摘 要

在现代社会中，城市照明越来越受到广大市民的重视，照明系统的运行以及维护水平从侧面可以反映出城市的现代化水平。于是，建造一个节能、自动化程度高、高效的智能路灯控制系统的任务就显得尤为重要。

本毕业设计所介绍的就是基于GSM模块的智能路灯控制系统的设计。本系统是由硬件电路和软件编程共同工作来完成的。由外围电路连接GSM模块，用单片机进行控制来完成远距离通讯。硬件部分电路包括电流检测电路，时钟控制电路，光控电路等，还有核心的单片机最小系统。硬件部分用Proteus软件进行仿真检测。本系统还要求具有报警功能，使系统发生故障时能够及时通信从而可以快速排除故障。

通过实验证明，该系统能够很好地完成所规定的要求，还可以在此基础上进一步研发其他相关的功能，并且具有一定的实际应用价值。

关键词：智能路灯；GSM模块; 高效；远距离通信

Abstract

In modern society, urban lighting is more and more important to the general public, the operation of lighting system and maintenance level can reflect the modernization level of the city from the side. Therefore, it is very important to build an efficient and efficient intelligent street lamp control system.

The design of this graduation design is based on the GSM module intelligent street lamp control system design. The system consists of three parts: monitoring system, control point and communication. The monitoring center adopts the PC, the software USES the visual language programming, realizes the communication with the point control point through the GSM module, carries on the data and the information transmission; Control points with the single chip processor as the core, supplemented by the peripheral equipment, connect the GSM module, information collection module, etc., and implementation and the monitoring center information exchange, the central command response, finish the tasks such as data acquisition. The system requires the alarm function to eliminate the system as soon as possible.

The experiment proves that the system can fulfill the requirements well and has practical application value.

Keywords: Smart streetlights; The GSM module; High efficiency; Long distance communication

目录

第1章 绪论 5

1.1课题背景 5

1.2发展现状 6

1.2.1国内外研究现状 6

1.2.2网络选择 6

第2章 总体方案与设计 9

2.1智能路灯监控系统组成 9

第3章 智能路灯控制系统的硬件设计 12

3.1单片机控制系统的设计 12

3.1.1单片机最小系统 12

3.1.2串口通信的设计 13

3.2 GSM模块TC35i 13

3.3光控电路设计 15

3.4时钟控制电路设计 15

3.5检测电流电路设计 17

3.6模拟路灯电路设计 18

第4章 智能路灯控制系统的软件设计 20

4.1系统主程序 20

4.2系统子程序 21

4.3程序编译下载 22

第5章 仿真与调试 24

5.1路灯电路的仿真 24

第6章 结论 25

6.1总结 25

6.2展望 25

第1章 绪论

1.1课题背景

通过前期的调研，随着社会的发展和科技的进步,能源问题已经成为全世界人民最关注的问题,能源危机已经成为人类面临的重大危机。特别是近年来,随着各个城市的发展，道路被设计的越来越长，随之而来的就是路灯的管理问题。传统的通信方式并不能很好地解决路灯远距离通信的问题，一旦某个路灯出现故障，不能进行很好地报警，从而影响着人们的生产生活。因此，必须找到一种通信方式能够进行长距离通信，当路灯发现故障时能够及时的报警，提高路灯控制系统的可靠性以及高效性。

路灯使用量的增加,由此也会逐渐暴露出一些问题,比如城市路灯维护量增加,却没有足够的员工;维修费用增加；电力资源更加紧张和长此以往的光污染问题…这些问题的出现必须得到社会的重点关注，并且需要得到妥善解决。特别是在环境条件恶化的情况下，低碳、节能、环保等问题得到越来越多的关注。旧的控制系统耗电量大，公共资源利用率低，效率低。随着近些年来单片机技术的日趋成熟加上窄带物联网技术的日新月异，新型智能路灯控制系统具有更强的高效性和可靠性，对新型智能路灯控制系统进行推广也会具有一定的社会效益，如进一步降低能耗等，在城市实力竞争中也具有一定的话语权。新型智能照明控制系统具有多种自动控制功能，通过计算机控制、软件编程、硬件连接实现无故障智能，提高了控制系统的高效性和可靠性，实现城市照明智能化管理。更为重要的是，通过节约大量的电力消耗，并能有效地减少火电厂(2017年燃煤发电量占中国年总产出的73.48%)，因此，没有排放和粉尘，灰尘，减少污染，保护环境。

本设计的智能路灯控制系统的基本要求是:可以自动控制路灯；对路灯照明电路进行实时的参数采集,如电流、故障率等；检查道路上线的状态(短路或开路等),对所出现的问题进行报警；对路灯控制系统的操作和维护提供帮助和支持。

