基于物聯網技術的智能路燈控制系統設計

朱寶華

（江蘇商貿職業學院，江蘇 南通 226011）

基于物聯網技術的智能路燈控制系統設計

朱寶華

（江蘇商貿職業學院，江蘇 南通 226011）

隨著社會經濟的不斷發展，城市電力資源很大一部分都用在了城市路燈照明上，城市路燈的智能化程度反映一個城市的現代化水平。傳統的路燈控制系統已經不能夠滿足現代城市發展的需要，城市智能化路燈控制系統的設計和研究是現代城市在照明控制方面發展的必然趨勢。文章把物聯網技術應用到無線通信的智能路燈控制管理系統中，對基于物聯網技術的智能路燈控制系統進行了設計和研究。

物聯網技術；智能控制系統；照明控制；無線通信；路燈

1 物聯網技術發展

物聯網技術是在互聯網技術的基礎之上進行擴展的網絡技術。物聯網以通信網和電網作為信息承載體，讓具有獨立尋址功能的對象可以實現信息的互通和交換。我國對物聯網的研究相比歐美一些科技發達國家來說是比較晚的，在1999年我國啟動了物聯網技術的傳感網研究，如今隨著物聯網技術的快速發展，我國從材料、加工到系統控制已經形成了完整的產業鏈，目前我國的物聯網技術的發展和應用已經處于世界前列。物聯網技術已經應用到智能電網、智能物流和智能家居等領域，把物聯網技術應用到智能路燈控制系統中也是物聯網技術新的應用。

2 物理網技術在智能路燈控制系統應用的意義分析

路燈作為城市建設必不可少的基礎設施，直接反映一個城市建設的水平。目前傳統的城市路燈照明系統中人工控制系統是最原始的路燈控制方式，路燈的開關需要人手動控制；時控控制系統是城市路燈控制中采用最多的控制方式，通過定時器定時功能來控制路燈的開關；光控系統使用較少，主要是在光照比較好的地方才使用，通過光的強弱對路燈開關進行控制。這些傳統的路燈控制系統不能及時地把路燈能耗等相關的數據情況返回給控制中心，如果路燈出現故障了，維修人員也不能及時地對故障進行維修，所以傳統的路燈照明控制系統已經不能夠滿足現代路燈照明系統的管理需求，傳統的路燈照明控制系統比較落后，隨著城市規模的不斷擴大，傳統路燈照明系統的在對路燈的管理方面存在嚴重不足，傳統路燈控制系統不具有節能功能，電能能耗大比較大，路燈在維護上主要以人工巡視和維護方式為主，路燈出現故障隨機性比較大，這樣對路燈系統的維修維護效率比較低，傳統的路燈控制系統對路燈開關的控制比較落后，所以對智能路燈控制系統的設計和研究是必要的。在路燈控制系統中引入物聯網技術，采用智能化的控制模式，無論是在路燈的管理還是在維護上都有了很大的提高，基于物理網技術的智能路燈控制系統可以降低電能損耗，減少環境污染，在一定程度上也減少了政府部門的資金投入。路燈系統中引入物聯網技術，實現了路燈控制系統智能化管理，與傳統路燈控制管理方式相比，路燈系統管理效率高，路燈系統報警及時，基于物理網技術的智能路燈控制系統的通信介質采用交直流電線取代了傳統的鋪設電纜的方式，有線通信方式穩定，受外界因素影響小，對照明路燈進行分組管理，對路燈的照明時間可以進行智能化設置，對路燈照明系統進行遠程控制，24小時全天獲取工作數據，對路燈進行亮度的調節，降低了路燈使用過程中對電能損耗，延長了路燈燈具的使用壽命。

3 基于物聯網技術的智能路燈控制系統總體設計

3.1 智能路燈控制系統總體結構設計

智能路燈控制系統在傳統的路燈控制系統基礎上建立了3層控制系統，第一層是LMS上位機的路燈控制系統，上位機路燈控制系統是整個控制系統的終端，為用戶提供人機交互的用戶操作界面， 通過各個功能模塊實現對路燈的控制，根據具體要求實現路燈的自動開關控制和路燈亮度的控制調節。在系統中可以根據路燈控制系統開發的要求，添加相應的功能模塊。第二層數據集中器，在智能路燈控制系統中，數據集中器通過無線網絡通信媒介，和上位機的控制系統實現通信功能，根據上位機控系統的需要，把數據實時的傳輸到上位機控制系統中。數據集中器通過電力載波信號與下級的單燈控制器進行通信，對單燈控制器進行控制，完成對數據的收集和控制命令的發送，實現對路燈開關的控制和亮度的調節控制。第三層單燈控制器，單燈控制器在系統中控制相連的路燈，單燈控制器通過電子載波器實時的把收集到的單燈電流和功率等數據傳輸給數據集中器，單燈控制器使用唯一的標識碼對路燈個體進行標識，標識碼也是電子載波進行尋址的唯一標識。

