基于STM32的智能路灯管理终端设计

农村电工　Ｅｌ置圃室旦童丝丝主持：‘…。…柳噶　。１　２０１５年第２３卷第１２期　ＮＯＮＧＣＵＮ　ＤＩＡＮＧＯＮＧ基于ＳＴＭ３２　（０５３５００）国网河北景县供电公司　张　杰　路灯作为基础公共设施之一，对于保证城市基础　测两路路灯。智能路灯管理终端原理框图如图１所示。　照明，维持正常交通秩序，保障人们基本生活有着重要　作用。随着城市建设的不断发展，对路灯系统从数量到　质量上的要求都在提高。传统的路灯控制方法多为集　中、定时控制开关，既耗费大量的人力、物力。又不能达　到精确控制的要求，当遇到季节、天气变化时，及时更　改路灯的开关时间和发现故障都存在一定难度。笔者　现介绍一种基于ＳＴＭ３２的智能路灯管理终端．通过将　该终端与相应ＰＣ终端和综合服务器相配合，可以实　现路灯的自动控制和远程控制，既能节约能源。又能减　少维护、管理费用。　１　智能路灯管理终端构成　智能路灯管理终端主要由ＳＴＭ３２控制器、华为　ＭＧ３０１无线模块、ＲＳ一４８５部分和开关量输入输出（开　入开出）部分四部分组成。其中，ＳＴＭ３２控制器为核心　部件，其通过华为ＭＧ３０１无线模块接入互联网，获取　服务器控制命令，发送路灯运行参数到服务器，并根据　存储的参数对路灯进行控制和保护。ＲＳ一４８５部分负责　２图１　智能路灯管理终端原理框图　终端硬件设计　２．１控制器　控制器采用ＳＴＭ３２　Ｆ１Ｏ３ＲＢＴ６处理器作为终端的　控制核心。ＳＴＭ３２　Ｆ１０３ＲＢＴ６增强型系列使用高性能　的ＡＲＭ　Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３　３２－ｉｆＴ＿的ＲＩＳＣ内核，２１２作频率为　和电能表进行通－Ｎ，采集各路路灯回路的电流、电压、　有功、无功等参数。开关量输入（开入）部分负责采集路　灯断路器和其他相关设备的开关量，开关量输出（开　７２　ＭＨｚ，内置高速存储器（高达１２８　ｋＢ的ＦＬＡＳＨ和　２０ｋＢ的ＳＲＡＭ），丰富的增强Ｉ／Ｏ端口和连接到２条　ＡＰＢ总线的外设。包含２个１２位的模数转换器　（ＡＤＣ）、３个通用１６位定时器和１个ＰＷＭ定时器，还　出）部分负责控制路灯断路器。每台终端可以控制和检　用是当整个系统出现异常情况时，能即时快速地做出　响应，为整个无线监测传输系统有效运行提供保障。　当用户侧出现保护跳闸动作时，能够提供实时监　控和报警；在用电情况恶化之前，能够预测具体哪些地　可根据监控中心积累的数据进行统计分析，自动筛查　出那些经常违规用电的用户。将用户的用电行为划分　多个等级，对于屡次违规用电的用户，会被筛查出来并　在界面上以醒目的标记明示，以提醒监控中心工作人　区、哪些用户很可能会违规用电：当无线传输节点工作　状况异常时．能够及时将信息提供给工作人员，及早检　修，以免因设备故障而遗漏或误判违规用电事件。　员对这些用户进行重点监控。另外，还可以根据历史违　规用电信息，自动分析挖掘出什么时间段内、哪一片、　哪些用户用电行为异常。这样，就可以在用电异常情况　为了方便监控人员随时了解监测数据，软件系统　不仅可以支持大屏幕、多画面同步显示，而且还可以实　高发前及时提醒监控中心工作人员，智能预警，防患于　未然。　时将严重的违规用电信息以短信方式发送到监控人员手机上，以避免遗漏信息给配电网带来安全隐患。　