摘要：系統(tǒng)采用STM32F030芯片作為主控芯片，DC/DC變換器作為充放電主電路，利用MPPT最大功率點追蹤技術，使太陽能的利用更加高效。采用SX1278芯片作為Lora通信的微處理器，實現(xiàn)路燈自組網(wǎng)后再利用集中器連接因特網(wǎng)，并開發(fā)了相應的APP遠程監(jiān)控軟件，通過采用多時段控制以及對路面行人的檢測，路燈智能調(diào)節(jié)亮度，實現(xiàn)路燈智能化管理和高效的能源利用。

　　關鍵詞：Lora;太陽能;路燈;智能控制

　　引言

　　隨著太陽能光伏發(fā)電技術的不斷發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電技術已經(jīng)被應用到路燈等照明系統(tǒng)中[1-2]，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能路燈得到了越來越廣泛的關注[3-4]，為了解決傳統(tǒng)路燈只能進行分時段照明和人工控制的問題，本文研究設計了一種太陽能智能路燈的控制系統(tǒng)，分時段分功率的工作模式以及路況檢測功能，使得路燈對于能源的分配更加合理。同時，將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到太陽能智能路燈控制系統(tǒng)中，可以遠程監(jiān)控路燈運行狀況以及能源使用情況，不需要人為的報修，使路燈的維護變得更具高效、智能化。

　　1太陽能路燈控制系統(tǒng)結構

　　系統(tǒng)通過中央處理單元控制DC/DC變換器進行MPPT(最大功率點追蹤)，將太陽能轉化為電能并存儲到蓄電池中，同時中央處理器結合太陽能電池板的輸出電壓、內(nèi)部時鐘，對當前光環(huán)境進行判斷，自動實現(xiàn)充電、照明兩種模式之間的轉換。通過Lora模塊，將路燈的位置，太陽能電池板的相關信息，蓄電池的電能等信息發(fā)送到Lora集中器，再由集中器通過4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡將信息發(fā)送到遠程控制中心。

　　本系統(tǒng)硬件電路采用STM32F030C8T6芯片作為核心控制器，主電路由DC/DC變換器，供電電路，采樣電路組成。由DC/DC變換器負責蓄電池的充放電。由于路燈系統(tǒng)所處環(huán)境的光強度基本依靠太陽光，因此設計采樣電路采集太陽能板的輸出電壓可以對當前光環(huán)境進行檢測，采樣電路同時對太陽能板，蓄電池以及節(jié)能燈管的電流，電壓進行采樣。

　　Lora通信模塊負責將路燈設置的參數(shù)以及路燈運行狀況和環(huán)境信息發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器。為滿足各個模塊工作電壓不同的需要，設計選用LM2596作為第一級穩(wěn)壓芯片，蓄電池電壓經(jīng)其輸出12V的穩(wěn)定電壓，供各個模塊使用。再通過第二級穩(wěn)壓芯片LM317，使電壓穩(wěn)定輸出3.3V。為提高穩(wěn)壓電路最大輸出功率，保證各個模塊供電穩(wěn)定，將兩個LM317模塊并聯(lián)，可增加其輸出能力。

　　2Lora通信技術

　　2.1Lora通信

　　本設計采用SX1278芯片作為Lora通信電路的控制器。SX1278芯片通過SPI協(xié)議與中央處理單元進行通信，將內(nèi)部存儲器中的智能路燈各個工作模式參數(shù)及實時數(shù)據(jù)發(fā)送至Lora集中器。

　　2.2組網(wǎng)方式

　　各個太陽能路燈之間通過Lora模塊相互通信，自組成網(wǎng)絡，節(jié)點與集中器匯集，將數(shù)據(jù)發(fā)送至集中器，集中器根據(jù)各個路燈的唯一標識ID對路燈進行識別。若其中某節(jié)點距離集中器距離過遠，導致集中器之間通信質量較差，則選擇通過其他路燈作為中介，將數(shù)據(jù)及路燈唯一標識ID打包發(fā)送至通信質量較好的路燈，再由該路燈將數(shù)據(jù)轉發(fā)至集中器，最后發(fā)送至遠程控制端。集中器與服務器通過MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport)協(xié)議進行通信，根據(jù)不同的集中器唯一ID標識符發(fā)布主題，對應的集中器訂閱該主題，可同時實現(xiàn)識別集中器以及集中器與APP雙向通信。

　　3軟件控制程序設計

　　系統(tǒng)通過控制DC/DC變換器實現(xiàn)充電模式和照明模式相互轉換。將電池種類、充電模式參數(shù)和照明模式參數(shù)存儲在RAM中，當接收到遠程終端傳來的指令時，按照指令對各個參數(shù)進行設置并保存。參數(shù)設定完成后，通過采樣電路讀取太陽能板和電池的電流、電壓。

　　在太陽能板輸出電壓低于設定的電壓時，若時間超過18時則視為天黑，轉換至照明模式，否則視為陰天，繼續(xù)工作在充電模式。在充電模式下，按電池種類和蓄電池的電量的設置多種合理有效的充電策略，例如鉛酸電池有浮充，快充，均流等多種模式。按照不同充電策略的參數(shù)對DC/DC變換器輸出電壓電流進行控制，同時通過MPPT最大功率追蹤使DC/DC變換器在設定輸出電壓范圍內(nèi)以最大功率輸出。

　　對電池電量進行實時監(jiān)控，確保電池不過充，科學合理的保護蓄電池的壽命。在照明工作模式下，按照設置的路燈工作模式參數(shù)，將夜晚劃分為多個時段，每個時段按參數(shù)中設置的功率工作，從天黑開始進入第一工作時段，一直延續(xù)到天亮。天亮時根據(jù)中央處理單元的RTC實時時鐘將天亮時間保存在RAM中，連續(xù)存儲前一周天亮時間來預測第二天的天亮時間。

　　實時對路況進行檢測，當檢測到行人時，路燈工作在大功率照明模式，若沒有檢測到行人，則工作在低功率模式，保證基礎照明。根據(jù)系統(tǒng)實時時鐘，在每天0點將一天累計充電電量，用電電量及光照環(huán)境等數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程終端，在電流電壓異常時發(fā)出警報，實現(xiàn)智能化的遠程監(jiān)控，使路燈的維護及管理更加人性化。

　　4終端軟件設計

　　遠程終端軟件設計，通過定位系統(tǒng)定位每個路燈位置，選擇對應路燈即可對路燈參數(shù)進行設置以及讀取路燈數(shù)據(jù)。

　　5結束語

　　本研究設計了一種智能路燈控制系統(tǒng)，通過以STM32F030為控制單元的DC/DC變換電路實現(xiàn)太陽能充電及路燈的智能化管理，實現(xiàn)了蓄電池電能科學合理利用。利用Lora技術實現(xiàn)低功耗，遠距離的路燈節(jié)點與集中器之間的自組網(wǎng)絡，再由集中器遠程終端建立連接，通過遠程終端對路燈系統(tǒng)進行監(jiān)控，實現(xiàn)了路燈的智能化，人性化的科學管理。

　　參考文獻：

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　　相關刊物推薦：《照明工程學報》(CHINA ILLUMINATING ENGINEERING JOURNAL)于1992年創(chuàng)刊，是中國照明學會主辦的全國性學術刊物，被中國學術期刊網(wǎng)絡出版總庫、中國數(shù)字化期刊群、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫、中國學術期刊文摘、中郵閱讀網(wǎng)等收錄，2009年入選為中文核心期刊，2012年入選中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫。CN 11-3029/TM，ISSN 1004-440X。