田旭飛，姚凱學(xué)，王凱鵬，王運(yùn)峰

(貴州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,貴州 貴陽 550025)

1 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被運(yùn)用到各行各業(yè)之中，在建設(shè)智慧城市的道路上起到了關(guān)鍵性的作用。然而，我國(guó)的智慧城市建設(shè)雖有進(jìn)步，但目前的覆蓋面并不是很廣。比如缺少智能化的路燈控制系統(tǒng)，而路燈又是一個(gè)城市和農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，也是人類生活中必不可少的工具。如今大部分地區(qū)的路燈系統(tǒng)還處在傳統(tǒng)控制方式、傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)人工巡檢、傳統(tǒng)電路故障排查、傳統(tǒng)市電供電、傳統(tǒng)電力線布設(shè)、沒有統(tǒng)一的管理平臺(tái)等階段，從而造成了巨大的能源浪費(fèi)[1 - 4]。

Leccese[5]研究了使用傳感器檢測(cè)自然光環(huán)境數(shù)據(jù)來統(tǒng)一調(diào)控路燈開關(guān)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)雖然使得路燈便于管理，但只通過光照傳感數(shù)據(jù)容易受粉塵、閃電、汽車燈光、落葉等環(huán)境因素干擾，從而影響節(jié)能效果，而且控制方式單一、不靈活，也無法檢測(cè)路燈是否故障、路燈運(yùn)行狀態(tài)等信息。Bae等人[6]提出使用太陽能LED路燈來達(dá)到節(jié)能的效果，應(yīng)用支持向量機(jī)根據(jù)氣象多因子提前一小時(shí)預(yù)測(cè)太陽輻射，從而預(yù)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率和電池容量。但是，該方法沒有對(duì)路燈系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的管控、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和調(diào)光控制，所以照明亮度和時(shí)間達(dá)不到城市主干道路的要求，目前僅能用于鄉(xiāng)村、市郊等地區(qū)。譚承恒等人[7]提出了基于LoRa(Long Range)通信的太陽能路燈控制系統(tǒng)，通過LoRa模塊將路燈的位置、太陽能電池板的信息和蓄電池的電能信息發(fā)送到LoRa集中器,再由集中器通過4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心。該路燈系統(tǒng)的主要功能是通過分時(shí)段分功率的工作模式以及路況檢測(cè)進(jìn)行開關(guān)燈控制，使得路燈對(duì)于能源的分配相對(duì)合理。但是，該研究方案沒有對(duì)路燈的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)LoRa技術(shù)只是建立星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑫?huì)受到城市建筑物的干擾，沒有發(fā)揮其最大性能。

目前，我國(guó)大部分路燈系統(tǒng)還處于手動(dòng)控制、時(shí)間控制或純光照控制階段，不能在光照發(fā)生變化時(shí)或特殊情況下及時(shí)地對(duì)某一部分或某一個(gè)單燈進(jìn)行調(diào)整，會(huì)造成開關(guān)燈的時(shí)間過晚或過早，影響居民正常出行或造成巨大的能源浪費(fèi)，也達(dá)不到精準(zhǔn)控制的要求，而且也需要專職人員來控制路燈，會(huì)造成巨大的人力資源成本浪費(fèi)；其次，傳統(tǒng)路燈需要現(xiàn)場(chǎng)人工巡檢和故障排查，不能在路燈發(fā)生故障時(shí)及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)，且在故障排查以及維修時(shí)不能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，會(huì)造成故障路燈長(zhǎng)期處于故障或維修狀態(tài)，影響道路交通的暢通性，同時(shí)，也影響居民的正常出行[8,9]；再者，傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的管理平臺(tái)，不能統(tǒng)一管理所有路燈的狀態(tài)信息，從而造成路燈系統(tǒng)管理混亂，信息資源得不到整合，達(dá)不到實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)的目的，也沒有進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理及可視化。最后，傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)存在巨大的能源浪費(fèi)，根據(jù)不完全調(diào)查研究顯示，在國(guó)家整體的照明損耗當(dāng)中，城市照明系統(tǒng)大約占到30%左右，而每年在照明方面的費(fèi)用至少為上百億人民幣。而城市對(duì)路燈照明的利用率非常低，僅僅只有60%左右，這就造成了嚴(yán)重的電能浪費(fèi)[10]。

