模擬智能路燈的設(shè)計與研究

周明會 張?zhí)K婷 張平才 申旭東 羅小松

【摘? ? 要】伴隨著中國城市化發(fā)展進程的不斷加快，路燈給我們的生活帶來了便捷，由于它的但是路燈的耗電量相當大，為了控制耗電量我們做了一做的這款路燈主要是以節(jié)能為目標，用傳感器芯片和相關(guān)無線通信技術(shù)想結(jié)合實現(xiàn)控制路燈的開關(guān)熄滅，主要使是路燈在晚上或大霧天氣時感應(yīng)到人或車經(jīng)過就則亮，隨后否則就熄滅，從而達到便民又節(jié)電的一種由通信網(wǎng)絡(luò)連接的路燈與監(jiān)控中心組成的智能路燈控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對路燈的智能監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】智能化路燈? 節(jié)約用電? arduino單片機? 監(jiān)控技術(shù)

中圖分類號：G4? ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.24.150

一、系統(tǒng)概述

在這個夜晚燈火通明的時代，城市和鄉(xiāng)村都是亮堂堂的，中國千千萬萬條馬路及城鎮(zhèn)路、鄉(xiāng)村路安裝的路燈除了有人有車經(jīng)過的時候亮起不屬于浪費電量時期，其他時候路燈也是一直在那里亮著，每晚消耗掉的電量是驚人的，造成了電量浪費，那如何避免浪費節(jié)約用電呢？我們的智能模擬路燈項目就是圍繞“如何節(jié)約用電量”這一問題來展開探討的。

這個項目的確立是依據(jù)時代現(xiàn)狀衍生的，符合政府大力倡導(dǎo)的節(jié)能減排的政策。在中國，路燈的普及已經(jīng)是普遍現(xiàn)象，夜晚每個地方都充滿光明，為人們的生活提供便利。那必然需要一套節(jié)能減排的系統(tǒng)，來節(jié)省政府及相關(guān)企業(yè)的開支，我們的項目就是為此產(chǎn)生的，是在形式及時代的大環(huán)境下產(chǎn)生的。

路燈給我們的生活帶來了便捷，最大的好處就是在黑夜提供照明。由于路燈應(yīng)用得非常廣泛所以它的耗電量相當大，全國基本每個城市都會存在此種現(xiàn)象：初入夜晚時人流量處于高峰，之后人員密集度就慢慢地減小，直到凌晨時馬路上變得寧靜。路上沒人路燈一直亮著就會造成大量的資源浪費，但關(guān)掉的話會給一些出行的人帶來許多的不便，比如保潔人員就是凌晨時出動去為我們的城市“美容”，這時候的他們不可能在沒有路燈照明的情況下去工作。因此，為了減少路燈大量電量的損耗，我們團隊做了一款智能路燈，主要是以節(jié)能為目標，用傳感器芯片和無線通信技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)控制路燈的亮與滅，主要實現(xiàn)路燈在晚上或大霧天氣感應(yīng)到人或車經(jīng)過則亮，之后就熄滅，從而達到便民又節(jié)電的目的。

二、硬件部分

基于單片機的智能模擬路燈控制系統(tǒng)電路，基于對車輛通行時路燈的自動開啟與延遲關(guān)閉、亮度控制的需求，本控制系統(tǒng)設(shè)計中需要有位置檢測方案。模擬智能路燈控制系統(tǒng)包括：LED路燈以及LED燈單片機控制器，通過電力載波模塊以及無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與LED路燈連接，后臺管理用于接收分組單元的分組指令;分組單元，用于對多個LED路燈進行分組;檢測單元，包括設(shè)置于LED路燈本體的定向拾音模塊，用于定向采集預(yù)先指定區(qū)域內(nèi)車的聲音信號，定向識人模塊，用人體紅外傳感器;定向識車模塊，用聲音傳感器，控制單元，用于根據(jù)采集的聲音信號對分組內(nèi)的LED路燈的工作狀態(tài)進行控制。LED路燈設(shè)置有用于身份標識的電子標簽，分組單元還包括用于識別所述電子標簽的讀寫器，分組單元根據(jù)電子標簽識別待分組LED路燈的身份信息。LED燈控制器接收分組單元的分組指令后，控制與其連接的LED路燈以預(yù)先制定的編碼規(guī)則進行頻閃，分組單元根據(jù)頻閃識別LED路燈的身份，并將其劃分到指定的分組。同樣，該智能模擬路燈控制系統(tǒng)電路采用模塊化設(shè)計，執(zhí)行效率極高。軟件系統(tǒng)包括支路控制器與單元控制器部分。支路控制器包括顯示模塊程序、按鍵程序模分支控制模塊、自動光亮度調(diào)節(jié)模塊等，單元控制器由按鍵模塊、顯示模塊與調(diào)壓模塊組成。

