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基于Cortex-M3的路灯监控系统的设计

作　者: 张斌
导　师: 张旭辉
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 交通路灯电力线载波 GPRS Cortex-M3
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着电子技术和城市交通建设的快速发展，加快交通路灯的建设速度，发展节能环保的路灯监控系统，实现城市智能路灯监控系统的推广是节能减排计划的主要措施之一，积极推进城市路灯建设是城市现代交通建设的重点。本文采用ST公司的32位Cortex-M3系列微处理器STM32F103RBT6作为集中器的控制芯片，并采用电力线载波芯片PL3106C作为单灯控制器的控制器芯片，基于它们设计了整个路灯监控的硬件和软件系统。系统的通信技术主要以电力线载波与GPRS为支撑，来检测每条路段的亮灯率。系统的硬件电路主要是由集中器与单灯控制器构成。其中集中器的硬件电路由主控制器模块、GPRS模块、SIM卡电路、电力线载波模块、数据存储模块、系统时钟、串口通信、直流电源组成，单灯控制器包括了继电器电路、电压电流采集电路以及PWM调光电路等，来实现路灯自动启闭；通过单灯控制器对路灯实时监控和测量，可对路灯线路的突发事件进行即时报警；集中控制器具有电力线与GPRS通信功能，能够实现对控制信号和状态数据实时传输。软件部分不仅包括了各模块的子程序设计，还设计了中继通信的动态路由策略和单灯控制器自检功能。将硬件和软件结合起来组建路灯监控系统，实现在线智能监控，增大网络覆盖范围，具有遥控、遥测、遥信等多项功能。监控软件采用LabVIEW编写，能够实现远程实时监控，具有电子地图显示功能。完成硬件电路和软件编程的设计之后，本文对路灯监控系统进行了多次测试，通过实验结果证实了本设计的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 论文研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外路灯监控系统研究现状分析  12-13
  1.3 课题研究内容  13-15
第2章路灯监控系统的总体设计  15-23
  2.1 系统的设计思想  15
  2.2 系统的主要功能  15-16
  2.3 系统总体结构  16-20
    2.3.1 监控中心  17-18
    2.3.2 GPRS 无线网络  18
    2.3.3 电力线载波通信  18
    2.3.4 集中控制器  18-19
    2.3.5 单灯控制器  19-20
  2.4 系统的工作原理  20-21
  2.5 Cortex-M3 的特点  21-22
  2.6 本章小结  22-23
第3章电力线载波通信分析  23-27
  3.1 低压电力线信道的传输特性  23-24
    3.1.1 衰减特性  23
    3.1.2 干扰噪声  23-24
    3.1.3 阻抗特性  24
    3.1.4 时变特性  24
  3.2 低压电力线调制方式  24-25
    3.2.1 窄带通信方式  24-25
    3.2.2 扩频通信  25
  3.3 低压电力线载波通信技术参数  25-26
  3.4 本章小结  26-27
第4章路灯监控系统的硬件设计  27-42
  4.1 集中器的硬件设计  27-37
    4.1.1 STM32F03RBT6 单片机  28-29
    4.1.2 JTAG 与复位电路  29-30
    4.1.3 GPRS 模块  30-31
    4.1.4 电力线载波模块  31-33
    4.1.5 载波发射与接收电路  33-34
    4.1.6 串行闪存与外部静态随机存储器  34-35
    4.1.7 系统时钟芯片  35-36
    4.1.8 串口通信模块  36
    4.1.9 直流电源模块  36-37
  4.2 单灯控制器的硬件设计  37-41
    4.2.1 电压电流采集电路  38-39
    4.2.2 PWM 调光电路  39-40
    4.2.3 继电器电路  40-41
    4.2.4 RS485 接口电路  41
  4.3 本章小结  41-42
第5章路灯远程监控系统的软件设计  42-59
  5.1 路灯控制系统主程序设计  42-51
    5.1.1 路灯集中器的主程序  42-43
    5.1.2 单灯控制器的主程序  43-44
    5.1.3 GPRS 初始化流程  44-45
    5.1.4 GPRS 通信流程  45-46
    5.1.5 电力线载波发送子程序  46-48
    5.1.6 电力线载波接收子程序  48-49
    5.1.7 载波通信协议  49-50
    5.1.8 中继与 GPRS 协议介绍  50-51
  5.2 路灯控制系统上位机设计  51-58
    5.2.1 软件开发环境  51-52
    5.2.2 路灯监控系统通信检测实验与结果  52-53
    5.2.3 软件数据库设计  53-54
    5.2.4 软件功能设计  54-58
  5.3 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-65
致谢  65

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