基于STM32的智能路灯控制系统设计

引言

随着城市建设的发展,路灯管理逐渐成为智慧城市建设的重要组成部分。传统路灯系统无法根据环境条件进行智能调节,导致能源浪费。本项目基于STM32微控制器设计了一种智能路灯控制系统,系统能够根据光照强度和周围人员活动情况,自动调节路灯的亮度,同时支持远程控制和状态监测,从而达到节能与智能化管理的目标。


系统需求与设计目标

  1. 环境监测:通过光敏传感器检测周围光照强度,判断是否需要点亮路灯。
  2. 人员检测:通过红外传感器检测行人活动,自动提高对应路灯亮度。
  3. 节能控制:在无人活动时降低路灯亮度,节约能源。
  4. 远程管理:通过无线模块支持路灯的远程开关控制和状态监测。
  5. 报警功能:路灯故障时发出警报通知管理者。

硬件设计

  1. 核心控制模块

    • STM32F103C8T6开发板:作为系统核心,负责传感器数据采集和路灯状态控制。
  2. 传感器模块

    • 光敏传感器:检测环境光照强度。
    • 红外传感器(PIR):检测行人活动。
  3. 执行模块

    • LED灯:模拟路灯,根据环境状态调整亮度。
    • 蜂鸣器:在故障或特殊情况下发出警报提示。
  4. 通信模块

    • ESP8266 Wi-Fi模块:用于将路灯状态上传至云端,支持远程控制。
  5. 显示模块

    • LCD显示屏:显示路灯的实时状态和环境参数。

软件设计

  1. 传感器数据采集

    • 光敏传感器通过ADC读取光照强度数据。
    • 红外传感器通过GPIO引脚检测人员活动。
  2. 路灯状态控制

    • 根据光照强度决定是否开启路灯。
    • 检测到人员活动时,将对应路灯调整为高亮模式;无人时恢复低功耗状态。
  3. 数据上传与远程控制

    • ESP8266通过Wi-Fi将数据上传至服务器,支持远程查看与控制。
  4. 报警功能

    • 当检测到LED灯未正常工作时,通过蜂鸣器发出警报,并通知服务器。

代码实现

以下是STM32智能路灯控制系统的核心代码:

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "lcd.h"// 引脚定义
#define LED_PIN GPIO_PIN_0
#define LED_PORT GPIOA
#define PIR_PIN GPIO_PIN_1
#define PIR_PORT GPIOA
#define LDR_PIN GPIO_PIN_2
#define LDR_PORT GPIOA
#define BUZZER_PIN GPIO_PIN_3
#define BUZZER_PORT GPIOA// 光照阈值
#define LIGHT_THRESHOLD 300// 全局变量
uint16_t light_intensity; // 光照强度
uint8_t motion_detected;  // 是否检测到人员活动// 函数声明
void Read_Sensors(void);
void Control_Light(void);
void Buzzer_Alert(uint8_t state);
void Display_Status(void);// 读取传感器数据
void Read_Sensors(void) {HAL_ADC_Start(&hadc1);if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK) {light_intensity = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 读取光敏传感器数据}HAL_ADC_Stop(&hadc1);motion_detected = HAL_GPIO_ReadPin(PIR_PORT, PIR_PIN); // 读取红外传感器状态
}// 控制路灯状态
void Control_Light(void) {if (light_intensity < LIGHT_THRESHOLD) { // 环境光照不足if (motion_detected) {HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_PIN, GPIO_PIN_SET); // 高亮模式} else {HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_PIN, GPIO_PIN_SET); // 常规亮度}} else {HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 关闭路灯}
}// 蜂鸣器报警
void Buzzer_Alert(uint8_t state) {HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_PORT, BUZZER_PIN, state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
}// 显示状态信息
void Display_Status(void) {char buffer[32];sprintf(buffer, "Light: %d", light_intensity);LCD_PrintLine(0, buffer);sprintf(buffer, "Motion: %s", motion_detected ? "Yes" : "No");LCD_PrintLine(1, buffer);
}// 主程序
int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_ADC1_Init();LCD_Init();while (1) {Read_Sensors();        // 读取传感器数据Control_Light();       // 控制路灯状态Display_Status();      // 显示状态信息HAL_Delay(1000);       // 每秒更新一次}
}

系统功能说明

  1. 自动光照调整

    • 根据光敏传感器数据,在光照强度低于设定值时自动点亮路灯。
  2. 行人优先控制

    • 当红外传感器检测到行人时,路灯自动切换到高亮模式,提高行人安全性。
  3. 报警提示

    • 如果检测到路灯未按预期工作,蜂鸣器发出警报,同时通过Wi-Fi上传故障信息。
  4. 远程控制

    • 用户可以通过手机APP或Web界面远程查看路灯状态,并进行手动控制。

常见问题与解决方法

  1. 光敏传感器不工作

    • 检查光敏传感器的接线是否正确,确保ADC引脚配置无误。
    • 测试传感器是否因过度光照或污损导致误差。
  2. 红外传感器误报

    • 避免将红外传感器放置在热源附近。
    • 增加适当的时间延迟,减少噪声干扰。
  3. Wi-Fi通信中断

    • 确保ESP8266模块与Wi-Fi路由器信号稳定,必要时重新连接。

总结

本项目基于STM32设计了一种智能路灯控制系统,结合光敏传感器和红外传感器,实现了自动化的光照调整和人员优先控制功能。系统通过ESP8266支持远程监控和控制功能,大大提高了路灯管理的智能化水平,同时有效节约了能源。未来可以进一步优化,通过大数据分析实现对路灯运行状态的全局管理,并加入太阳能供电模块提升系统的可持续性。

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