對(duì)此，本文研究了基于LoRa和STM32的路燈自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，本文系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)路燈實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、是否故障、地理位置、環(huán)境數(shù)據(jù)等信息，能夠根據(jù)實(shí)際情況提供多種控制方式，能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)路燈運(yùn)行狀態(tài)及進(jìn)行故障排查，能夠統(tǒng)一管理所有路燈。同時(shí)，本文系統(tǒng)既能最大限度提高路燈資源利用率節(jié)約電能，減少市政在路燈照明方面的成本開支，也能有效地提高路燈科學(xué)管理水平，提升路燈所在地區(qū)的形象。鑒于智慧城市的建設(shè)，道路照明管控系統(tǒng)也終將朝著智能化控制的主流趨勢(shì)發(fā)展[11,12]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于LoRa和STM32的路燈自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用了LoRa級(jí)聯(lián)組網(wǎng)模式，并將該組網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用到路燈自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)體系中，針對(duì)此架構(gòu)進(jìn)行軟硬件開發(fā)和設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)開展測(cè)試并完成調(diào)試。單個(gè)路燈系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集儀MCU(Micro Control Unit)、數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊、太陽能供電模塊、通信模塊、電路調(diào)光控制模塊、LED燈、后臺(tái)人機(jī)交互模塊等。其中，太陽能供電模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電源；MCU與電路調(diào)光控制模塊連接，對(duì)LED燈進(jìn)行開關(guān)燈和調(diào)光控制；MCU與數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊連接，實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的采集；MCU與通信模塊連接，實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)與后臺(tái)服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，其中4G通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)MCU與后臺(tái)服務(wù)器雙向數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，藍(lán)牙與串口通信主要用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和相關(guān)參數(shù)設(shè)置，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)試，LoRa通信實(shí)現(xiàn)路燈系統(tǒng)之間的組網(wǎng)和通信。

Figure 1 Structural diagram of a single street lamp system圖1 單個(gè)路燈系統(tǒng)架構(gòu)圖

Figure 2 Structural diagram of multiple street lamp systems圖2 多個(gè)路燈系統(tǒng)架構(gòu)圖

多個(gè)路燈系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。系統(tǒng)工作時(shí)，數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到STM32的MCU中進(jìn)行分析處理，然后，MCU根據(jù)當(dāng)前的參數(shù)對(duì)路燈狀態(tài)是否需要改變進(jìn)行判斷，并通過路燈控制模塊對(duì)路燈系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。其中故障檢測(cè)模塊對(duì)路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)到故障時(shí)及時(shí)向MCU發(fā)送故障信息。最后，MCU將路燈運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行打包封裝成數(shù)據(jù)幀向STM32串口發(fā)送。若該MCU攜帶的是LoRa協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)幀由4G通信模塊發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器。若該MCU攜帶的是LoRa全功能節(jié)點(diǎn)，則需要經(jīng)過LoRa網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)路由到LoRa協(xié)調(diào)器，再由4G通信模塊將數(shù)據(jù)幀發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器。同時(shí)，后臺(tái)也可向路燈發(fā)送控制指令使路燈系統(tǒng)完成相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置或執(zhí)行相應(yīng)的控制功能。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文將以STM32系列的STM32F103ZET6芯片為例，外圍模塊主要包括光照強(qiáng)度傳感器、PM2.5傳感器、電流傳感器、PWM(Pulse Width Modulation)調(diào)節(jié)電子開關(guān)控制模塊、4G通信模塊、北斗定位模塊、藍(lán)牙模塊、LoRa模塊、可充電鋰電池和LED燈等。其系統(tǒng)硬件實(shí)物如圖3所示。