三、軟件部分

本控制系統(tǒng)設(shè)計一個接收處理并反饋數(shù)據(jù)的后臺控制系統(tǒng)，遠程路燈監(jiān)控系統(tǒng)利用電力載波技術(shù)通過已有電力線將路燈照明系統(tǒng)連成智能照明系統(tǒng)，此系統(tǒng)能在保證道路安全照明的同時節(jié)省電能，并能延長燈具的使用壽命以及降低運行維護成本。

對于燈具自身的檢查與維護方面，我們實現(xiàn)了對路燈的控制，從后臺接收的數(shù)據(jù)了解到燈的狀況，比如某處路燈出現(xiàn)故障，工作人員收到后臺推送到前端的故障信息后，根據(jù)信息（路燈的地址及編號）到現(xiàn)場檢查情況。同時后臺管理功能要完善，實現(xiàn)對路燈數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除、查詢、分組，系統(tǒng)對任意一盞、一段路或自定義的一組路燈進行遠程的開關(guān)控制及狀態(tài)展示在前端。

四、監(jiān)控中心的基本實現(xiàn)方式

系統(tǒng)中心通過網(wǎng)絡(luò)無線通訊方式與遠程的燈進行連接，無線網(wǎng)絡(luò)采用的是移動網(wǎng)絡(luò)，也就是GPRS數(shù)據(jù)的方式。路燈自動化遠程化的監(jiān)控終端接收來自監(jiān)控中心的命令，也可以直接控制區(qū)域內(nèi)單個燈和多個燈進行手動控制。我們可以通過監(jiān)控器傳來的信息來判斷是否需要進行手動的控制，以及在單個部分發(fā)生故障或者天氣情況需要燈的時候，并不會影響其他燈進行正常的監(jiān)控、檢測等。

根據(jù)實地進行更加合理的安放，考慮到成本等多方面因素，一般在監(jiān)控中心不能控制太多的路燈，而且相鄰兩個燈之間的距離不能太過于接近或者疏遠，具體而言相距不能超過100米，當然，具體的距離還是會根據(jù)實地的情況進行規(guī)劃，爭取在成本最小的情況下達到相對完美的效果。

關(guān)于傳感器的感應(yīng)問題，模塊會自行進行檢測，測試半徑不能小于5米，所以對傳感器的靈敏度和范圍有著比較高的要求。

五、結(jié)束語

為了順應(yīng)綠色城市地發(fā)展，響應(yīng)國家提倡的節(jié)能理念，我們組隊從路燈的角度進行研究。因為大家都知道，夜晚路燈的耗電量不是一個小數(shù)目。所以，我們從避免夜晚無人無車時路燈還持續(xù)亮著造成能源浪費的角度出發(fā)，做的是用傳感器芯片和相關(guān)無線通信技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)控制路燈的明滅。

我們的預(yù)計效果是要能實現(xiàn)以下情況：

1.路燈控制：通過我們自己制作的管理控制系統(tǒng)設(shè)備，在操作界面對路燈進行實時控制。

2.人車檢測：智能調(diào)光能自動檢測路段是否有人車經(jīng)過，根據(jù)車輛經(jīng)過情況自動調(diào)節(jié)路燈照明亮度，可以進行來車數(shù)量統(tǒng)計，無人無車輛時路燈自動熄滅，熄滅時間由用戶自定義，以達到節(jié)能效果。

3.主動警報：路燈遇到故障時即時自動將照明設(shè)備故障系統(tǒng)上報后臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

4.設(shè)備信息維護：后臺對多個燈、單個燈等設(shè)備的信息進行管理。

5.系統(tǒng)管理與查詢：對系統(tǒng)板塊、儲存信息進行管理與查詢。

我們的系統(tǒng)目前在模擬階段，如果要做出來投入市場的話還需要大量人力、財力的投入。智能路燈的研究目的是使其能夠更好地服務(wù)社會，服務(wù)人民，促進智慧城市的發(fā)展。【研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程，項目基金：貴州省2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目《模擬智能路燈》，編號：2020XJYB028】

【指導(dǎo)教師：田儒學(xué)】

參考文獻

[1]李戰(zhàn)明，劉寶.ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)在路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計算機應(yīng)用，2009（2）：17-20.

[2]平青.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市照明控制系統(tǒng)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2010.

[3]宋洪儒，王宜懷，楊凡.基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2019，42（02）：172-176，182.

[4]魏東.基于智能路燈系統(tǒng)的智慧街區(qū)和智慧城市建設(shè)[J].光源與照明，2018（04）：43-48.