一种支持多种通信模式的智能路灯控制系统

王学勇，蒋振华，熊 烽

（中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004）

0 引 言

随着我国城市化水平的不断提高，城市的路灯照明系统也不断发展。照明路灯是城市基础设施的组成部分，标志着城市的成熟程度[3]。

在路灯控制系统中引入物联网技术，采用智能化控制模式可以有效提高系统的管理维护效率，减少环境污染，并且在一定程度上也减少了政府部门的资金投入[4-6]。

1 系统设计

系统主要由无线控制器、基站、物联网管理平台及应用客户端/微信小程序组成。无线控制器负责采集路灯的实时状态信息，并将数据通过基站传输至管理平台。平台对数据进行处理分析后与应用客户端或微信小程序进行数据交互。客户端/微信小程序接收到交互信息后可下发节能指令，通过单灯控制器来控制路灯的开关，从而实现智能照明自动控制[7]。

1.1 硬件设计

硬件系统由电源模块、通信模块、CPU数据处理模块、状态检测模块、时钟模块、开关控制模块以及串口调试模块组成。采用了模块化设计，将控制电路与通信电路分离，可以在不改变现有控制线路的情况下根据实际需求灵活选择通信网络。

系统CPU采用STM32系列ARM Cortex-M3闪存微控制器，具有功耗低、中断延迟小以及调试容易等特点。NB-IoT通信模块采用上海移远通信技术股份有限公司的BC26NC-04-STD。BC26是一款高性能、低功耗且多频段的无线通信模块，尺寸仅为17.7 mm×15.8 mm×2.0 mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求。而且可以提供丰富的外部接口和协议栈，支持OneNET、华为OceanConnect以及阿里云等物联网云平台，为网络的选择提供极大便利。此外，系统4G通信模块采用上海移远通信技术股份有限公司的EC200S-CN，支持最大下行速率10 Mb/s和最大上行速率5 Mb/s，实现了3G网络与4G网络的无缝切换，支持FOTA远程升级，具有超高的性价比。EC200S-CN内置丰富的网络协议，集成多个工业标准接口，支持标准的Mini封装和多种驱动，可以满足不同行业产品的应用需求。

本次设计的控制电路与通信电路使用2个FPC连接器进行连接，方便灵活更换通信模块。FPC连接器接口定义如图1所示。

图1 FPC连接器接口定义图

1.2 软件设计

基于联物网技术的智能路灯控制系统软件设计主要包括终端监测软件的设计和通信模块的设计。系统软件是与用户直接接触的应用终端，要根据用户的需要来设计控制界面，界面要简洁美观。系统软件不仅要将工作人员的控制指令实时发送给各个硬件的设备层以实现对硬件的控制，还要将下层的数据信息发回到上层软件的控制系统[8]。无线通信模块流程如图2所示。

图2 无线通信模块流程图

本次设计的重点是TCP连接的维护和检测，主要包括两个方面。一是通过AT+QISEND=[,]发送数据，定期向远程端发送小数据包以维护和检测TCP连接。二是通过AT+QISEND=,0发送ACK查询。如果2 min后对方没有收到数据，说明TCP连接存在异常，需执行AT+QICLOSE=命令关闭该连接[9,10]。

2 系统测试

本系统设计开发了控制电路板、NB通信电路板以及4G通信电路板。网络运营商选择中国电信，SIM卡分别为电信NB物联网贴片卡和4G物联网贴片卡。通过网络将数据从路灯控制器终端传送至中国电信CTWing物联网平台，再由电信物联网平台推送至开发的路灯监控平台[10]。利用已经开发的微信小程序下发控制命令，通过串口线连接控制器调试串口并查看命令下发情况，从而获取控制开关的状态及数据回传情况。4G版本测试结果为控制命令下发正常、状态显示正常以及数据回传正常。测试情况如图3所示。

图3 4G版本测试情况图

NB版本测试结果为控制命令下发正常、状态显示正常以及数据回传正常。测试情况如图4所示。

图4 NB版本测试情况图

经过测试，在不改变控制板线路的情况下直接更换NB和4G通信板，系统可以正常工作，各项功能均满足要求。

3 结 论

本文详细介绍了支持多种通信模式的智能路灯控制系统的设计，经过测试，该系统基本实现了预期目的。控制系统的硬件设备主要采用集成度高、整机功耗低且可靠性强的成熟通信模块，易于升级和增加新业务。设备内主要软件均可在线升级，方便后期维护。