LED智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計

李國楊 杜金波 張婕 王學(xué)文

摘?要：LED智能路燈控制系統(tǒng)是一種針對傳統(tǒng)路燈和城市公共照明管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級的新型照明系統(tǒng)。該路燈系統(tǒng)以兼容性好、價格低廉的STM32C8T6單片機為主控芯片，利用ESP8266進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以光敏電阻為最基本元件使用數(shù)模轉(zhuǎn)換控制路燈亮度。用紅外探測器提高使用效率，達(dá)到節(jié)能減排綠色照明的目的。

關(guān)鍵詞：路燈控制;節(jié)能;智能化

傳統(tǒng)的路燈控制和維護(hù)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城市發(fā)展的要求。我們迫切需求一個自動化程度高、高效節(jié)能、使用維護(hù)方便的新型智能路燈系統(tǒng)，這是照明控制和管理現(xiàn)代化的必然要求。

1?系統(tǒng)概述

系統(tǒng)實現(xiàn)。利用ESP8266模塊與遠(yuǎn)程主機連接，實現(xiàn)對路燈的開關(guān)和狀態(tài)檢測。由光敏電阻通過AD模塊轉(zhuǎn)化把數(shù)據(jù)傳輸給單片機，單片機通過判斷光照亮度控制LED燈的亮滅個數(shù)，從而控制燈的亮度。當(dāng)路燈全部亮起，利用紅外傳感器判斷有無行人經(jīng)過，再次控制LED燈的亮滅個數(shù)，從而降低能耗。

2?系統(tǒng)硬件部分

2.1?主控芯片

以STM32C8T6單片機為主控芯片。除內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換模塊以外，STM32系列還提供與其他STM32微控制器相同的標(biāo)準(zhǔn)接口。這種外圍通用性提高了整個產(chǎn)品族的應(yīng)用靈活性，使開發(fā)人員能夠在多個設(shè)計中重用相同的軟件。

2.2?人體紅外感應(yīng)模塊

因為任何高于絕對溫度（-273攝氏度）的物體都會產(chǎn)生或多或少的紅外光譜，當(dāng)然，由于物體的溫度、材質(zhì)等條件不同，其光譜也會有所不同。而紅外光譜的主要特征是波長，因此紅外波長與溫度直接相關(guān)，溫度對紅外波長有很大的影響甚至決定作用。一個人的身體在正常情況下體溫大約為37攝氏度，輻射產(chǎn)生的紅外光譜波長大約為8～11微米，而熱釋電紅外傳感器（PIR）設(shè)計為剛好接收這一波段的紅外光譜，故被稱為人體紅外感應(yīng)。同時，菲涅耳透鏡的創(chuàng)新加入，一是利用它的放大和聚焦功能，二是將探測區(qū)域分成幾個亮區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的運動目標(biāo)在紅外熱像儀上以溫度變化的形式產(chǎn)生變化的熱釋光紅外信號。

2.3?外網(wǎng)鏈接模塊

我們使用WiFi技術(shù)聯(lián)網(wǎng)。在我們的日常生活中，WiFi網(wǎng)絡(luò)可以說已經(jīng)得到了普及，為我們的日常生活提供了極大的便利。WiFi主要由無線網(wǎng)卡和網(wǎng)橋組成。無線網(wǎng)卡的主要功能是轉(zhuǎn)換信號。網(wǎng)橋在媒體訪問控制層的主要功能是充當(dāng)有線局域網(wǎng)和無線工作站的角色。系統(tǒng)中使用ESP8266模塊與主機連接。ESP8266是一個非常通用的串口WIFI模塊，由Lexin公司生產(chǎn)，價格低廉，性能穩(wěn)定。該芯片可以工作在三種模式：AP模式、工作站模式和混合模式，由通用AT指令控制。

2.4?光線感應(yīng)模塊

光學(xué)傳感器采用感光電阻，實現(xiàn)了簡單的光學(xué)檢測。主要檢測路燈的打開和關(guān)閉狀態(tài)，并測量LED的故障檢測。

2.5?GPRS通信模塊

TC35i是西門子公司推出的新一代GSM無線通信模塊。該模塊可由at命令集控制，支持PDU模式和短信。此外，該模塊還具有漫游、多方通話、通訊錄等功能。有省電模式、空閑模式、呼叫模式等。基帶處理器作為TC35i的核心，主要處理模塊中的語音信號和數(shù)據(jù)信號，包括蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字信號。

2.6?多普勒微波模塊

應(yīng)用多普勒微波模塊的雷達(dá)探測，通過發(fā)射一組具有一定頻率的微波，當(dāng)物體或人體運動時，反射的微波會改變其頻率。當(dāng)物體靠近發(fā)射源時，頻率會增加。相反，當(dāng)目標(biāo)原理為發(fā)射源時，頻率會降低。通過微波檢測模塊檢測反射的微波頻率，確定是否有人體和車輛經(jīng)過。頻率的大小與物體的運動速度成線性關(guān)系，因此物體的運動速度可以通過頻率的變化規(guī)律來反映。

2.7?電源模塊

由于LED燈驅(qū)動電路和控制電路的電壓分別為24伏和3.3伏，普通市電為220伏，路燈安裝在控制燈箱中，使用過程中電壓需要轉(zhuǎn)換和降低，以提供給每個芯片和模塊使用。

3?功能實現(xiàn)

通過對當(dāng)前路況及周圍情況的分析的分析，實時控制系統(tǒng)。通過各種傳感器的信息收集和分析，判斷實際的使用情況，自動點亮路燈，無人或無車時自動關(guān)閉路燈，根據(jù)環(huán)境對燈具進(jìn)行控制。當(dāng)環(huán)境光低于設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)會自動開啟路燈，真正實現(xiàn)路燈的自控。

4?不足與展望

現(xiàn)階段智能路燈系統(tǒng)實現(xiàn)的功能仍較為單一，且未與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展相結(jié)合，設(shè)計理念仍停留在節(jié)能層面，智能化程度較低。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的的發(fā)展，萬物互聯(lián)必可實現(xiàn)，智能路燈系統(tǒng)將作為現(xiàn)代化城市不可缺少的一部分。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆靜靜，任志紅.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市路燈智慧照明控制系統(tǒng).電子技術(shù)與軟件工程，2019：2095-5650.

[2]薛維琴.LED路燈技術(shù)發(fā)展與專利分析.中國科技信息，2019：1001-8972.

[3]古智鋒.基于紅外感應(yīng)的隨行路燈系統(tǒng)設(shè)計.智度時代，2019：2094-4609.

[4]王奇.路燈節(jié)能感應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計.電子制作，2017：1006-5059.

[5]孔維賓，張中，石艷玲，等.LED路燈智能控制系統(tǒng)研究.電子制作，2018：1006-5059.

基金項目：山東省大學(xué)生科研項目：基于光敏電阻的可控亮度的自動路燈系統(tǒng)（18SSR096）;山東省大學(xué)生科研項目：智能家居系統(tǒng)（18SSR098）

*通訊作者：王學(xué)文（1994-），男，碩士研究生。