路灯智能监控系统.doc

【原创】路灯智能监控系统

1 设计目标
         本设计是基于路灯智能监控系统的模拟设计。主要为基于蓝牙的无线通信设备实现路灯控制系统的人机交互，通过PC上位机界面，设置路灯的各项控制参数，控制系统获得控制参数后对路灯进行智能控制。主要实现了以下功能：
1）  开发个性化PC上位机管理界面，实现对控制设备的人机交互；
2）    通过上位机完成对路灯系统的开灯时间、关灯时间、单独开关控制、系统对时控制、故障检测与显示等；
3）    控制系统实现系统时间、开灯时间和关灯时间、光线强度、ICKEY与高校LOGO等显示；
4）    控制系统在每天固定的时间开灯和关灯；
5）    检测光线强度进行开关灯；
6）    根据PC管理界面的控制进行开关灯；
7）    设置参数的掉电存储；
8）    基于RTC的系统时间管理，以及通过PC管理界面的对时；
9）    系统为12V供电系统；

2 设计过程
2.1 硬件资源
         在本设计中，主要使用了以下硬件资源：
1）  TI公司C2000系列MCU(TMS320F28027)；
2）  GY-30光强检测模块（基于BH1750光强感应芯片）；
3）  RTC实时时钟模块；
4）  BLE4.0（低功耗蓝牙）模块；
5）  3W LED；
6）  电源调理芯片；

2.2 设计思路
         1）使用光度计检测环境光强，从而控制开关灯动作；
         2）使用RTC实现时钟功能，实现定时开关灯，以及晚上12点后调光功能；
         3）使用蓝牙实现与PC的无线通信；
         4）使用PC管理界面实现参数的设定等操作；
         5）使用电源转换电路实现12V输入3.3V输出给控制系统；
         6）当控制灯打开后，光度计检测到环境光强并没有较大的增大，则认为发生故障；
         7）使用LED模拟路灯操作；
         8）使用PWM控制LED亮度；

3 系统介绍
3.1 系统结构示意图
         设计系统的总体结构示意图如下图所示。12V电源除了给LED供电外，也作为控制系统的电源，电源转换电路将12V电源转换为3.3V电源提供给系统。 TI公司的28027MCU作为核心控制芯片管理控制系统的所有模块。光强检测模块提供外部环境的光线强度，从而来决定是否需要开灯。RTC实时时钟模块 为系统提供了世界时间，从而可以实现定时开关灯。LED显示模块可以显示当前系统时间、开关灯设定时间、外部环境光线强度、logo等。蓝牙通信模块提供 了无限通信连接媒介，可以使用专门开发的PC控制界面来实现通信和参数设定。通过PWM波调制LED的电压来实现LED亮度的调整。

3.2 MCU
         TMS320F28027是TI公司的高效32位CPU，哈佛总线架构，具有60MHz的主频，三个32位CPU定时器。
         本设计使用的是TI公司的28027Launchpad开发板。

3.3 蓝牙模块
         BLE蓝牙模块如下图所示。该蓝牙模块灵敏度达到-80dBm，内置2.4GHz天线，外置8Mbit FLASH，可以实现较大量数据的快速传递。工作电压3.3V，完全适用于单片机系统，接口为HCI端口（UART 或者USB），可以实现系统的良好对接。工作温度-25℃到75℃。并且具有低功耗特性。有效传输距离可达10米以上，能够适合应用需求。

3.4 光强度计模块
         基于BH1750FVI光强度传感器芯片的光强度计模块，内部具有16位ADC，输出范围为0到65535，能够非常灵敏地反映环境光线强度的改变。适用于3.3V系统，使用I2C通信协议进行数据通信。并且模块对光源的依赖性不大，

3.5 RTC模块
         RTC模块如下图所示。同样是基于I2C接口和协议，带有日历功能，连接电池从而实现掉电后正常工作。

3.6 LCD显示屏
         使用0.96寸12864OLED显示屏来完成信息的显示。主要显示ICKEY和高校LOGO、系统时间、开灯时间、关灯时间、当前环境光强。

3.7 电源转换模块
         因为只有12V系统，所以这里使用了电源转换电路将12V转换为3.3V。一开始在电路板上设计的是使用TPS563200和LMS1587分别实现12V转5V和5V转3.3V，但在使用过程中操作失误发生短路，将TPS563200烧坏了（并且没有找到替换芯片在哪儿去了），最后使用的是L7805来实现12V转5V。

4 程序流程图
         程序流程图如下图所示。程序开始运行后先对需要使用的一系列外设进行初始化和使能，然后分别读取RTC、光度计的数据，再对读取到的数据进行分析处理（光强是否低于需要开灯光强，是否高于需要关灯光强，是否达到开灯和关灯时间）。然后查看是否收到BLE发来的数据（在中断中接收），如果有数据发来，则处理通信数据包（是否进行了LED的开光灯控制，是否进行了开关灯时间设置，开关灯光强设置，是否进行了对时操作等）。然后进行开关灯动作操作，最后在LCD上更新显示，然后进行再一次循环。

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