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ARM9和Linux的路灯智能集中器开发

添加时间:2018/09/18 所属栏目:毕业设计论文
本文分析了路灯照明系统的现状,提出了路灯智能集中器的方案设计,完成了智能集中器的硬件电路设计,并在宿主机器上措建了嵌入式Linux开发环境,完成了智能集中器的Linux主程序开发和触摸屏程序开发。
  以下为本篇论文正文:

摘要

  随着国内智慧城市的快速发展,智慧路奸作为智慧城市的一部分,也是方兴未艾,智慧路巧是指通过应用先进、高效、可靠的电力线载波通信技术和无线排RS/CDMA等通信技术,实现对路灯的远程集中控制与管理,具有根据车流量自动调节亮度、远程照明控制、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能,能够大幅节省电力资源,提升公共照明管理水平,节省维护成本。

  本论文首先讲述了智慧路灯在国内外的发展历史及现状,指出路灯智能集中器的研发是智慧路巧控制系统重要的一个环节,并提出了路灯智能集中器的总体方案设计,包括微处理器的选型,FLASH和RAM的选型,无线通讯GPRS模块和电力载波拉片的选型。

  其次,讲述了智慧路灯智能集中器的硬件电路设计,包括电源设计,存储电路设计,无线通讯电路设计,W太网接□电路设计和USB接口电路设计等,在硬件电路设计完成之后确定整机采用H块板的结构设计,底层为电源板和路由模块,中间板为微处理器核屯、板和控制中枢,最上层为触摸屏板,各板间采用排线接插件的连接方式。

  在完成硬件设计之后,搭建了基于虚拟机的化untu嵌入式Linux开发环境。

  具体包括化until环境下Eclipse集成环境的安装配置,GDB调试器的交叉编译,触摸屏程序开发环境化的搭建等。按照嵌入式Linux开发的一般步骤,先是调通了各个硬件功能模块,然后设计了路灯智能集中器的软件编程框架,使用Linux多线程编程完成了主程序的开发,使用Qt开发完成了触摸屏程序,并使用基于TCP SOCKET的本机通信方法,实现了两个进程的通讯。

  最盾,在济南高新区舜华路选取路灯控制箱变,安装一台样机,安装50个单灯控制器,通过一个月的测试,效果良好,完成预期的设计和实现。

  关键词:智慧路灯;路灯智能集中器;ARM9; Linux; Qt;

Abstract

  With the rapid development of domestic sapiential city,smart lamp is becoming more and more popular as an essential part of the sapiential city. They mainly refer to the remote control and management to the lamps by applying advanced efficient and reliable power line carrier communication technology and GPrS/CDMA,They also have other functions such as automatically adjust the brightness according to the traffic flow, remo1:e lighting control, fault with active alarm, lighting cable anti-theft, remol:e meter reading and so on in substhntial savings in resources, and enhancing the level of public lighting management, and reducing the cost of maintenance.

  This essay firstly expands the development history and the current condition of the smart street lamp at home and abroad, pointing out that the development of smart concentrator is a vital link of smart strest lamp control system. In the mean time, it puts forward the general design scheme for smart street lamp control system, Including the selection of the microprocessor, flash and ram selection, wireless communication GPrS module and power carrier chip selection.

  Secondly,it introduces the hardware circuit design of concentrator,which contains the power supply , storage circuit, wireless communication circuit, Ethernet interface circuit and USB interface circuit design,After the design of the hard circuit, the-three-board design as a whole is adopted. The bottom lay is power supply board and router board,The top one is the touch screen panel board,The middle one is microprocessor board and a control cenkr.The connection way of each board is cable con n ector.

  After the completion of the hardware design,embedded Linux developing environment based on the virtual machine is set up.It is made up of the Eclipse integration environment insl;allation and configuration under l;he environment of Ubuntu, cross compiler of the GDB debugger and the setting-up of developing environment Qt. According to the general steps of Embedded Linux, the first thingth do is to get every hardware module going .Then the design of the concentrator software programming frameworkfor is designed, using Linux multi-threaded programming completed the development of the main program, using Qt th develop the U)uch screen program,and using based on TCP socket of the machine communication me1:hod,to realize te communication of the two processes. Finally, a sample system is fixed at the Shun Hua road of Jinan.50 single lamp controllers were equipped, and passed the thSt. They have been on successfully for one month, realizing the expected design and Implementation.

