基于NB-IoT的智慧路灯监控系统（硬件开发）

目录

1、设备选型

1.1、主控制器

1.2、NB-IoT无线通信模块和GPS模块

1.3、光照检测模块

1.4、输出控制模块

1.5、电能检测模块

2、硬件开发

2.1、开发软件   

2.2、STM32CubeMX底层环境搭建

2.3、Keil5编写控制模块实现代码 

1、设备选型

基于NB-IoT的智慧路灯监管系统在感知层可实现实时采集路灯节点的工作状态（亮灭状态）、电压、电流、功率、功率因数、耗电量、产生二氧化碳、频率、环境光照度、路灯亮度、路灯故障地理位置11种传感数据信息。

路灯控制终端节点主要由主控制器、NB-IoT无线通信模块、GPS模块、光强检测模块、电能检测模块以及输出控制模块组成，路灯控制节点模块硬件实物如下图所示：

1.1、主控制器

主控制器选用STM32L432KC超低功耗单片机作为微控制器，NUCLEO-L432KC 开发板是首个集成一款QFN32微型封装微控制器的Nucleo-32开发板，板载一颗STM32L432KCU6 微控制器(UFQFPN32)，允许用户直接使用ARM在线开发工具，板载Arduino Nano针脚布局可简化功能扩展，集成的ST-Link调试器/编程器支持大容量存储器和无探针调试，可以完全满足智慧路灯节点数据处理的基本要求。

1.2、NB-IoT无线通信模块和GPS模块

NB-IoT通信模块采用功耗极低的上海移远BC20通信模组，以及SIM卡座、串口电路、滤波天线、复位电路组成，由电源模块供电。BC20支持GNSS，内置GNSS模块，支持GPS定位，北斗双模定位，实现卫星对路灯节点定位，极大方便用户使用。本模块接收来自主控制器的路灯实时状态、路灯节点功耗传感数据以及模块获取的GPS数据等信息，通过Internet将数据发送给华为IoT云平台，并接收用户通过Intemet发送来的控制命令。

1.3、光照检测模块

光强检测模块利用光照模块检测外界光照强度，并将信号通过ADC方式传入主控制器，根据环境光照强弱自动调节路灯节点亮度。

1.4、输出控制模块

输出控制模块使用YYAC-3S 模块，该模块采用原装可控硅，输入与输出光耦完全隔离，通过单片机IO口输出PWM调节占空比去改变220V交流电压从而达到调光调速调节功率等功能。

1.5、电能检测模块

电能检测模块采用UART接口和RS485接口，支持与PLC通信，刷新速度500MS，可读取电压、电流、功率、电能和频率因数参数通过RS485或UART口输出16进制数据。设计有继电器模块，结合路灯节点耗能情况和阈值报警，用户设置多种模式（分时间段控制道路两侧路灯全亮模式、自动调整模式、隔杆亮灯模式和深夜模式）实现路灯智能管理。

 

 

2、硬件开发

接下来进行嵌入式硬件编程开发，通过电能检测模块实现实时采集路灯节点电压、电流、功率、总耗电量、功率因子、路灯开关状态、耗能产生二氧化碳、光照度、路灯亮度、环境光照度、GPS位置11种传感数据，通过NB-IoT模组实现对华为云物联网平台数据上传及下发获取，达到联动控制效果。

2.1、开发软件
   

嵌入式硬件开发使用STM32CubeMX和Keil5实现，STM32CubeMX搭建NUCLEO-L432KC开发板GPIO底层配置，Keil5实现NUCLEO-L432KC开发板编程开发。

STM32CubeMX 是 ST 意法半导体近几年来大力推荐的STM32 芯片图形化配置工具，也是配置和初始化 C 代码生成器（STM32 configuration and initialization C code generation），也就是自动生成开发初期关于芯片相关的一些初始化代码。STM32CubeMX 包含了 STM32 所有系列的芯片，包含示例和样本（Examples and demos）、中间组件（Middleware Components）、硬件抽象层（Hardwaree abstraction layer）。

STM32CubeMX简介、下载及安装参见：https://blog.csdn.net/m0_38106923/article/details/89458297   

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

Keil5简介、下载、安装及破解参见：https://blog.csdn.net/m0_38106923/article/details/89492257

2.2、STM32CubeMX底层环境搭建

    使用STM32CubeMX搭建NUCLEO-L432KC开发板GPIO底层配置，主要配置微控制器晶振、定时器、PWM接口、UART1、UART2、ADC接口和LED状态指示灯接口，具体实现如下：

2.3、Keil5编写控制模块实现代码 

在Keil5开发环境中需要编写硬件基础底层配置功能、电能电耗检测功能、GPS定位功能、环境光照检测功能、NB-IoT模组通信功能和云端交互功能。

NB-IoT模组配置实现代码如下：

电能电耗监测功能实现代码如下： 

GPS定位功能实现代码如下：

环境光照检测功能实现代码如下： 

NB-IoT模组模组通信功能实现代码如下： 

云端交互功能实现代码如下：

基于NB-IoT的智慧路灯监控系统（云端部署及AI模型训练）