摘要：系統(tǒng)采用STM32F030芯片作為主控芯片，DC/DC變換器作為充放電主電路，利用MPPT最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)，使太陽能的利用更加高效。采用SX1278芯片作為Lora通信的微處理器，實(shí)現(xiàn)路燈自組網(wǎng)后再利用集中器連接因特網(wǎng)，并開發(fā)了相應(yīng)的APP遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，通過采用多時(shí)段控制以及對(duì)路面行人的檢測，路燈智能調(diào)節(jié)亮度，實(shí)現(xiàn)路燈智能化管理和高效的能源利用。

　　關(guān)鍵詞：Lora;太陽能;路燈;智能控制

　　引言

　　隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到路燈等照明系統(tǒng)中[1-2]，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈得到了越來越廣泛的關(guān)注[3-4]，為了解決傳統(tǒng)路燈只能進(jìn)行分時(shí)段照明和人工控制的問題，本文研究設(shè)計(jì)了一種太陽能智能路燈的控制系統(tǒng)，分時(shí)段分功率的工作模式以及路況檢測功能，使得路燈對(duì)于能源的分配更加合理。同時(shí)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到太陽能智能路燈控制系統(tǒng)中，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈運(yùn)行狀況以及能源使用情況，不需要人為的報(bào)修，使路燈的維護(hù)變得更具高效、智能化。

　　1太陽能路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)通過中央處理單元控制DC/DC變換器進(jìn)行MPPT(最大功率點(diǎn)追蹤)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)到蓄電池中，同時(shí)中央處理器結(jié)合太陽能電池板的輸出電壓、內(nèi)部時(shí)鐘，對(duì)當(dāng)前光環(huán)境進(jìn)行判斷，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)充電、照明兩種模式之間的轉(zhuǎn)換。通過Lora模塊，將路燈的位置，太陽能電池板的相關(guān)信息，蓄電池的電能等信息發(fā)送到Lora集中器，再由集中器通過4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心。

　　本系統(tǒng)硬件電路采用STM32F030C8T6芯片作為核心控制器，主電路由DC/DC變換器，供電電路，采樣電路組成。由DC/DC變換器負(fù)責(zé)蓄電池的充放電。由于路燈系統(tǒng)所處環(huán)境的光強(qiáng)度基本依靠太陽光，因此設(shè)計(jì)采樣電路采集太陽能板的輸出電壓可以對(duì)當(dāng)前光環(huán)境進(jìn)行檢測，采樣電路同時(shí)對(duì)太陽能板，蓄電池以及節(jié)能燈管的電流，電壓進(jìn)行采樣。

　　Lora通信模塊負(fù)責(zé)將路燈設(shè)置的參數(shù)以及路燈運(yùn)行狀況和環(huán)境信息發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器。為滿足各個(gè)模塊工作電壓不同的需要，設(shè)計(jì)選用LM2596作為第一級(jí)穩(wěn)壓芯片，蓄電池電壓經(jīng)其輸出12V的穩(wěn)定電壓，供各個(gè)模塊使用。再通過第二級(jí)穩(wěn)壓芯片LM317，使電壓穩(wěn)定輸出3.3V。為提高穩(wěn)壓電路最大輸出功率，保證各個(gè)模塊供電穩(wěn)定，將兩個(gè)LM317模塊并聯(lián)，可增加其輸出能力。

　　2Lora通信技術(shù)

　　2.1Lora通信

　　本設(shè)計(jì)采用SX1278芯片作為Lora通信電路的控制器。SX1278芯片通過SPI協(xié)議與中央處理單元進(jìn)行通信，將內(nèi)部存儲(chǔ)器中的智能路燈各個(gè)工作模式參數(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至Lora集中器。

　　2.2組網(wǎng)方式

　　各個(gè)太陽能路燈之間通過Lora模塊相互通信，自組成網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)與集中器匯集，將數(shù)據(jù)發(fā)送至集中器，集中器根據(jù)各個(gè)路燈的唯一標(biāo)識(shí)ID對(duì)路燈進(jìn)行識(shí)別。若其中某節(jié)點(diǎn)距離集中器距離過遠(yuǎn)，導(dǎo)致集中器之間通信質(zhì)量較差，則選擇通過其他路燈作為中介，將數(shù)據(jù)及路燈唯一標(biāo)識(shí)ID打包發(fā)送至通信質(zhì)量較好的路燈，再由該路燈將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至集中器，最后發(fā)送至遠(yuǎn)程控制端。集中器與服務(wù)器通過MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport)協(xié)議進(jìn)行通信，根據(jù)不同的集中器唯一ID標(biāo)識(shí)符發(fā)布主題，對(duì)應(yīng)的集中器訂閱該主題，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)識(shí)別集中器以及集中器與APP雙向通信。