Figure 3 Physical diagram of system hardware圖3 系統(tǒng)硬件實(shí)物圖

3.1 數(shù)據(jù)采集儀硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集儀是本文系統(tǒng)的核心，它為硬件系統(tǒng)提供計(jì)算處理能力，主要用來實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)、執(zhí)行各種控制指令操作等。數(shù)據(jù)采集儀的處理器模塊采用基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103ZET6單片機(jī)作為硬件系統(tǒng)的MCU，此芯片最高工作頻率為72 MHz，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM可達(dá)64 KB，具有5個(gè)通信串口、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)IIC、3個(gè)ADC(12位)、3個(gè)SPI和2個(gè)DMA控制器[13 - 15]。基于STM32F103ZET6的集成電路板設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

Figure 4 Design diagram of integrated circuit board based on STM32F103ZET6 圖4 基于STM32F103ZET6的集成電路板設(shè)計(jì)框圖

MCU外圍電路主要有數(shù)據(jù)備份電路、時(shí)鐘電路、電源電路、保護(hù)電路、電池電量檢測(cè)電路、通信接口電路、調(diào)光控制電路、RS485節(jié)能電路和電路故障檢測(cè)電路等。其中，鐵電存儲(chǔ)器用于保存用戶設(shè)置的參數(shù)數(shù)據(jù)，本文系統(tǒng)選用64 KB的非易失性鐵電存儲(chǔ)器FM24CL64GB，以便在重啟后能夠快速自動(dòng)恢復(fù)斷電之前的工作狀態(tài)。電量和電路故障檢測(cè)主要是檢測(cè)電池的電壓和流過路燈的電流。RS485節(jié)能電路主要用于光照強(qiáng)度傳感器和PM2.5傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換和節(jié)能。時(shí)鐘電路為系統(tǒng)提供時(shí)間信息。調(diào)光控制電路是本文系統(tǒng)節(jié)能的主要控制方式。

Figure 5 Diagram of RS485 circuit圖5 RS485電路圖

3.2 數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊包括光照強(qiáng)度傳感器、PM2.5傳感器、電流傳感器、電量檢測(cè)和路燈地理位置檢測(cè)等。其中，光照強(qiáng)度傳感器和PM2.5傳感器與RS485電路連接，RS485電路圖如圖5所示；電流傳感器與電路故障檢測(cè)電路連接，電路故障檢測(cè)電路圖如圖6所示；電量檢測(cè)電路與太陽能供電系統(tǒng)的電池連接，電量檢測(cè)電路圖如圖7所示。其中，光照強(qiáng)度傳感器采用BH1750FVI數(shù)字光度計(jì)，PM2.5傳感器采用SDS011激光型傳感器，電流傳感器采用WCS2702型傳感器，電量檢測(cè)采用MCU的ADC采集電池的電壓，通過電池的充放電曲線來計(jì)算。同時(shí)，本文系統(tǒng)對(duì)光照強(qiáng)度傳感器和PM2.5傳感器進(jìn)行了二次開發(fā)，即在傳感器上設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊。地理位置檢測(cè)主要是采集路燈所在區(qū)域內(nèi)攜帶4G通信模塊的路燈位置，然后通過這一區(qū)域?qū)β窡暨M(jìn)行編號(hào)定位。其定位模塊選用北斗定位模塊，北斗定位模塊通過串口電路將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)采集儀的MCU中進(jìn)行處理。

