基于IOT的城市道路智慧照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蘭歡

針對當(dāng)前城市道路照明系統(tǒng)所存在的效率低、照明方式單一、擴(kuò)展性較差等問題，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)（Internet Of Things，IOT）技術(shù)的城市道路智慧照明系統(tǒng)，將城市道路照明、環(huán)境監(jiān)測納入新型城市物聯(lián)網(wǎng)體系，綜合運(yùn)用嵌入式技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化的城市道路照明控制，同時(shí)還具有環(huán)境溫濕度、PM2.5等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測功能。

【關(guān)鍵詞】智慧照明 環(huán)境監(jiān)測 物聯(lián)網(wǎng) ZigBee 上位機(jī)

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市路燈照明建設(shè)飛速發(fā)展，道路照明的質(zhì)量日益改善。近幾年，環(huán)保、低碳的理念被越來越多的人所重視，節(jié)能照明已成為現(xiàn)今社會(huì)面臨的一個(gè)重要問題。但在當(dāng)前現(xiàn)有的路燈控制體系中存在著資源浪費(fèi)、管理欠妥、維護(hù)效率低、成本高、拓展能力和可持續(xù)性差等問題，急需現(xiàn)代化的智慧照明來提高城市道路照明的工作效率和可利用率。

針對上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種集道路照明管理與環(huán)境監(jiān)測于一體的城市道路智慧照明系統(tǒng)，立足于當(dāng)今節(jié)能減排的需求，以節(jié)能為核心，改變以往一成不變的照明方式，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

整個(gè)城市道路智慧照明系統(tǒng)分為兩大部分：照明控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。照明控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)道路照明的控制，通過采集環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)路燈的自主亮滅控制，同時(shí)通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將道路照明系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)路燈的控制；輔助系統(tǒng)則主要進(jìn)行氣象環(huán)境的監(jiān)測，利用多個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)外部環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，如：溫濕度、PM2.5、光照度等，最后將數(shù)據(jù)匯總通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊

本城市道路智慧照明控制終端和監(jiān)測終端的核心模塊均采用嵌入式ARM處理器STM32系列，STM32系列微控制器采用ARM公司具有突破性的Cortex-M3內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，具有豐富的增強(qiáng)I/O端口和外設(shè)：包含3個(gè)12bit的ADC、8個(gè)高級16bit定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C和SPI、5個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè)CAN。專門應(yīng)用于對性能要求較高、成本要求較低以及低功耗的場合，適合本系統(tǒng)的芯片需求。

2.2 傳感器模塊

傳感器模塊主要包括用于檢測環(huán)境照度的光照傳感器BH1750FVI以及監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的溫濕度傳感器、PM2.5傳感器等。

（1）光照傳感器BH1750FVI采用數(shù)字輸出，光照度范圍為0-65535 lx，可對廣泛的亮度進(jìn)行1勒克斯的高精度測定，實(shí)現(xiàn)“亮度調(diào)節(jié)，外界照度強(qiáng)，路燈光照弱；外界照度弱，路燈光照強(qiáng)”的效果；

（2）溫濕度傳感器模塊用于檢測周圍環(huán)境的濕度和溫度；

（3）PM2.5傳感器選用GP2Y1010AU0F型號的粉塵傳感器，它的特點(diǎn)是取消了模擬輸出口，不需要搭建外圍電路，節(jié)省了成本，標(biāo)準(zhǔn)串口通信，提高了測量準(zhǔn)確率，串口輸出更穩(wěn)定，只需要3根線即可操作它，通過串口直接讀取電壓。

2.3 ZigBee無線通信模塊

為了實(shí)現(xiàn)城市道路照明系統(tǒng)的集中管理以及環(huán)境監(jiān)測功能，本文采用基于物聯(lián)網(wǎng)的ZigBee無線模塊構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)采用的ZigBee無線通信模塊為CC2530模塊，包括主ZigBee模塊和從ZigBee模塊兩部分，主從模塊需要在同一頻率之間完成數(shù)據(jù)之間的通信。

3 PC終端監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)城市道路智慧照明系統(tǒng)的集中控制管理以及環(huán)境數(shù)據(jù)的采集監(jiān)視功能，本系統(tǒng)基于LabView虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了城市道路智慧照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制中心監(jiān)控軟件。

虛擬儀器是一個(gè)高性能、低成本的測試和自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)載平臺，將傳統(tǒng)的儀器硬件功能集成，即將硬件軟件化，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)等方面的限制，擺脫了傳統(tǒng)的以硬件為主的測量，實(shí)現(xiàn)了以軟件為中心的測量。

4 結(jié)束語

本文提出一種基于IOT的城市道路智慧照明系統(tǒng)，綜合運(yùn)用嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等實(shí)現(xiàn)路燈的智能化管理：每套路燈既可單獨(dú)控制，根據(jù)時(shí)間和光照度實(shí)現(xiàn)通斷和亮度調(diào)節(jié)，也可進(jìn)行集中式的聯(lián)網(wǎng)控制，對城市路燈全網(wǎng)監(jiān)控，掌握路燈的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)可采集周圍環(huán)境的溫濕度、光照度和PM2.5數(shù)值，將所采集到的信息上傳到上位機(jī)監(jiān)護(hù)界面，實(shí)時(shí)顯示各種數(shù)據(jù)圖形。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，充分利用智慧照明技術(shù)實(shí)現(xiàn)路燈照明應(yīng)用的需求，拓展能力好，可以有效的節(jié)約能源，具有實(shí)際推廣和應(yīng)用價(jià)值，擁有極大的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1]俞建.基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的LED智能照明控制系統(tǒng)的研究[D].浙江：浙江工業(yè)大學(xué)，2012.

[2]姜男瀾，陳仙云，蔡明.基于ZigBee和LabVIEW的新型城市照明監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國科技信息，2014（07）：155-157.

[3]麻朋威.基于PT4115的LED照明燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技視界，2015（16）：69-70.

[4]劉蒙蒙.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市道路照明管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2015（03）.

[5]謝子殿，朱秀.基于單片機(jī)控制的智能化路燈節(jié)能裝置的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005（03）：80-82.

作者單位

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津市 300222