3.2 硬件系統設計

智能路燈控制系統的設計要實現節能和實時控制功能，在滿足日常路燈照亮需要的同時，通過對路燈進行亮度調節的控制實現路燈的節能，實時控制可以對路燈系統出現的異常數據進行判斷，減少維修人員日常維修和維護的難度，也可以達到節約開支的目的。智能路燈控制系統硬件設計要完成以下功能的需要，第一在單燈控制器的設計上，對與單燈控制器相連的路燈進行功率、運行時間和亮度值等數據的測量，也可以增加光照感應器等有用的功能設計。第二在三相耦合器的設計上，我國路燈線路的設計都是以三相電為基礎，三相耦合器的設計可以實現負載均衡，減少了線路設計的難度，幫助數據集中器把另外兩相電的信號耦合到數據集中器上。第三在信號隔離器的設計上，智能路燈控制系統的硬件基礎設施是以原有的硬件設施為基礎建立的，信號的傳輸也是以原有硬件連接方式來實現的。路燈連接方式如圖1所示。

圖1 路燈連接方式

每一根線都是每一相電進行傳輸的主干線，燈節點代表輸入的遠端或者電流的終端，電力載波受到干擾小，但是隨著原有線路的擴大，在與單燈相連的線路上安裝了很多用電終端，這樣造成信號干擾，為了避免信號干擾，在電力線干路上添加信號隔離器，信號隔離器連接方式如圖2所示。

圖2 信號隔離器連接方式

3.3 軟件系統設計

在基于物聯網技術的智能路燈控制系統軟件設計中包括兩方面，一是終端監測軟件的設計，終端監測軟件主要是安裝在遠端服務器上的，通過功能模塊進行控制；二是通信模塊，根據傳輸功能的特點設計的新模塊。系統軟件是和用戶直接接觸的應用終端，系統軟件界面設計要簡潔美觀，根據用戶的需要來設計控制界面。系統軟件要實時的把操作人員的控制指令發送給各個硬件的設備層，實現對硬件的控制，還要把下層的數據信息發回到上層軟件的控制系統。系統軟件的設計開發都是Java Web技術開發的，Java Web技術是把Java技術應用到互聯網中并和Web技術一起解決相關的問題。WEN技術包括兩部分，分別是Web服務器和Web客戶端，Java在客戶端主要應用Java applet技術，Java在服務器端的應用主要是JSP和第三方框架，Java技術為Web提供技術上的支持。系統作為一個控制軟件終端，在終端功能設計上的功能模塊主要有路燈監控，故障報警、開關等計劃和控制器管理等模塊等，路燈監控功能模塊顯示每條街道路燈的基本信息以及每個路燈的運行情況。故障報警功能模塊對故障信息進行記錄然后進行上報，便于工作人員對路燈進行維護，工作人員可以按照自己的需要對報警信息進行檢索等操作。開關燈計劃功能模塊在路燈的開關燈設置上更加靈活，以最小的時間為單位對時間進行配置，根據異常情況和季節的變化來調整開關燈計劃。控制器管理功能模塊可以實現系統對控制器的設置，對控制器的連接情況進行記錄。

4 結語

隨著現代化城市的發展，智能路燈控制系統是一個城市現代化發展水平的體現。基于物聯網技術的智能路燈控制系統是物聯網技術在新的應用領域的探索，是物聯網技術在應用領域中的延伸。

[1]劉恒，汪光森，王乘. OFDM、擴頻通信技術在電力線通信中的應用分析與仿真[J].繼電器，2003（7）：41-46.

[2]張惠玲，王曉雯.城市道路照明設置與節能探討[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2012（S1）：106-109.

Design of intelligent street lamp control system based on Ιnternet of things technology

Zhu Baohua
（Jiangsu Vocational College of Business, Nantong 226011, China）

W ith the continuous development of social economy, a large proportion of urban power resources has been used in urban street lamp lighting, and the intelligent degree of urban street reflects the modernization level of a city. The traditional street lamp control system can’t meet the needs of modern urban development. The design and research of urban intelligent street lamp control system is the inevitable trend of modern city in the lighting control. This paper has applied the Ιnternet of things technology to w ireless communication intelligent street lamp control management system, as well as designed and studied the intelligent street lamp control system based on the Ιnternet of things technology.

Ιnternet of things technology; intelligent control system; lighting control; w ireless communication; street lamp

朱寶華（1980－ ），男，江蘇南通，碩士，副教授；研究方向：物聯網應用技術。