基于STM32f103的太陽能路燈統一管理平臺搭建

陽郁為　胡仕剛　張志遠　王改義　楊昊　唐志軍

基金項目：國家自然科學基金資助項目（61674056，61875054）。

摘要：論文基于STM32f103微控制器搭建太陽能路燈統一管理平臺，對太陽能路燈的各項指標進行監測，來判斷路燈是否受損，同時結合物聯網技術和我國最新的北斗衛星對受損路燈進行精準定位，從而實現太陽能路燈的監測維護與回收利用。

關鍵詞：監測系統;蓄電池回收;物聯網;北斗衛星定位

中圖分類號：TM923文獻標識碼：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一管理與維護帶來了困難，受損的路燈不能正常照明，給來往車輛的行駛帶來不便，甚至會造成交通事故。此外太陽能路燈的蓄電池有一定的壽命，如果報廢不及時回收，其重金屬等有害物質就會流入土壤，嚴重污染環境。因此有必要搭建統一管理平臺，及時監測受損路燈并對其維護或回收利用[1]。

2系統硬件設計與實現

在該太陽能路燈監測中，單個的太陽能路燈的監測框圖如圖1所示，其中包括STM32f103微控制器，LoRa遠程通信模塊，壓敏傳感器，光敏傳感器，穩壓模塊，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出現鼓包現象，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遠程通信模塊與微控制器相連，若經過監測發現此路燈出現蓄電池電容量過低，電池鼓包，夜間電路沒有電流通過等問題需要維護，則開啟北斗定位系統，用于對需要維護的太陽能路燈進行精準定位，方便人員檢修，并且使用LoRa遠程通信模塊發送故障信息和路燈標號至上位機中;否則關閉北斗定位系統并且不使用LoRa模塊，以此減少能耗。

3軟件設計

系統主程序設計流程圖如圖2所示，對程序的詳細描述如下所述。

3.1微控制器控制整套系統每三個月工作一次，每次對太陽能路燈實行連續一天的監測，并且在一天內進行取樣檢測，即每一小時獲得一組數據，即共檢測24次。

3.2記錄每次采集到的數據。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加一，并且微控制器將所有監測數據中有電流通過與沒有電流通過的次數分別保存下來，若有電流通過的次數少于4次，則說明太陽能路燈可能出現故障。

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定的閾值，則連續接收壓敏傳感器監測的100次數據，若有90次及其以上壓敏傳感器傳給微控制器的值大于設定的閾值，則說明蓄電池發生鼓包現象[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系，可以通過開路電壓算出當前的電容量，若電容量低于某一特定值，則表明蓄電池需要更換。

3.5待一天的監測完成之后，微控制器控制LoRa模塊將監測得到的數據通過LoRa組網發送到遠端電腦上位機中。

4結論

本篇文章從理論上分析了建立起太陽能路燈統一管理平臺的可行性，給出了硬件電路的設計方案和軟件設計方案，在硬件電路設計中，我們采用STM32f103微控制器，壓敏傳感器，光敏傳感器，穩壓模塊，電流測量模塊以及蓄電池電壓測量模塊等實現了對太陽能路燈的各種故障的監測，同時利用了我國最新的北斗衛星定位技術，實現了對故障路燈的精準定位，方便維修人員及時對路燈進行維修和回收利用。基于此，政府可以和企業合作，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一管理平臺，總而實現對分布范圍廣泛的路燈高效的統一管理。

參考文獻：

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

[2]馬群.太陽能路燈智能控制系統[D].河南科技大學，2014.

[3]蘭成榮.蓄電池實時監測系統的研究與設計[D].湖南大學，2014.

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