基于STM32和ZigBee的智能校園路燈控制系統＊

劉宏偉，蔡春曉，王一鳴，龍歡臺，陳 雪

（1.桂林電子科技大學信息與通信學院，廣西 桂林541004；2.桂林電子科技大學教學實踐部，廣西 桂林541004）

目前，中國校園路燈一般采用全夜燈恒照度的工作模式，控制方式為光控和人工控制等傳統方式，難以滿足校園照明節能的需求?；赯igBee技術的校園路燈控制系統具有低成本、穩定可靠等特點，并且能夠根據校園路燈周圍環境狀況自動開關燈，管理人員能夠根據校園路燈的運行情況進行調控，節約能耗。因此，本文設計了基于STM32嵌入式處理器和ZigBee物聯網技術的校園智慧路燈系統，不僅能夠達到節能減排的目的，同時能夠推動智慧化校園的建設。

1 校園路燈的控制系統方案設計

根據校園路燈系統功能要求，系統設計方案如圖1所示。

圖1 系統設計總體方案

校園路燈智能控制系統主要由路燈終端、無線傳輸網絡及監控中心三部分組成。其各模塊的主要功能為：①道路情況檢測模塊。根據校園道路上行人和車輛的通行狀況，控制路燈的開啟和關閉。②無線通信傳輸系統模塊。校園路燈上控制設備能通過ZigBee無線通信的方式進行通信和數據傳輸，控制路燈及時點亮。③上位機監控系統模塊。監控中心能夠定期巡查校園路燈的運行狀態，并根據實際應用需求實現校園路燈狀態的監測和調控。

2 系統硬件設計

2.1 主控制器電路設計

主控制器采用STM32嵌入式處理器STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M內核STM32系列的高性能、低成本、低功耗的32位的微控制器，具有接口豐富、簡單易用、使用方便的特點。具體電路如圖2所示。根據STM32應用手冊，一個完整的STM32最小系統需外接所需晶振及去耦電路，并還需有復位電路。

圖2 主控制器芯片圖

2.2 電源電路設計

主控制器STM32F103C8T6采用低功耗工作模式，工作電壓為3.3 V，因此采用AMS1117-3.3降壓芯片，具體電路如圖3所示。

圖3 3.3 V電源電路

2.3 狀態檢測與報警

狀態報警與檢測主要包括溫度感測和感光檢測兩部分內容。

2.3.1 溫度感測模塊

由于大功率白光LED照明和驅動器發熱量都很大，所以需要一個溫度感測傳感器，實時監控路燈的溫度，并向控制中心反映。溫度傳感器使用DSl8B20，DSl8B20是DALLAS公司生產的一款數字溫度傳感器，具有獨特的一線接口，并且只需要一個端口即可通信。DSl8B20具有工作電路簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優點。

2.3.2 感光檢測模塊

ZigBee無線路燈控制器使用光敏電阻傳感器對周圍環境的光亮度進行ZigBee數據采集，具體電路如圖4所示。

圖4 光強測量電路

2.4 ZigBee模塊設計

ZigBee終端節點采用自組網無線通信模塊DL-LN33N，通過UART連接主控制器，具有簡單易用、方便組網的特點，其具體電路如圖5所示。

圖5 基于DL-LN33N的ZigBee模塊設計

3 系統軟件設計

校園路燈智能控制系統的軟件主要包含ZigBee節點軟件和上位機監控軟件兩個部分，其軟件設計遵循模塊化設計思想。

ZigBee節點主要包括ZigBee路由節點和ZigBee協調器節點。其中，ZigBee路由節點為應用傳感器采集校園路燈環境信息并控制路燈運行的現場設備。ZigBee協調器節點為網絡中心節點，與ZigBee路由節點通信，并通過串口將采集數據傳輸到上位機。

上位機監控軟件主要起協調作用，首先能夠將ZigBee節點采集到的校園路燈環境信息與運作狀態信息進行協調處理，然后通過無線傳輸模塊傳輸給上位機，并可以通過Web端查看。同時能將工作人員調控信息傳輸給ZigBee節點，控制校園路燈的運行。

4 結語

本系統應用STM32嵌入式處理器采集路燈周圍的相關環境參數和狀態信息，結合ZigBee技術實現無線傳輸，實現校園路燈控制系統的智能控制，同時可以實時監測路燈情況。系統運行結果表明，該設計方案切實有效，具有一定的應用價值。