伴随社会的发展，小功率电子设施应用场景越来越多，但是对于小功率电子设备的供电问题却一直困扰着电子工程师。城市路灯的供电运行状态的监管就是一个烦琐的问题[1]。架空线影响城市美观而且不安全，走电缆成本高，铺设烦琐不方便，后期的维护成本高。伴随电子技术的日益提升，各种新型能源技术逐渐成熟。新能源的利用也进入常态，但是当下大多都是以一种清洁能源作为能量供给，对于多种新型清洁能源进行互补储能却很少研究，一旦出现问题路灯将无源可供。本文利用太阳能、风能、温差能、蓄电池四种能源进行互补，在能源充足时储能、能源不足时相互补充，从而保证路灯的平稳运行[2]。同时为了监管路灯的运行状态的便利，系统在云端时监控路灯节点现场情况，方便维护人员对设备的精准维护。1路灯供电节点整体设计（1）节点控制模块。该节点以STM32F103单片机最小系统为主控制单元；MP1584EN降压电路将能源模块的电源降压为5 V，通过AMS1117降压芯片提供3.3 V电压给STM32F103RBT6最小系统与人机交互组件和通信模块供电；节点现场信息通过LORA通信模块完成网关上传；三轴加速度模块时时监测路灯杆体的竖直情况；OLED完成节点相关参数的显示，便于现场的检修。节点控制模块框如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.021.F001图1节点控制模块框（2）多能源管理模块。太阳能、风能、温差能、蓄电池、分别通过ME4953双通道PMOS管与AO4459单通道PMOS管控制其输入。太阳能充电管理电路采用具有MPPT功能并可以对锂电池与磷酸铁锂电池进行充电管理的CN3722集成电路构成。风力发电利用XL6009可调升降压芯片结合SEPIC拓扑电路来实现自动升降压，其输入电压为5~28 V，输出电流最大为1.5 A。当风力发电电压大于、等于或小于输出电压时由自动升降压的功能来实现升压或者是降压，从而可以得到较为稳定的电压源。温差能的输入由STM32的IO控制三极管驱动ME4953双沟道PMOS管控制。PMOS导通后温差能进入由MC34063组成的升压电路升压，再通过防倒灌二极管输入CN3763锂电池充电管理电路。风能和温差能电路输出接入CN3763锂电池充电管理芯片对锂电池进行储能管理。输出功率控制由IRF540 N-MOS管控制，对于能源输入电路、充电电路、输出电路加入电流与电压采样电路方便监控整个系统的输入与输出的电流和电压以及其工作效率。多能源管理硬件框如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.021.F002图2多能源管理硬件框2软件设计系统软件流程如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.021.F003图3系统软件流程系统利用RT-Thread Nano操作系统，在rtthread_startup（）函数中调用了板级初始化函数rt_hw_board_init（），在函数内初始化MCU外设与外围器件[3-4]。初始化完成后创建线程任务、软件定时器、信号量、互斥量、邮箱队列、内存池。任务1：完成接收LORA数据与处理LORA数据，判断是否离线的功能。如果离线切换到离线模式运行。任务2：完成对各路能源、输出功率、三轴倾斜度进行采集并且通过LORA把数据发送到LORA网关。任务3：完成逻辑互补功能，关闭和打开对应的负载能源接口。任务4：完成人界交互界面UI的刷新，在MAIN_UI（主界面）对所有输入输出数据和x、y、z轴数据进行轮询显示以及显示关于LORA通信的信号强度、信号道、地址。通过外部中断与按键操作进行界面切换，分别有主界面、菜单界面、三轴倾斜报警阈值设置界面、所有输入输出过压过流保护设置界面、蓄电池欠压保护设置界面。能源互补程序设计：当负载工作时，太阳能、风能、温差能三种清洁能源可以供给负载正常工作，则蓄电池不放电，如有余量则给电池充电；若负载工作不正常（欠压），则接入蓄电池供电。能源互补程序流程如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.021.F004图4能源互补程序流程3系统调试3.1整机测试对每个能源接口使用开关电源进行模拟输入输出测试，测试其反接保护、过压保护、过流保护等。使用滑动功率电阻测试其带载能力。整机测试如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.021.F005图5整机测试3.2功率底板测试使用功率底板与开关电源对锂电池充电，功率底板稳定运行。将一个万用表并联蓄电池观察其充电电压，一个万用表串口充电回路观察充电电流，当前充电电压为12.29 V，充电电流为0.78 A。功率底板测试如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.021.F006图6功率底板测试3.3主界面轮询显示测试主界面轮询显示效果如图7所示。第一排显示了当前设备地址、信号道、通信状态、通信强度、锂电池电量。第二排显示太阳能、风能、温差能、电池、开关电源的指示选项。经过定时器计时或者是按键选择，可以轮询显示出五个通道能源的电流电压功率。在左下角显示的是设备的三轴数据，x、y、z轴数据也与能源数据一致轮询显示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.021.F007图7主界面轮询显示效果3.4各具体功能测试功能测试如图8所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.021.F008图8功能测试图8（a）中选择设置设备的无线通信地址与信号通道。图8（b）中显示了当前设备倾斜报警的阈值数据，通过按键可对数据进行修改。图8（c）中显示的是五路能源的过流过压保护参数，通过按键选择要修改的通道与要修改的数据。图8（d）中显示的是电池欠压保护的电压，通过按键可设置电池欠压保护阈值。4结语新能源互补城市路灯供电控制器节点以STM32F103RBT6作为主控制器。CN3722为太阳能充电管理控制芯片；CN3763为锂电池充电管理芯片；XL6009升降压芯片结合SEPIC拓扑电路组成自动升降压电路为风力输入控制芯片稳压至17 V；温差能与开关电源由MC34063A组成升压电路升压至17 V；风能、温差能都通过防电流倒灌的二极管接入CN3763为锂电池充电。四个能源通道与一个输出通道皆可通过主控制器控制其通断状态，设备的输出功率最大为36 W。通过OLED可以轻松地进行人机交互，在OLED主界面可以通过轮询与选择的方式观察所有能源接口与负载接口电流、电压、功率与三轴状态和通信状态。通信设置界面可以调整LORA地址、信道、空中速率。蓄电池参数设置界面可以调整蓄电池欠压保护阈值。能源控制界面可以修改各路能源输入通道的过压、过流保护参数。三轴倾斜报警设置界面可以设置倾斜角度报警阈值。LORA模块可以完成节点现场相关参数的云端平台上传，从而减轻维护成本和维护的时效性。系统进行在线运行，各项参数达到设计要求，完全胜任城市路灯的供配电问题，具有很高的实际推广应用价值。