　　3軟件控制程序設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)通過控制DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)充電模式和照明模式相互轉(zhuǎn)換。將電池種類、充電模式參數(shù)和照明模式參數(shù)存儲(chǔ)在RAM中，當(dāng)接收到遠(yuǎn)程終端傳來的指令時(shí)，按照指令對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并保存。參數(shù)設(shè)定完成后，通過采樣電路讀取太陽能板和電池的電流、電壓。

　　在太陽能板輸出電壓低于設(shè)定的電壓時(shí)，若時(shí)間超過18時(shí)則視為天黑，轉(zhuǎn)換至照明模式，否則視為陰天，繼續(xù)工作在充電模式。在充電模式下，按電池種類和蓄電池的電量的設(shè)置多種合理有效的充電策略，例如鉛酸電池有浮充，快充，均流等多種模式。按照不同充電策略的參數(shù)對(duì)DC/DC變換器輸出電壓電流進(jìn)行控制，同時(shí)通過MPPT最大功率追蹤使DC/DC變換器在設(shè)定輸出電壓范圍內(nèi)以最大功率輸出。

　　對(duì)電池電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保電池不過充，科學(xué)合理的保護(hù)蓄電池的壽命。在照明工作模式下，按照設(shè)置的路燈工作模式參數(shù)，將夜晚劃分為多個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段按參數(shù)中設(shè)置的功率工作，從天黑開始進(jìn)入第一工作時(shí)段，一直延續(xù)到天亮。天亮?xí)r根據(jù)中央處理單元的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘將天亮?xí)r間保存在RAM中，連續(xù)存儲(chǔ)前一周天亮?xí)r間來預(yù)測第二天的天亮?xí)r間。

　　實(shí)時(shí)對(duì)路況進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到行人時(shí)，路燈工作在大功率照明模式，若沒有檢測到行人，則工作在低功率模式，保證基礎(chǔ)照明。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，在每天0點(diǎn)將一天累計(jì)充電電量，用電電量及光照環(huán)境等數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，在電流電壓異常時(shí)發(fā)出警報(bào)，實(shí)現(xiàn)智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使路燈的維護(hù)及管理更加人性化。

　　4終端軟件設(shè)計(jì)

　　遠(yuǎn)程終端軟件設(shè)計(jì)，通過定位系統(tǒng)定位每個(gè)路燈位置，選擇對(duì)應(yīng)路燈即可對(duì)路燈參數(shù)進(jìn)行設(shè)置以及讀取路燈數(shù)據(jù)。

　　5結(jié)束語

　　本研究設(shè)計(jì)了一種智能路燈控制系統(tǒng)，通過以STM32F030為控制單元的DC/DC變換電路實(shí)現(xiàn)太陽能充電及路燈的智能化管理，實(shí)現(xiàn)了蓄電池電能科學(xué)合理利用。利用Lora技術(shù)實(shí)現(xiàn)低功耗，遠(yuǎn)距離的路燈節(jié)點(diǎn)與集中器之間的自組網(wǎng)絡(luò)，再由集中器遠(yuǎn)程終端建立連接，通過遠(yuǎn)程終端對(duì)路燈系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了路燈的智能化，人性化的科學(xué)管理。

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　　相關(guān)刊物推薦：《照明工程學(xué)報(bào)》(CHINA ILLUMINATING ENGINEERING JOURNAL)于1992年創(chuàng)刊，是中國照明學(xué)會(huì)主辦的全國性學(xué)術(shù)刊物，被中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫、中國數(shù)字化期刊群、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫、中國學(xué)術(shù)期刊文摘、中郵閱讀網(wǎng)等收錄，2009年入選為中文核心期刊，2012年入選中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫。CN 11-3029/TM，ISSN 1004-440X。