要搭建統(tǒng)一管理平臺，及時監(jiān)測受損路燈并對其維護(hù)或回收利用[1]。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在該太陽能路燈監(jiān)測中，單個的太陽能路燈的監(jiān)測框圖如圖1所示，其中包括STM32f103微控制器，LoRa遠(yuǎn)程通信模塊，壓敏傳感器，光敏傳感器，穩(wěn)壓模塊，電流測量模塊以及蓄電池電壓測量模塊。

如圖1所示的蓄電池電壓測量模塊，用于在蓄電池不對太陽能路燈進(jìn)行供電時，測量蓄電池兩端的開路電壓，由于蓄電池的開路電壓與蓄電池電容量成線性關(guān)系，所以通過測量所得開路電壓，可以推算出蓄電池的電容量，若電容量低于一定值則說明蓄電池需要更換[3]。圖一中的四個壓敏傳感器用于監(jiān)測太陽能蓄電池是否鼓包，安裝于蓄電池的四周并緊貼蓄電池，若壓敏傳感器傳送給微控制器的值超過一定值則說明太陽能蓄電池已經(jīng)出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，太陽能蓄電池需要更換[2]。圖中的電流測量模塊，用于夜間檢測太陽能路燈是否正常工作，若檢測出沒有電流通過，說明路燈未亮，若有電流通過，則說明路燈正常照明[2]。圖中北斗定位模塊和LoRa遠(yuǎn)程通信模塊與微控制器相連，若經(jīng)過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)此路燈出現(xiàn)蓄電池電容量過低，電池鼓包，夜間電路沒有電流通過等問題需要維護(hù)，則開啟北斗定位系統(tǒng)，用于對需要維護(hù)的太陽能路燈進(jìn)行精準(zhǔn)定位，方便人員檢修，并且使用LoRa遠(yuǎn)程通信模塊發(fā)送故障信息和路燈標(biāo)號至上位機(jī)中;否則關(guān)閉北斗定位系統(tǒng)并且不使用LoRa模塊，以此減少能耗。

3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示，對程序的詳細(xì)描述如下所述。

3.1微控制器控制整套系統(tǒng)每三個月工作一次，每次對太陽能路燈實(shí)行連續(xù)一天的監(jiān)測，并且在一天內(nèi)進(jìn)行取樣檢測，即每一小時獲得一組數(shù)據(jù)，即共檢測24次。

3.2記錄每次采集到的數(shù)據(jù)。電流測量模塊測出有電流通過則使微控制器控制有電流通過的次數(shù)加一，若沒有電流通過時，則用微控制器控制沒有電流通過的次數(shù)加一，并且微控制器將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)中有電流通過與沒有電流通過的次數(shù)分別保存下來，若有電流通過的次數(shù)少于4次，則說明太陽能路燈可能出現(xiàn)故障。

3.3若四個壓敏傳感器傳送給微控制器的值有一個值超過設(shè)定的閾值，則連續(xù)接收壓敏傳感器監(jiān)測的100次數(shù)據(jù)，若有90次及其以上壓敏傳感器傳給微控制器的值大于設(shè)定的閾值，則說明蓄電池發(fā)生鼓包現(xiàn)象[2]。

3.4在白天，即電流測量模塊測出沒有電流通過，則微控制器控制電壓測量模塊，測出蓄電池的開路電壓，由開路電壓與蓄電池的線性關(guān)系，可以通過開路電壓算出當(dāng)前的電容量，若電容量低于某一特定值，則表明蓄電池需要更換。

3.5待一天的監(jiān)測完成之后，微控制器控制LoRa模塊將監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)通過LoRa組網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)端電腦上位機(jī)中。

4結(jié)論

本篇文章從理論上分析了建立起太陽能路燈統(tǒng)一管理平臺的可行性，給出了硬件電路的設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案，在硬件電路設(shè)計(jì)中，我們采用STM32f103微控制器，壓敏傳感器，光敏傳感器，穩(wěn)壓模塊，電流測量模塊以及蓄電池電壓測量模塊等實(shí)現(xiàn)了對太陽能路燈的各種故障的監(jiān)測，同時利用了我國最新的北斗衛(wèi)星定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對故障路燈的精準(zhǔn)定位，方便維修人員及時對路燈進(jìn)行維修和回收利用。基于此，政府可以和企業(yè)合作，以縣為單位，在每個縣級單位的中心建立起一個太陽能路燈的統(tǒng)一管理平臺，總而實(shí)現(xiàn)對分布范圍廣泛的路燈高效的統(tǒng)一管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]普平貴，黃超，王偉.太陽能路燈監(jiān)控平臺的搭建[J].通訊世界，2016（12）：223-224.

[2]馬群.太陽能路燈智能控制系統(tǒng)[D].河南科技大學(xué)，2014.

[3]蘭成榮.蓄電池實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué)，2014.

通信作者：胡仕剛（1980.9—），男，湖北咸寧人，博士/教授，從事集成電路設(shè)計(jì)研究與教學(xué)。