  Keywords: Smart Lamp;Lamp Smart Concentrator;ARM9;Linux;Qt

  近年来,随着我国城镇化进程的加速推进,城市人口得到迅猛增长,城市规模不断的如大,城市基础设施建设中的公共照明也得到快速发展,但是庞大的市政公共照明消耗了巨大的电力资源。据统计,我国城市公共照明用电量占全国电力生产总量的5%,而数量庞大的城市路灯又是城市公共照明的耗电大户,传统的路灯维护,观念上重建设轻管理,管理手段上技术水平低,无法对实际的照明进行灵活调控,存在严重的电能浪费。为了降低路灯照明的能源消耗,达到节能减排的目的,国家住建部颁布了《关于加强城市照明管理,促进节约用电工作的意见》、《"十二五"城市绿色照明规划纲要》等一系列政策文件,用W指导城市绿色照明的发展。

  随着物联网、大数据的高速发展和智慧城市的推波助满,国内外产生了基于路灯联网的智慧路灯控制系统,简称智慧路灯。智慧路灯是指通过应用先进、高效、可靠的电力线载波通信技术和无线GPRS/CDMA通信技术等,实现对路灯的远程集中控制与管理。应用智慧路灯系统,可W实现远程对照明的控制,自动生成故障报表,及时发现电缆被盗,远程抄读645规约电表等,对于LED路灯还可W根据车流量密度调节灯光亮度。智慧路灯通过远程集中管理平台,可实现对任意一盏路灯的亮灭控制,同时能实时采集电压、电流、功率、能耗、功率因数等,综合判断后给出好具的实时状态,能准确的判断出路灯的亮灭灯状态,代替工人的巡测,实现了对路灯的精细化管理。同时能自动根据经韩度调整每天的开关灯时间,达到按需照明,从而降低了城市路巧对电力能源的消耗,符合当前缘色照明、节能减甜目的趋势。

  在智慧路灯系统中,一般分为H个部分,监控中也软件系统、智能集中器、单灯控制器。智能集中器通过无线传输技术GPRS/CDMA等与中也软件通信,实现单灯数据的上传和中屯、软件指令的下发,同时智能集中器通过电力线实现对单灯控制器的管理,因此智能集中器的研发是智慧路灯产品研发的最重要一环。

  本论文需要完成基于电力载波的智能集中器的设计与实现,包括方案设计,硬件电路设计、嵌入式软件设计及最后的安装调试等,具体研巧内容如下:

  1、智能集中器的方案设计,包括CPU选型,MND化ASH选型,RAM选型,无线通讯模块的选型,电力载波模块的选型,触摸屏的选型。

  2、智能集中器的硬件设计,硬件模块电路原理图设计、PCB设计,电路板的元件焊接、各个功能模块上电测试等。

  3、PC机上宿主机上嵌入式Linux开发环境的构建,包括虚拟机的安装配置,化until系统的配置,目clipse的安装配置,G地调试的安装配置等。

  4、在搭建好的嵌入式Linux平台上完成各个功能模块的调试,编写完成相应的模块测试程序。

  5、在嵌入式Linux平台上进行多线程的开发,完成Eclipse环境下主程序的开发。

  6、在宿主机下搭建触摸屛程序Qt开发环境Qt Creator,完成触摸屏程序,并完成与主程序的通fe。

  7、工程样机的现场测试,根据测试结果,修改软硬件设计。

  路灯智能集中器硬件设计:

集中器结构设计图
集中器结构设计图

核心板电路结构图
核心板电路结构图

iMx287核心板实物
iMx287核心板实物

 AC-DC转换电路
AC-DC转换电路

EEPROM存储电路设计
EEPROM存储电路设计

实时时钟电路设计
实时时钟电路设计

目录

  摘要
  Abstract
  第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外发展概述
    1.3 本文研究内容
  第2章 智慧路灯系统概述
  第3章 智能集中器方案设计
    3.1 微处理器选型
    3.2 无线通讯模块选型
      3.2.1 西口子公司
      3.2.2 华为
      3.2.3 希姆通
      3.2.4 移远通信
    3.3 电力载波拉片选型
    3.4 本章小结
  第4章 智能集中器硬件设计
    4.1 结构设计
    4.2 电源电路设计
    4.3 存储电路设计
    4.4 无线通讯电路设计
      4.4.1 供电部分设计
      4.4.2 开关机电路设计
    4.5 以太网接口电路设计
    4.6 触摸屏电路设计
    4.7 实时时钟电路设计
    4.8 蜂鸣器电路设计
    4.9 USB接口电路设计
      4.9.1 USB OTG 电路设计
      4.9.2 USB Host 电路设计
    4.10 原理图和PCB设计
    4.11 本章小结
  第5章 嵌入式Linux软件模块编程
    5.1 嵌入式Linux开发环境搭建
      5丄I VMware虚巧机软件配置
      5丄2 Ubuntu系统配置
      5丄3 Eclipse开发环境配置
      5丄4 GDB调试器安装
      5丄5 Eclipse和GDBServer的联合调试
    5.2 嵌入式Linux模块程序开发
      5.2.1 GPIO模块编程
      5.2.2 串口模块编程
      5.2.3 EEPROM 模块编程
      5.2.4 GPRS模块编程
    5.3 本章小结
  第6章 嵌入式Linux多线程编程
    6.1 Linux多线程创建
    6.2 路灯智能集中器线程划分
      6.2.1 串IO的多线程设计
      6.2.2 EEPROM存储的多线程设计
      6.2.3 触摸屏通信线程
    6.3 嵌入式Qt触摸屏开发
      6.3.1 Qt开发环境配置
      6.3.2 集中器触摸屏Qt编程
      6.3.3 触摸屏与主程序通信
    6.4 王程样机测试
    6.5 本章小结
  第7章 结论
    7.1 结论
    7.2 工作展望
  参考文献
  致谢

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