随着城市现代化的发展，对路灯的需求量越来越大。相对于传统监测方法大量的消耗人力成本、政府资金和时间，而且在通讯过程中无法及时准确的传递信息给工作人员进行判断。智能路灯控制系统朝着更加自动化的发展得益于科技的进步，同时也是社会文明的进步。科学的控制和管理正是智能路灯控制系统的核心所在。

1.2发展现状

1.2.1国内外研究现状

移动通信从一个人到另一个人的连接，到人与物、物与物之间的连接，一切互联都是必然的趋势。然而，目前的4G网络在物与物的连接上稍显不足，还有待进一步的发展。事实上，与一些我们所熟知的蓝牙等一系列短距离通信技术相比较而言，移动蜂窝网络更具有应用价值，因为它的覆盖范围更广，通信速度更快。正是由于这些无与伦比的优势，移动蜂窝网络正在逐渐成为物联网的主要连接技术。城市街道路灯通常需要远距离通信，这些恰好是移动蜂窝网络的优势所在，NB-IoT物联网技术所构建蜂窝网络，可直接应用于GSM网络中，这一切为路灯远程通信提供了可能。

1.2.2网络选择

NB-IoT有四个特点:一是覆盖面较广，可以有效改善室内的覆盖问题。在同一频段内，根据测试比现有的网络可以增加上百倍的覆盖面积。第二是支持大规模连接的能力。NB-IoT仅仅一个扇区就支持100,000个连接。三是较低的能源损耗，一个模块的待机时间可长达数十年之久，也就可以保证在较长时间内不出现故障。四是造价较为便宜，可以实现大规模的实际应用。这些都为物联网技术在智能路灯控制系统上的应用提供了可能。

NB-IoT全名为Narrow Band-Internet of Things，其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IoT使用的部署方式有带内、保护带或独立载波三种，可以与现在所存的任何网络共同使用。

在现行的通信网络中，与NB-IoT相类似的还有一种LoRa广域物联网技术

LoRa全名为Long Range，这种技术所具有的特点是：

（1）大大提高了接收灵敏度，降低了功耗。

（2）支持多通道多数据速率的并行处理，系统容量大。

（3）可以支持搜寻范围和定位。

这些LoRa所独具的特点使得它能够应用于较长距离的通信，而且信号质量较好，不容易被干扰。在如今，LoRa已经被应用于各个智能自动化的应用和场所。

GSM模块，也就是GSM移动通信系统的终端设备。GSM模块主要应用于短消息应用程序中,具有实时高效、操作便捷、造价便宜等优点,特别在双向无线数据传输,频繁的小流量数据传输,无线远程监控和控制等等方面具有强大的作用。SMS短消息服务是一个GSM(全球移动通信系统)系统提供一种GSM终端,使用服务中心的文本,信息发送和接收的应用程序服务,服务中心完成信息的存储和转发功能。

GSM模块是一种将GSM无线移动通信系统与传统调制解调器相结合的数据终端设备。因此，它也被称为无线调制解调器。GSM模块是GSM技术的进一步的发展，GSM模块可以用于调制解调器的大部分应用。随着各个通信运营商对GSM通信网络的重视，GSM技术之间的竞争也日趋激烈。GSM模块作为主要的GSM移动通信网络接入设备，越来越受到系统开发人员和系统厂商的青睐，基于GSM模块开发应用也层出不穷，大大促进了网络应用的丰富。

短消息即是通过GSM网络传输的有限长度的文本信息。短消息服务是GSM网络的一项基本业务，与语音传输和传真相同，是GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要通信服务。它通过无线控制信道传输，无需建立拨号连接，发送信息并发送到目的地地址到短消息服务中心的SMSC，通过SMSC完成存储，然后发送到最终的获取信息。短信服务本身具有数据传递功能，无线通信的SMS使用可以是双向数据传输，稳定的性能，对于远程数据传输和监控设备提供了通信的支持平台。

作为GSM网络的基础业务，基于SMS的各种应用也得到了发展。考虑实际应用、技术方案、可实现性、经济效益等等一系列的问题,在本设计中我使用移动蜂窝网络为通信网络，系统由监控中心、控制点和通信三部分组成,监控中心使用电脑,软件使用可视化编程语言,通过GSM通信模块和控制,实现数据和信息的传播。分控点作为每个部分的重要控制部分，辅以外围设备，连接GSM模块，从而实现故障可报警的功能，从而完成了基于GSM模块的智能路灯控制系统的设计。

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