当用户侧监测到剩余电流并自动跳闸时，监控节　４．２无线传输节点工作监控状态监控　由于无线传输节点是剩余电流动作保护器智能化　的关键部分，其正常工作与否直接决定了监控中心能　点将跳闸节点的用户地址、户主名、用电电能量、跳闸　时间等信息通过无线传输系统传送到监控中心。监控　中心会即时在监控界面上显示跳闸的用户侧详细信　息。并辅以声音报警提醒。　４４．１辅助功能　用户违规用电行为预测　当智能剩余电流动作保护器使用一段时间后，即　否发挥监控用户侧违规用电的作用，所以无线传输节　点自身的工作状态监控非常重要。　在用户侧，无线传输节点要能够定时自检，并将自　检信息传送给监控中心，在监控中心的界面上，即时用　不同颜色的标记显示各个节点的工作状态。对于失效　的节点，以醒目的标记显示出来，并辅以声音报警提醒　监控中心工作人员及时处理。　２０１５—０９—０９收稿　３４　Ｏ嘲为核恩　簇誉　皇　羹　“　誓　农村电工　Ｅｌ置圃室旦塑丝ＮＯＮＧＣＵＮ　ＤＩＡＮＧＯＮ　Ｇ主持：。——＿－＿＿柳●－　鸣　－　２０１５年第２３卷第１２期　包含标准和先进的通信接口：２个Ｉ２Ｃ接口和ＳＰＩ接　口、３个ＵＳＡＲＴ接口、１个ＵＳＢ接口和１个ＣＡＮ接　口。本终端设计主要涉及其内置高速存储器、增强Ｉ／Ｏ　端口、ＵＳＡＲＴ接口和Ｉ２Ｃ接口。其中，增强Ｉ／Ｏ端口用　于接收开入与控制开出端口，ＵＳＡＴＲ接口用于与　ＭＧ３０１无线模块及ＲＳ一４８５模块进行通信，Ｉ２Ｃ接口　用于与时钟芯片ＤＳ１３０２进行通信。　２．２无线互联网模块　无线互联网模块采用华为公司的ＭＧ３０１无线模　块。ＭＧ３０１无线模块支持ＧＳＭ／ＧＰＲＳ四频，拥有内置　的抄表信息、查　询开入量，之后　进入ＭＧ３０１部　——上电　。。●●＿＿＿＿＿＿＿＿＿。。。－——　—　一　初始化　分，该部分完成　ＭＧ３０１的状态确　认、信息接收、确　认和上发．如果　通过ＭＧ３０１接　调试串口信息有效　目ｒ苎一调试信息处理　．．－－．．．．．—ＪＬ－－．　—－一　ＲＳ～４８５信息处理ｆ　收到指令或者通　过ＲＳ－４８５检涣０　协议栈．支持串口多路复用，能满足４２．８　ｋｂ／ｓ上行传　输速率和８５．６　ｋｂ／ｓ峰值下行传输速率；内置ＴＣＰ／ＩＰ协　议，支持多Ｓｏｃｋｅｔ链接。　ＭＧ３０１无线模块工作电压为３．３—４．２　Ｖ，关机电　流仅有５０　Ａ，平均待机电流也小于３　ｍＡ，最大工作　电流（ＧＰＲＳ　ｃ１ａｓｓ　１０信号发射峰值电流）也只有４２６　ｍＡ，但其发射功率最大却达到２　Ｗ（ＧＳＭ８５０）。其高稳　定性、低功耗使其成为优秀的２１２业控制及物联网无线　模块。而且ＭＧ３０ｌ无线模块和控制器连接是简单ＴｒＬ　到电路故障则对　开出继电器进行　对应操作。　３．２　ＭＧ３０１部　意　ＭＧ３０１信息处理　图２终端软件设计流程图　分软件设计　ＭＧ３０１无线　模块和ＳＴＭ３２控制器直接使用ＵＳＡＲＴ接口连接，接　口默认波特率为１１５　２００　Ｂｄ。可以通过ＡＴ指令进行设　置。ＳＴＭ３２　Ｆ１０３ＲＢＴ６内置３路ＵＳＡＲＴ接口控制器，　电平ＵＳＡＲＴ接口连接，无需其他器件，简单高效且稳　定性强。　２．３　ＲＳ－４８５部分　因此使用内置的３路ＵＳＡＲＴ接口直接与ＭＧ３０１相　连，并且使用默认波特率１１５　２００　Ｂｄ，简单、高效、稳　定。