一種支持多種通信模式的智能路燈控制系統

王學勇，蔣振華，熊 烽

（中國電子科技集團公司 第三十四研究所，廣西 桂林 541004）

0 引 言

隨著我國城市化水平的不斷提高，城市的路燈照明系統也不斷發展。照明路燈是城市基礎設施的組成部分，標志著城市的成熟程度[3]。

在路燈控制系統中引入物聯網技術，采用智能化控制模式可以有效提高系統的管理維護效率，減少環境污染，并且在一定程度上也減少了政府部門的資金投入[4-6]。

1 系統設計

系統主要由無線控制器、基站、物聯網管理平臺及應用客戶端/微信小程序組成。無線控制器負責采集路燈的實時狀態信息，并將數據通過基站傳輸至管理平臺。平臺對數據進行處理分析后與應用客戶端或微信小程序進行數據交互。客戶端/微信小程序接收到交互信息后可下發節能指令，通過單燈控制器來控制路燈的開關，從而實現智能照明自動控制[7]。

1.1 硬件設計

硬件系統由電源模塊、通信模塊、CPU數據處理模塊、狀態檢測模塊、時鐘模塊、開關控制模塊以及串口調試模塊組成。采用了模塊化設計，將控制電路與通信電路分離，可以在不改變現有控制線路的情況下根據實際需求靈活選擇通信網絡。

系統CPU采用STM32系列ARM Cortex-M3閃存微控制器，具有功耗低、中斷延遲小以及調試容易等特點。NB-IoT通信模塊采用上海移遠通信技術股份有限公司的BC26NC-04-STD。BC26是一款高性能、低功耗且多頻段的無線通信模塊，尺寸僅為17.7 mm×15.8 mm×2.0 mm，能最大限度地滿足終端設備對小尺寸模塊產品的需求。而且可以提供豐富的外部接口和協議棧，支持OneNET、華為OceanConnect以及阿里云等物聯網云平臺，為網絡的選擇提供極大便利。此外，系統4G通信模塊采用上海移遠通信技術股份有限公司的EC200S-CN，支持最大下行速率10 Mb/s和最大上行速率5 Mb/s，實現了3G網絡與4G網絡的無縫切換，支持FOTA遠程升級，具有超高的性價比。EC200S-CN內置豐富的網絡協議，集成多個工業標準接口，支持標準的Mini封裝和多種驅動，可以滿足不同行業產品的應用需求。

本次設計的控制電路與通信電路使用2個FPC連接器進行連接，方便靈活更換通信模塊。FPC連接器接口定義如圖1所示。

圖1 FPC連接器接口定義圖

1.2 軟件設計

基于聯物網技術的智能路燈控制系統軟件設計主要包括終端監測軟件的設計和通信模塊的設計。系統軟件是與用戶直接接觸的應用終端，要根據用戶的需要來設計控制界面，界面要簡潔美觀。系統軟件不僅要將工作人員的控制指令實時發送給各個硬件的設備層以實現對硬件的控制，還要將下層的數據信息發回到上層軟件的控制系統[8]。無線通信模塊流程如圖2所示。

圖2 無線通信模塊流程圖

本次設計的重點是TCP連接的維護和檢測，主要包括兩個方面。一是通過AT+QISEND=[,]發送數據，定期向遠程端發送小數據包以維護和檢測TCP連接。二是通過AT+QISEND=,0發送ACK查詢。如果2 min后對方沒有收到數據，說明TCP連接存在異常，需執行AT+QICLOSE=命令關閉該連接[9,10]。

2 系統測試

本系統設計開發了控制電路板、NB通信電路板以及4G通信電路板。網絡運營商選擇中國電信，SIM卡分別為電信NB物聯網貼片卡和4G物聯網貼片卡。通過網絡將數據從路燈控制器終端傳送至中國電信CTWing物聯網平臺，再由電信物聯網平臺推送至開發的路燈監控平臺[10]。利用已經開發的微信小程序下發控制命令，通過串口線連接控制器調試串口并查看命令下發情況，從而獲取控制開關的狀態及數據回傳情況。4G版本測試結果為控制命令下發正常、狀態顯示正常以及數據回傳正常。測試情況如圖3所示。

圖3 4G版本測試情況圖

NB版本測試結果為控制命令下發正常、狀態顯示正常以及數據回傳正常。測試情況如圖4所示。

圖4 NB版本測試情況圖

經過測試，在不改變控制板線路的情況下直接更換NB和4G通信板，系統可以正常工作，各項功能均滿足要求。

3 結 論

本文詳細介紹了支持多種通信模式的智能路燈控制系統的設計，經過測試，該系統基本實現了預期目的。控制系統的硬件設備主要采用集成度高、整機功耗低且可靠性強的成熟通信模塊，易于升級和增加新業務。設備內主要軟件均可在線升級，方便后期維護。