一、系统概述[演示地址]
智能路灯控制系统是一套基于物联网技术的远程照明管理解决方案，采用STM32F103嵌入式控制器与4G DTU作为终端硬件，配合PHP+MySQL云平台实现设备的集中管控。系统以路灯杆为安装载体，集成了防雷保护、电量计量、远程控制、定时策略等核心功能，为城市道路照明提供智能化、精细化的管理手段。
该系统解决了传统路灯管理“巡检靠人工、故障被动发现、能耗无法监控”的痛点，通过云平台实现对单灯和分组的实时状态监控、指令下发、能耗统计，同时具备完善的防雷设计和工业级可靠性，适应户外恶劣环境。
二、系统架构
2.1 总体架构
系统采用三层架构：终端感知层、网络传输层、云平台应用层。
终端感知层：以STM32F103最小系统板为核心，外接4G DTU模块、继电器控制电路、HLW8032电量计量芯片。终端负责接收云平台指令（开/关灯），采集路灯电压、电流、功率等运行数据，并通过4G网络定时上报。
网络传输层：利用4G DTU模块实现终端与云平台的双向通信。
云平台应用层：基于PHP+MySQL构建，部署在Linux服务器（Nginx）。平台提供Web管理界面，支持用户认证、设备管理、分组控制、定时任务、日志审计、数据备份等功能。平台通过接口接收用户指令，将指令存入表；终端轮询时返回指令，实现命令的异步下发。
2.2 核心模块设计
设备管理模块：通过表存储设备ID、分组归属、在线状态、最后在线时间。设备首次上电时自动注册到平台，无需人工录入。管理员可对设备进行编辑、删除、分组调整。
指令下发机制：采用命令表模式。用户操作（Web点击或定时任务）不直接控制设备，而是向表插入待执行指令（设备ID、命令、状态）。终端轮询时获取该表数据，执行后标记为已执行。这种设计保证了指令的可靠交付，支持离线设备的指令缓存。
定时任务引擎：表存储用户定义的定时规则（设备/分组、动作、时间、重复日期）。在终端轮询时，通过SQL语句匹配符合条件的定时任务，利用字段避免重复执行，实现高精度的定时控制。
实时状态更新：前端通过AJAX每5秒轮询，获取所有设备的在线状态和开关状态，无刷新更新页面卡片。设备在线判断依据字段是否在5分钟内有更新。
三、核心功能详解
3.1 设备与分组管理
平台支持以“设备”和“分组”两级维度管理路灯。设备绑定唯一ID（如STREET_001），可归属到任意分组（如“解放路东段”）。管理员可通过Web界面：
添加/编辑/删除设备：设置设备名称、分组归属
批量操作：对分组一键开启/关闭所有设备
状态查看：实时显示设备在线状态、开关状态、最后在线时间
3.2 实时控制与状态反馈
用户点击“开启”或“关闭”按钮时，前端调用接口，将指令存入表。终端下一次轮询时获取指令并执行，执行结果通过表记录，前端AJAX轮询更新状态，实现“秒级响应”的远程控制。
3.3 定时任务策略
平台支持设备级和分组级两种定时任务：
设备级定时：针对单个路灯设置独立的开关时间，适用于重点路段或特殊场景。
分组级定时：对整组路灯统一控制，适用于主干道、居民区等规律性照明场景。
定时规则支持自定义执行日期（周一至周日任意组合），时间精确到分钟。系统通过数据库时间比较和last_run防重复机制，确保任务每天仅触发一次，且不受设备轮询间隔影响。
3.4 能耗监测与数据分析
借助HLW8032电量计量芯片，终端可实时采集路灯的电压、电流、功率因数、累计电能等数据。数据上报至云平台后，生成以下统计：
总设备数/在线设备数/开启设备数：首页仪表板展示
设备开关比例：可视化展示当前照明覆盖率
今日操作次数：记录人工控制和定时任务的执行频次
设备使用趋势：预留Chart.js接口，可扩展为历史曲线图
3.5 用户与权限管理
系统支持多用户登录，区分管理员和普通用户角色：
管理员：拥有全部权限，可管理用户、备份数据、查看日志
普通用户：仅可控制设备、查看状态，不可修改系统配置
用户密码采用password_hash()加密存储，保障账户安全。
3.6 操作日志与审计
所有控制操作（手动开关、定时执行）均记录在表中，包括操作设备、动作类型、执行时间、结果状态。管理员可通过日志页面追溯设备历史行为，便于故障排查和责任界定。
3.7 数据备份与恢复
管理员可导出数据库SQL文件，支持手动备份和定期备份策略。备份文件包含设备信息、分组信息、定时任务、操作日志等全部数据，可用于灾难恢复或系统迁移。
四、硬件与工程实现
4.1 核心硬件选型
主控芯片：STM32F103C8T6（淘宝通用最小系统板），72MHz主频，64KB Flash，20KB RAM，满足控制与通信需求。
4G通信：合方圆/有人物联网DTU模块，支持3.3V供电，UART接口，内置TCP/IP协议栈，通过AT指令实现HTTP轮询。
电源系统：金升阳LH10-10B12隔离电源模块（220V转12V），配合MP2451 DC-DC（12V转5V）和AMS1117-3.3（5V转3.3V），实现三级稳压，满足不同模块供电需求。
电量计量：HLW8032计量芯片，UART输出电压、电流、功率、电能，精度±0.5%。
继电器：G3MB-202P固态继电器，无触点、长寿命，光耦EL357隔离驱动。
防雷保护：天线口加装SMA馈线避雷器（10kA），电源输入端加压敏电阻（20D471K）+ 气体放电管（3RM090L-8）+ TVS（SMCJ12A），实现三级防雷。
4.2 防护设计
过载保护：电源输入端3A慢断保险丝，输出端0.5A自恢复PTC。
防反接：输入端串联SS34肖特基二极管。
电磁兼容：强弱电分区布局，爬电距离>3mm，单点接地，关键信号加磁珠滤波。
防水外壳：IP66铝合金防水盒，底部开排水孔，配PG9防水接头。
4.3 PCB设计亮点
双层板布局，尺寸100×80mm，兼容主流防水盒
强弱电物理隔离，中间开槽1mm
大面积铺地，关键信号包地处理
预留测试点（12V、5V、3.3V、GND、PE）
散热过孔密集布置（电源模块下方）
五、技术创新与优势
命令表异步机制：解决了离线设备指令丢失问题，保证控制可靠性。
分组与设备双级定时：既满足批量控制需求，又保留单点灵活性，互不冲突。
SQL级防重复执行：通过
last_run字段和条件更新，避免定时任务重复触发。前端实时轮询：AJAX+JSON实现设备状态无刷新更新，用户体验接近实时。
低成本高可靠：。
六、典型应用场景
城市道路照明：分段、分时控制，后半夜自动降低亮度或间隔亮灯，节能30%以上。
工业园区：根据班次自动开关灯，避免长明灯浪费。
景区亮化：节假日/日常模式切换，配合定时任务实现自动管理。
智慧路灯示范项目：集成电量监测，为运维提供数据支撑，实现预防性维护。
七、结语
智能路灯控制系统以低成本、高可靠、易扩展为设计原则，融合嵌入式控制、4G通信、云平台技术，为传统路灯管理注入智能化基因。系统从硬件防雷到软件指令保障，从单灯控制到分组策略，从状态监控到能耗分析，构建了完整的物联网闭环。未来可进一步扩展环境传感器（光照、温湿度）、AI策略优化（根据人车流量自动调光）、边缘计算等功能，助力城市照明向绿色、智能、可持续方向升级。