Figure 6 Circuit diagram of fault detection圖6 電路故障檢測(cè)電路圖

Figure 7 Circuit diagram of electricity detection圖7 電量檢測(cè)電路圖

3.3 通信模塊硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的藍(lán)牙通信主要是在現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試及參數(shù)設(shè)置時(shí)使用，這種設(shè)計(jì)方便設(shè)備安裝調(diào)試，而且藍(lán)牙模塊攜帶方便且價(jià)格便宜。而LoRa通信則是本文系統(tǒng)的主要組網(wǎng)方式，選擇LoRa來組網(wǎng)主要是因?yàn)樗哂?個(gè)最大的特點(diǎn)：一是傳輸距離遠(yuǎn)，理論可達(dá)10 km；二是超低功耗，一節(jié)電池可用時(shí)間以年為單位來計(jì)算；三是可容納的節(jié)點(diǎn)數(shù)目多。因此，LoRa通信符合本文的設(shè)計(jì)要求。后臺(tái)與硬件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信采用4G通信方式，而各個(gè)路燈之間數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)則通過LoRa級(jí)聯(lián)組網(wǎng)方式來實(shí)現(xiàn)，LoRa組網(wǎng)級(jí)聯(lián)時(shí)，每一臺(tái)設(shè)備相當(dāng)于一個(gè)中繼器，從而將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去，這樣可實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離通信，數(shù)據(jù)匯聚到這一片區(qū)內(nèi)的LoRa協(xié)調(diào)器模塊，最后通過4G通信模塊將片區(qū)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器[16,17]。LoRa級(jí)聯(lián)組網(wǎng)方式原理如圖8所示。

Figure 8 Schematic diagram of LoRa cascade network mode圖8 LoRa級(jí)聯(lián)組網(wǎng)方式原理圖

MCU與4G 通信模塊之間設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)通信接口電路，用于進(jìn)行不同信號(hào)類型之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)為數(shù)據(jù)幀傳輸提供通用接口。數(shù)據(jù)采集儀中的MCU在與4G通信模塊進(jìn)行通信時(shí)，首先通過SIPEX3232芯片將串口的TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS232信號(hào)，然后將轉(zhuǎn)換的信號(hào)發(fā)送給4G通信模塊，最后由4G通信模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到后臺(tái)服務(wù)器。同理，后臺(tái)也可通過4G通信模塊將數(shù)據(jù)指令轉(zhuǎn)發(fā)給SIPEX3232芯片，然后SIPEX3232將指令信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平信號(hào)，從而讓STM32的MCU讀取[18,19]。數(shù)據(jù)通信接口電路原理如圖9所示。

Figure 9 Schematic diagram of data communication interface圖9 數(shù)據(jù)通信接口原理圖

3.4 電路調(diào)光控制模塊硬件設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)的LED調(diào)光原理是利用STM32編程輸出的PWM波信號(hào)來調(diào)制電源的DC(Direct Current)信號(hào)，通過減小或增加流過LED燈的電流，從而起到調(diào)節(jié)LED燈燈光輸出強(qiáng)度的作用。PWM波是脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，而其中的“脈沖寬度”就是脈沖高電平持續(xù)的時(shí)間。PWM波信號(hào)調(diào)節(jié)LED燈亮度時(shí)，信號(hào)頻率是不變的，改變的是脈沖高低電平持續(xù)的時(shí)間，即LED燈的導(dǎo)通時(shí)間。使用這種信號(hào)調(diào)節(jié)亮度相當(dāng)于調(diào)節(jié)LED燈的平均電流，所以流過路燈的電流會(huì)發(fā)生變化，從而可達(dá)到節(jié)能的目的[20 - 22]。本文系統(tǒng)的PWM波觸發(fā)驅(qū)動(dòng)模塊采用型號(hào)為XY-MOS的PWM調(diào)節(jié)控制板。設(shè)計(jì)LED燈調(diào)光控制模塊，能在最大程度上節(jié)約電能，也能減少LED燈的發(fā)熱量，從而可以延長(zhǎng)LED燈的壽命，同時(shí)，也可以對(duì)燈光進(jìn)行“因地制宜”的精準(zhǔn)管控。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文的路燈自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要以硬件系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)為主，后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)將不做重點(diǎn)介紹。

