基于STM32和ZigBee的智能校園路燈控制系統(tǒng)＊

劉宏偉，蔡春曉，王一鳴，龍歡臺，陳 雪

（1.桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院，廣西 桂林541004；2.桂林電子科技大學(xué)教學(xué)實踐部，廣西 桂林541004）

目前，中國校園路燈一般采用全夜燈恒照度的工作模式，控制方式為光控和人工控制等傳統(tǒng)方式，難以滿足校園照明節(jié)能的需求。基于ZigBee技術(shù)的校園路燈控制系統(tǒng)具有低成本、穩(wěn)定可靠等特點，并且能夠根據(jù)校園路燈周圍環(huán)境狀況自動開關(guān)燈，管理人員能夠根據(jù)校園路燈的運行情況進行調(diào)控，節(jié)約能耗。因此，本文設(shè)計了基于STM32嵌入式處理器和ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園智慧路燈系統(tǒng)，不僅能夠達到節(jié)能減排的目的，同時能夠推動智慧化校園的建設(shè)。

1 校園路燈的控制系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)校園路燈系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計總體方案

校園路燈智能控制系統(tǒng)主要由路燈終端、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心三部分組成。其各模塊的主要功能為：①道路情況檢測模塊。根據(jù)校園道路上行人和車輛的通行狀況，控制路燈的開啟和關(guān)閉。②無線通信傳輸系統(tǒng)模塊。校園路燈上控制設(shè)備能通過ZigBee無線通信的方式進行通信和數(shù)據(jù)傳輸，控制路燈及時點亮。③上位機監(jiān)控系統(tǒng)模塊。監(jiān)控中心能夠定期巡查校園路燈的運行狀態(tài)，并根據(jù)實際應(yīng)用需求實現(xiàn)校園路燈狀態(tài)的監(jiān)測和調(diào)控。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 主控制器電路設(shè)計

主控制器采用STM32嵌入式處理器STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M內(nèi)核STM32系列的高性能、低成本、低功耗的32位的微控制器，具有接口豐富、簡單易用、使用方便的特點。具體電路如圖2所示。根據(jù)STM32應(yīng)用手冊，一個完整的STM32最小系統(tǒng)需外接所需晶振及去耦電路，并還需有復(fù)位電路。

圖2 主控制器芯片圖

2.2 電源電路設(shè)計

主控制器STM32F103C8T6采用低功耗工作模式，工作電壓為3.3 V，因此采用AMS1117-3.3降壓芯片，具體電路如圖3所示。

圖3 3.3 V電源電路

2.3 狀態(tài)檢測與報警

狀態(tài)報警與檢測主要包括溫度感測和感光檢測兩部分內(nèi)容。

2.3.1 溫度感測模塊

由于大功率白光LED照明和驅(qū)動器發(fā)熱量都很大，所以需要一個溫度感測傳感器，實時監(jiān)控路燈的溫度，并向控制中心反映。溫度傳感器使用DSl8B20，DSl8B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一款數(shù)字溫度傳感器，具有獨特的一線接口，并且只需要一個端口即可通信。DSl8B20具有工作電路簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。

2.3.2 感光檢測模塊

ZigBee無線路燈控制器使用光敏電阻傳感器對周圍環(huán)境的光亮度進行ZigBee數(shù)據(jù)采集，具體電路如圖4所示。

圖4 光強測量電路

2.4 ZigBee模塊設(shè)計

ZigBee終端節(jié)點采用自組網(wǎng)無線通信模塊DL-LN33N，通過UART連接主控制器，具有簡單易用、方便組網(wǎng)的特點，其具體電路如圖5所示。

圖5 基于DL-LN33N的ZigBee模塊設(shè)計

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

校園路燈智能控制系統(tǒng)的軟件主要包含ZigBee節(jié)點軟件和上位機監(jiān)控軟件兩個部分，其軟件設(shè)計遵循模塊化設(shè)計思想。

ZigBee節(jié)點主要包括ZigBee路由節(jié)點和ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點。其中，ZigBee路由節(jié)點為應(yīng)用傳感器采集校園路燈環(huán)境信息并控制路燈運行的現(xiàn)場設(shè)備。ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點，與ZigBee路由節(jié)點通信，并通過串口將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C。

上位機監(jiān)控軟件主要起協(xié)調(diào)作用，首先能夠?qū)igBee節(jié)點采集到的校園路燈環(huán)境信息與運作狀態(tài)信息進行協(xié)調(diào)處理，然后通過無線傳輸模塊傳輸給上位機，并可以通過Web端查看。同時能將工作人員調(diào)控信息傳輸給ZigBee節(jié)點，控制校園路燈的運行。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)應(yīng)用STM32嵌入式處理器采集路燈周圍的相關(guān)環(huán)境參數(shù)和狀態(tài)信息，結(jié)合ZigBee技術(shù)實現(xiàn)無線傳輸，實現(xiàn)校園路燈控制系統(tǒng)的智能控制，同時可以實時監(jiān)測路燈情況。系統(tǒng)運行結(jié)果表明，該設(shè)計方案切實有效，具有一定的應(yīng)用價值。