智能路燈系統

陸咸鵬+黃天星+胡麗清+張春柳+李金露

摘 要：基于無線操作網絡的智能路燈系統，采用先進的路由終端wifi組網技術，搭建無線傳感器網絡，ESP8266為開發平臺，通過傳感器實現光線強度采集控制，路燈單獨開關控制，自動調光，分組和集體控制并帶有自動報警功能。系統采用高效率的LED光源驅動，PWM控制和無線網絡技術，太陽能發電技術，低成本控制，具有較高的現實意義和開發前景。

關鍵詞：路燈；恒流驅動；WIFI

隨著社會經濟的迅速發展，城市路燈的電能消耗大，利用率低，效能不高。而隨著人們的環保節能意識的逐漸增強，提供一種減少照明時間并且節約用電，而且還可以降低管理支出的智能型路燈對城市建設顯得極為重要。因此路燈采用光能發電，采用低功耗高亮度的LED燈，運用ESP8266WIFI模塊進行系統的組網的控制，實現手機或者其他移動平臺的控制。此方式解決了傳統路燈控制方式不靈活、管理維護困難和電能資源浪費的實際問題，具有網絡覆蓋面廣、系統運行可靠、抗干擾能力強等優點，為路燈管理提供高效實用的解決方案。整個的系統方案設計是由遠程通信網絡作為基礎，為路燈控制管理提供了先進實用的解決方案，可實現路燈節能控制系統的智能化、信息化、低成本的目標，對改善路燈管理，提高節能控制成效有著重要的現實意義。

1 系統設計

本系統采用宏晶科技公司產的STC12C5A60S2的單片機芯片作為主控芯片，采用2路HC-SR501紅外人體傳感器實現覆蓋270度的探測范圍。路燈主電源采用一面單晶硅高效率太陽能板發電板，結合鋰電蓄電池組，升降壓供電模塊，可滿足控制板及路燈主體供電需求。

1.1 外部電源設計

太陽能采光電路采用一路步進電機轉軸連接太陽能板，并運用兩路光強采樣模塊，實時跟蹤太陽光強，同時驅動電機隨太陽轉動，保證采光效率最大化。

1.2 內部電源設計

蓄電池采用ANJING公司的12V7AH電池，通過一路LM2596降壓電路將12V降為5V，供STC12單片機以及ESP8266模塊工作，另一路采用XL6009升壓電路將12V升為18V供路燈驅動電路工作。

1.3 光線強度采樣電路

光線強度采樣電路主演采用龍信達LXD3537B，其靈敏度高，工作穩定，響應光譜在350nm到750nm，配合10K分壓電阻及濾波電阻組成，通過STC12單片機得AD采樣端口讀出采樣點電壓，并計算出光強。

2 系統硬件設計

每個路燈模組的硬件包括8266WIFI模塊，太陽能發電模塊，蓄電池供電模塊STC12單片機中控模塊，LED驅動電路模塊及路燈實體六個模塊組成。系統硬件結構設計圖如圖1所示。

STC12C5A60S2單片機為宏晶科技公司開發的單時鐘單片機，是高速。低功耗，抗干擾超強的新一代單片機。內部集成2路PWM，8路高速10位A/D轉換（轉換速度可達250KB/S）。片上集成1280字節RAM。其工業級工作溫度范圍-40～+85C。

ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透傳模塊，擁有業內極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術，可將用戶的物理設備連接到Wi-Fi無線網絡上，進行互聯網或局域網通信，實現聯網功能。ESP8266硬件接口非常豐富，可支持UART、IIC、PWM、GPIO、ADC等，適用于各種物聯網應用場合。最大傳輸速率為：460800bps。ESP8266支持STA/AP/STA+AP 三種模式。

LED電源驅動電路：

本智能路燈系統采用恒流驅動方式，選用集成驅動芯片GM9910B進行驅動路燈工作。GM9910B是一款平均電流模式而且恒定控制的IC芯片。使用降壓拓補結構來驅動LED路燈。GM9910B輸出電流精度可達+/-3%，無需回路補償或側面電流感應，該IC芯片的特色在于其通過間斷模式（HICCUP-MODE）電流限制來實現LED路燈短路保護，線性調光輸入和可輸出PWM調光策略。GM9910B允許10-500V的寬電壓輸入，大于90%的效率。輸出電流由10MA-1A以上。工作頻率可達300KHZ。

3 系統調光控制

3.1 路燈自檢

路燈自檢體系指到路燈開啟時間段后，路燈亮度不足或無法亮起，自檢體系開始工作。自檢系統自動檢測來自LED路燈光源的光強信號，當光強低于設定值時，可判定路燈已無法正常工作，并反饋故障信息。

3.2 自主調光

路燈正常通電工作后，系統可預設光路燈常亮值（默認PWM輸出占空比為30%）。

當環境光強度小于50LUX時，路燈系統正常通電工作。

當環境光強度在50-150LUX時，路燈系統采用PWM調光方式。

當路燈系統感應人體經過時，系統輸出PWM占空比為70%，并長亮至人體信號消失。

當環境光強大于300LUX時，路燈系統關閉，太陽能發電系統正常工作。

4 系統軟件設計

4.1 系統組網設計

路燈是整個路燈控制的核心節點。ESP8266模組負責上位機與控制核心（STC12C5A60S2單片機以及其他驅動模塊）的指令連接。首先，系統默認初始化上位機操作端和節點控制端，并由ESP8266模塊自行組織客戶端與子服務端實現總-分連接。隨后程序進入中斷循環，并實時檢測是否有來自上位機操作端的指令數據，并根據外界環境實現自我控制。

4.2 路燈終端程序設計

路燈終端是為了實現各子部分信息的傳遞。路燈光線采集控制，來自上位機操作端的控制，自我控制。路燈自行加入控制網絡，并監聽指令信息，同時進入中斷循環。

4.3 操作軟件設計

上位機控制軟件是基于JAVA編寫而成的操作端，通過互聯網通信協議并結合安信可公司的ESP8266模組，構成通訊網絡結點。上電時，路燈系統控制端自動初始化并搜索連接路燈系統控制節點。同時，STC12單片機發送指令啟動ESP8266模組。連接成功后，操作端可發送指令進行實時控制。

5 結束語

系統經測試各路燈系統節點之間0.1KM以上可視范圍之間數據傳輸，運行狀態良好。路燈運用了先進的路由搭網技術的智能路燈系統，并實現低成本的控制，不僅免去路燈布線以及搭線的安裝成本，采用高效率的太陽能發電系統，大容量蓄電池，大大節約電能的同時更加綠色環保，其高效的驅動系統，提高了能源的利用率。智能路燈系統的控制終端可由手機端控制，解決了現有系統路燈的控制平臺的不便，并實現自動調光，故障報警的多功能，具有應用價值和推廣前景。

參考文獻

[1]崔遜學，趙湛，王成.無線傳感網絡領域應用與設計技術[M].北京：國防工業出版社，2009.

[2]彭建盛，藍忠武.基于無線傳感網絡的智能路燈系統[J].廣西：河池學院報，2010.