4.1 硬件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)行系統(tǒng)初始化，讀取鐵電存儲(chǔ)器的相應(yīng)參數(shù)，判斷是否有參數(shù)數(shù)據(jù)，若沒有檢測(cè)到默認(rèn)參數(shù)，則將系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)寫入鐵電存儲(chǔ)器的相應(yīng)地址之中。若系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)置了預(yù)設(shè)參數(shù)，則等待采集時(shí)間的時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)?shù)竭_(dá)采集時(shí)間，MCU向各傳感器或檢測(cè)模塊發(fā)送采集指令，并對(duì)各傳感器返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和存儲(chǔ)處理。為了能夠得到更加準(zhǔn)確的環(huán)境信息，對(duì)光照強(qiáng)度傳感器和PM2.5傳感器進(jìn)行平均化處理，在系統(tǒng)采集完11次環(huán)境信息之后，第12次采集完畢后，才對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算本組的環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值、最大值、最小值和總值。系統(tǒng)每執(zhí)行一次循環(huán)，同時(shí)也檢測(cè)電路是否有故障以及LED燈是否達(dá)到開關(guān)燈或調(diào)光控制的條件，若有故障，則將故障信息發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器，若達(dá)到燈光改變條件，則執(zhí)行PWM波調(diào)光。之后系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一個(gè)時(shí)鐘中斷喚醒。最后，將所有的數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)幀發(fā)送給通信串口，由串口將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)路由至4G通信模塊，再由4G通信模塊將數(shù)據(jù)幀發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器。反之，后臺(tái)也可進(jìn)行相應(yīng)的控制指令發(fā)送，硬件系統(tǒng)的MCU對(duì)后臺(tái)發(fā)過來的指令進(jìn)行解析和處理，執(zhí)行相應(yīng)的操作，并將相應(yīng)的反饋信息返回至后臺(tái)服務(wù)器。系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制流程如圖10所示。

Figure 10 Flow chart of automatic monitoring and control圖10 系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制流程圖

4.2 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

路燈自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議涉及到硬件系統(tǒng)與后臺(tái)服務(wù)器之間的通信，而MCU的外部數(shù)據(jù)主要有光照強(qiáng)度、PM2.5、路燈運(yùn)行狀態(tài)信息、路燈電路故障信息、電池電量信息、地理位置信息等。設(shè)置的功能主要包括工作模式的選擇、各種數(shù)據(jù)信息讀取、光照閾值設(shè)置、時(shí)間設(shè)置、各種配置信息設(shè)置等。數(shù)據(jù)讀取操作主要包括當(dāng)前傳感器數(shù)據(jù)讀取、工作模式讀取、設(shè)備編號(hào)讀取、已設(shè)置光照閾值讀取、已設(shè)置時(shí)間段讀取、當(dāng)前路燈實(shí)際狀態(tài)、休眠時(shí)間讀取等。

本文系統(tǒng)采用字節(jié)的串行傳送形式，字節(jié)存放順序采用小端模式，即將數(shù)據(jù)的低字節(jié)存放在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中。同時(shí)，設(shè)置1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位和無奇偶校驗(yàn)位。

數(shù)據(jù)幀由幀的起始符STA(編號(hào)1)、地址域AD(編號(hào)2)、控制域C(編號(hào)3)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度域LEN(編號(hào)4)、數(shù)據(jù)域DATA(編號(hào)5)、幀信息校驗(yàn)域CRC(編號(hào)6)和幀結(jié)束符END(編號(hào)7)7個(gè)域組成。通信協(xié)議格式如表1所示。

Table 1 Format of communication protocol表1 通信協(xié)議格式

表1中的STA是幀起始符，本文系統(tǒng)用E8表示，標(biāo)識(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)幀的開始，即幀頭；AD表示地址域，標(biāo)識(shí)當(dāng)前收(發(fā))設(shè)備的地址，可根據(jù)用戶需求自定義；C表示控制域或功能碼，表示請(qǐng)求執(zhí)行的操作和功能；LEN表示數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度，代表數(shù)據(jù)域中的字節(jié)個(gè)數(shù)；DATA表示數(shù)據(jù)域，代表需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；CRC表示校驗(yàn)碼，采用CRC-16循環(huán)冗余校驗(yàn)，校驗(yàn)內(nèi)容為AD、C、LEN和DATA；END是幀結(jié)束符，本文系統(tǒng)用E6表示，標(biāo)識(shí)每一幀的結(jié)束，即幀尾。

