基于STM32和ZigBee的智能校园路灯控制系统＊

刘宏伟，蔡春晓，王一鸣，龙欢台，陈 雪

（1.桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林541004；2.桂林电子科技大学教学实践部，广西 桂林541004）

目前，中国校园路灯一般采用全夜灯恒照度的工作模式，控制方式为光控和人工控制等传统方式，难以满足校园照明节能的需求。基于ZigBee技术的校园路灯控制系统具有低成本、稳定可靠等特点，并且能够根据校园路灯周围环境状况自动开关灯，管理人员能够根据校园路灯的运行情况进行调控，节约能耗。因此，本文设计了基于STM32嵌入式处理器和ZigBee物联网技术的校园智慧路灯系统，不仅能够达到节能减排的目的，同时能够推动智慧化校园的建设。

1 校园路灯的控制系统方案设计

根据校园路灯系统功能要求，系统设计方案如图1所示。

图1 系统设计总体方案

校园路灯智能控制系统主要由路灯终端、无线传输网络及监控中心三部分组成。其各模块的主要功能为：①道路情况检测模块。根据校园道路上行人和车辆的通行状况，控制路灯的开启和关闭。②无线通信传输系统模块。校园路灯上控制设备能通过ZigBee无线通信的方式进行通信和数据传输，控制路灯及时点亮。③上位机监控系统模块。监控中心能够定期巡查校园路灯的运行状态，并根据实际应用需求实现校园路灯状态的监测和调控。

2 系统硬件设计

2.1 主控制器电路设计

主控制器采用STM32嵌入式处理器STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M内核STM32系列的高性能、低成本、低功耗的32位的微控制器，具有接口丰富、简单易用、使用方便的特点。具体电路如图2所示。根据STM32应用手册，一个完整的STM32最小系统需外接所需晶振及去耦电路，并还需有复位电路。

图2 主控制器芯片图

2.2 电源电路设计

主控制器STM32F103C8T6采用低功耗工作模式，工作电压为3.3 V，因此采用AMS1117-3.3降压芯片，具体电路如图3所示。

图3 3.3 V电源电路

2.3 状态检测与报警

状态报警与检测主要包括温度感测和感光检测两部分内容。

2.3.1 温度感测模块

由于大功率白光LED照明和驱动器发热量都很大，所以需要一个温度感测传感器，实时监控路灯的温度，并向控制中心反映。温度传感器使用DSl8B20，DSl8B20是DALLAS公司生产的一款数字温度传感器，具有独特的一线接口，并且只需要一个端口即可通信。DSl8B20具有工作电路简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。

2.3.2 感光检测模块

ZigBee无线路灯控制器使用光敏电阻传感器对周围环境的光亮度进行ZigBee数据采集，具体电路如图4所示。

图4 光强测量电路

2.4 ZigBee模块设计

ZigBee终端节点采用自组网无线通信模块DL-LN33N，通过UART连接主控制器，具有简单易用、方便组网的特点，其具体电路如图5所示。

图5 基于DL-LN33N的ZigBee模块设计

3 系统软件设计

校园路灯智能控制系统的软件主要包含ZigBee节点软件和上位机监控软件两个部分，其软件设计遵循模块化设计思想。

ZigBee节点主要包括ZigBee路由节点和ZigBee协调器节点。其中，ZigBee路由节点为应用传感器采集校园路灯环境信息并控制路灯运行的现场设备。ZigBee协调器节点为网络中心节点，与ZigBee路由节点通信，并通过串口将采集数据传输到上位机。

上位机监控软件主要起协调作用，首先能够将ZigBee节点采集到的校园路灯环境信息与运作状态信息进行协调处理，然后通过无线传输模块传输给上位机，并可以通过Web端查看。同时能将工作人员调控信息传输给ZigBee节点，控制校园路灯的运行。

4 结语

本系统应用STM32嵌入式处理器采集路灯周围的相关环境参数和状态信息，结合ZigBee技术实现无线传输，实现校园路灯控制系统的智能控制，同时可以实时监测路灯情况。系统运行结果表明，该设计方案切实有效，具有一定的应用价值。