ＭＧ３０１模块ＵＳＡｔｔＴ接口可工作在５线模式和３　线模式，本设计中选用最基本的３线模式，仅需要　ＴＸＤ，ＲＸＤ，ＧＮＤ连接。　ＲＳ－４８５部分核心器件为ＳＰ３０７８，其工作速率最　高可达１６　Ｍｂ／ｓ，内置±１５　ｋＶ　ＥＳＤ保护电路，典型工作　电流仅０．１２５　ｍＡ，适合于高速率、多节点的通信场合　ＲＳ－４８５工业网络。本设计中双路ＲＳ－４８５通信均由　ＭＧ３０１上电后进入睡眠模式．上电后至少经过　０．２５　ｓ延时后，将其ＴＥＲＭ—ＯＮ引脚置为低电平超过１　ｓ即可触发开机。开机后将ＴＥＲＭＯＮ引脚置高电平后　＿ＳＰ３０７８完成．通过自动收发能控制双路ＲＳ－４８５实现　同时进行通信，并且在ＲＳ－４８５接口配备三级ＥＳＤ保　再次置为低电平超过１　ｓ即可触发关机，关机也可以　使用Ａ１ｒ＾ＳＭＳＯ指令。ＭＧ３０１状态判断需要用到其　ＬＥＤ＿＿ＴＳＡＴＵＳ引脚。另外也可以通过ＡＴ指令判断　ＭＧ３０１　２１２作状态。　将ＭＧ３０１模块上电并开机后，延时等其初始化完　成即可使用ＡＴ指令查看其工作状态。因此终端软件　ＭＧ３０１部分设计分别位于软件初始化部分和ＭＧ３０１　信息处理部分。其中，初始化部分为ＳＴＭ３２串口ＵＳ．　ＡＲＴ３，增强Ｉ／Ｏ口ＰＣ９，ＰＣ１０初始化．滴答定时器初始　化设置和ＭＧ３０１开机．待开机执行后延时等待模块内　护电路，以增强ＲＳ－４８５接口的稳定性和可靠性。　在本设计中，ＲＳ－４８５部分主要完成和电能表通信　功能，从电能表中读出该路路灯线路的运行参数，这些　参数包括所有电能表可以通过ＲＳ－４８５接口上传的电　参量。ＲＳ一４８５部分将收到电能表的报文转换为ＵＳ．　ＡＲＴ电平后发送给ＳＴＭ３２控制器．再由控制器判断该　路灯线路的运行状态，并将结果通过ＭＧ３０１模块发送　给后台服务器。每台终端设计２个对外ＲＳ－４８５接口。　可以同时检测两条路灯线路的运行状态。　２．４开入开出部分　开入开出部分主要由光电耦合器和电磁继电器组　成。其中，开出部分为终端控制的执行部分．终端通过　控制开出部分的继电器实现每条路灯线路断路器的通　断，从而实现控制路灯的开关。开入部分则负责检测两　条路灯线路断路器的开关状态及两路可自定义的开关　状态，并且配有两级ＥＳＤ和ＥＭＣ保护，保证开入检测　部初始化完成，通过ＡＴ指令确定模块开机正常。　ＭＧ３０１信息处理部分则包括确定网络状态，设置　ＧＰＲＳ网络参数，打开ＧＰＲＳ连接，接收和发送信息，关　闭ＧＰＲＳ连接共计５步完成。　４结语　实际应用中，基于ＳＴＭ３２的智能路灯管理终端工　作稳定可靠，可以实现对路灯的远程控制和自动控制．　部分的稳定可靠。　３　软件设计　３．１终端总体软件设计　通过在ＰＣ终端或服务器端的设置，可以保证智能路　灯管理终端在不同季节或天气适应不同的开关路灯时　间。其借助ＧＰＲＳ连接Ｉｎｔｅｍｅｔ，实现了不限距离、不限　终端软件设计流程图见图２，软件中涉及到众多　ＳＴＭ３２功能模块及外设，因此采用模块化设计思路。　终端上电完成初始化后进入查询循环，循环中首先检　测调试串口是否有有效信息，然后检测两路ＲＳ－４８５　环境和不限数量的灵活控制。每台终端可以同时检测　控制两条路灯线路，充分适应我国实际情况。可充分用　于街道、工矿企业和学校等需要路灯远程控制的地方，　拥有广阔的应用前景。　２０１５—０９—０８收稿　。嘲快速　县供　坌　霎　黧　电预氯构　３５