Figure 11 Web browsing interface of backstage圖11 后臺(tái)Web瀏覽界面

Figure 12 Spot test and results圖12 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及結(jié)果

4.3 后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

路燈自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)后臺(tái)軟件主要涉及后臺(tái)數(shù)據(jù)接收、發(fā)送、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、功能接口函數(shù)和數(shù)據(jù)可視化等操作。根據(jù)通信協(xié)議來編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收函數(shù)與指令發(fā)送函數(shù)，并將接收到的數(shù)據(jù)處理之后存入到數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過Web系統(tǒng)來做相應(yīng)的可視化及各種功能操作。后臺(tái)Web瀏覽界面如圖11所示。

5 測(cè)試結(jié)果

本文系統(tǒng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)在STM32系列的STM32F103ZET6芯片上進(jìn)行，連接好硬件系統(tǒng)，把硬件系統(tǒng)程序下載到STM32F103ZET6的MCU中，再配合后臺(tái)服務(wù)器及Web軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容為各種監(jiān)測(cè)控制及功能操作，測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)原理是一致的，都做出了正確的反應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及結(jié)果如圖12所示。同時(shí)，本文系統(tǒng)可以直接嵌入現(xiàn)有的路燈系統(tǒng)中，可以對(duì)已有的路燈系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和改造。

本文系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用部署在貴州綠之眾科技信息技術(shù)有限公司，運(yùn)行周期為1年，路燈實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、智能控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)和節(jié)能等各項(xiàng)功能都能正確運(yùn)行，比傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)更節(jié)能，控制方式更靈活，能夠真正達(dá)到自動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障排查，能夠統(tǒng)一管理所有路燈，提高了路燈科學(xué)管理水平。

經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，本文系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，路燈控制及時(shí)有效，未出現(xiàn)異常情況，具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)還具有成本低、維護(hù)便捷、通用性強(qiáng)、不依賴市電供電、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于路燈照明系統(tǒng)之中，達(dá)到了路燈自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制的功能需求，實(shí)現(xiàn)了路燈科學(xué)化及智能化管理。

6 結(jié)束語

本文重點(diǎn)介紹了基于STM32和LoRa的路燈自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的下位機(jī)硬件部分。系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試采用的MCU是STM32系列的STM32F103ZET6芯片，研究了基于STM32和LoRa的路燈自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，本文系統(tǒng)可彌補(bǔ)目前大部分地區(qū)現(xiàn)有路燈系統(tǒng)的不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)在路燈節(jié)能方面，設(shè)計(jì)了一種基于PWM波調(diào)光的節(jié)能監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，能夠最大限度減少能源浪費(fèi)，為社會(huì)節(jié)約電能，把電能用到更需要的地方，同時(shí)，也能減輕或降低市政在路燈照明方面的成本開支；(2)在路燈智能控制方面，設(shè)計(jì)了一種智能的控制方式，能為不同環(huán)境下的路燈提供不用的控制模式，保障了居民的正常出行，且能有效降低人力資源成本，改善路燈的使用效果；(3)在路燈自動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障排查方面，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制路燈運(yùn)行狀態(tài)和自動(dòng)故障識(shí)別的功能，能及時(shí)有效地提示報(bào)警信息，提高了路燈使用效果，降低了路燈維護(hù)成本，同時(shí)，也能提升路燈所在地區(qū)的形象；(4)在建設(shè)路燈統(tǒng)一管理平臺(tái)方面，設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的管理平臺(tái)，能提高路燈科學(xué)管理水平，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)路燈狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化等服務(wù)。