基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計

鐘麗 成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計

鐘麗 成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院

從物聯(lián)網(wǎng)的興起到現(xiàn)在的蓬勃發(fā)展不過短短的十幾年的時間，其技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個相對成熟的階段，各行各業(yè)都可見其身影。本文所研究的智能路燈維護(hù)系統(tǒng)也是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的，該系統(tǒng)是將RFID、傳感器、GPS等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的傳輸、監(jiān)控、對比分析，并對夜間照明需求的響應(yīng)，確保路燈照明系統(tǒng)的及時性和準(zhǔn)確性。

智能路燈 物聯(lián)網(wǎng) 維護(hù) ZigBee 嵌入式

智能路燈維護(hù)系統(tǒng)，是基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深化應(yīng)用，使用先進(jìn)的信息采集、處理、流通、管理及智能分析技術(shù)，智能化地完成檢測、授權(quán)等多項工作，實(shí)時及時地反饋路燈狀態(tài)，突出流動監(jiān)控，使信息能夠快速及時反饋到后臺，維護(hù)人員能迅速到達(dá)現(xiàn)場，為使用方提供最高效服務(wù)，極大地降低人力資源和社會資源的消耗，最大限度的維護(hù)好夜間照明系統(tǒng)。

智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的智能性體現(xiàn)在：整個監(jiān)控的智能化，主動監(jiān)控路燈與設(shè)備箱，主動分析、獲取信息，實(shí)現(xiàn)整個過程的全監(jiān)控；通過實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控、對比分析，對路燈不斷的優(yōu)化，對夜間照明需求的及時響應(yīng)；在大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和智能分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)城市路燈規(guī)劃的建模仿真、預(yù)測，確保未來照明系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和及時性。

1 智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計

智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)需要不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，按照物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層這三個層次，其所用技術(shù)對應(yīng)如下：在感知互動層主要實(shí)現(xiàn)的是物體的感知和識別，需要使用到的典型技術(shù)有射頻識別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要應(yīng)用到的是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信；而應(yīng)用服務(wù)層的各種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)主要基于M2M（Machine to Machine）技術(shù)及管理平臺。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈維護(hù)系統(tǒng)由控制中心、路燈終端及它們之間的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)組成。路燈控制中心平臺負(fù)責(zé)所有信息的接收、整合、統(tǒng)計、分析和數(shù)據(jù)的處理，從而實(shí)現(xiàn)路燈的實(shí)時監(jiān)控維護(hù)。

2 硬件設(shè)計

2.1 智能路燈維護(hù)控制設(shè)備組成

本文所論述的智能路燈維護(hù)系統(tǒng)主要包含以下幾個部分：中央控制器、RFID射頻識別模塊、狀態(tài)監(jiān)測器（霍爾傳感器、光線傳感器）、無線通訊器、液晶顯示屏。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 硬件組成結(jié)構(gòu)圖

2.2 主要部分功能

2.2.1 中央控制器

本系統(tǒng)中采用了STC89C52單片機(jī)作為中央處理器，STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是它做了很多的改進(jìn)，使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，它擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，從而使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供了高靈活、超有效的解決方案。根據(jù)它的這些特點(diǎn)，本設(shè)計也選用了STC89C52芯片作為中央控制器。

2.2.2 RFID射頻識別模塊

射頻識別（Radio Frequency Identification,RFID）技術(shù)是一種采用射頻訊號以無線方式傳送數(shù)位資料的自動識別技術(shù)。在很多領(lǐng)域，都將RFID技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能的關(guān)鍵，它也是本系統(tǒng)應(yīng)用最核心的技術(shù)之一。在本設(shè)計中，RFID射頻識別模塊進(jìn)行IC的數(shù)據(jù)讀取操作，并上傳至中央控制器和協(xié)調(diào)器。

2.2.3 狀態(tài)監(jiān)測器和傳感器

狀態(tài)監(jiān)測器使用的是霍爾傳感器，其英文名稱為Hall sensor，是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，霍爾傳感器又分為線型和開關(guān)型兩種。線型霍爾傳感器又可稱為開環(huán)式線性霍爾傳感器和閉環(huán)式線性霍爾傳感器(又稱為零磁通霍爾傳感器)，主要包括霍爾元件、線性放大器和設(shè)計跟隨器三大部分，用于測量交流電流、直流電流、電壓。開關(guān)型霍爾傳感器主要包括霍爾元件、差分放大器、穩(wěn)壓器、斯密特觸發(fā)器、輸出級組成，用于數(shù)字量的輸出。在本設(shè)計中采用的是線型霍爾傳感器，它主要用于實(shí)時監(jiān)測各路燈的狀態(tài)，并將對應(yīng)的信號反饋至中央控制器和協(xié)調(diào)器。門磁傳感器是用于監(jiān)測終端設(shè)備箱的門的開關(guān)狀態(tài)，即時上傳至中央控制器和協(xié)調(diào)器。

2.2.4 無線通訊模塊和顯示

無線通訊模塊作為終端設(shè)備的信號發(fā)生器和接收器，發(fā)送和接收重要數(shù)據(jù)和指令，并上傳至中央控制器。本文采用的是CC2530，如圖2所示，是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。液晶顯示屏用于接收中央控制器的指令并顯示出相應(yīng)的信息。使用128x64的點(diǎn)陣LCD，可以顯示4行漢字，采用串行接口與主處理器進(jìn)行通信。實(shí)物圖如圖3所示。

圖2 CC2530無線通訊模塊

圖3 硬件實(shí)物圖

3 軟件設(shè)計

本設(shè)計采用了C語言和VB進(jìn)行編程，按照軟件模塊化的方式，將該系統(tǒng)整個實(shí)現(xiàn)的軟件分成了上位機(jī)、無線通訊及中央控制三個模塊，每個模塊實(shí)現(xiàn)和硬件相對應(yīng)的功能如圖4所示。

圖4 軟件組成結(jié)構(gòu)圖

3.1 智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的軟件模塊——系統(tǒng)底層代碼

設(shè)備箱系統(tǒng)程序采用C語言程序編寫，主要用來支撐起整個設(shè)備箱系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，相對應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能包括數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、RFID射頻識別和傳感器狀態(tài)的監(jiān)測這三個部分。

3.2 智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的軟件模塊——系統(tǒng)通訊代碼

通訊器系統(tǒng)程序采用ZigBee無線組網(wǎng)，主要用來對智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的無線通訊器進(jìn)行管理，其實(shí)現(xiàn)的功能是對無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。下面是無線接收和發(fā)送的部分程序。

3.3 智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的軟件模塊——監(jiān)控平臺代碼

監(jiān)控平臺系統(tǒng)程序采用VB.NET程序編寫，作為智能路燈維護(hù)系統(tǒng)的上位機(jī)控制，相對應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能是在后臺接收、發(fā)送、讀取、寫入不同的數(shù)據(jù)至上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫。

3.4 主程序流程圖

軟件的模塊化，可使思路更加的清晰，同時，也讓讀者更加容易理解。所以，本設(shè)計軟件的主程序主要實(shí)現(xiàn)初始化和子模塊的調(diào)用。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

3.5 監(jiān)控界面

本設(shè)計的監(jiān)控界面采用VB.NET程序編寫，界面清晰、簡單，所有信息也一目了然。其客服端界面如圖6所示。

圖6 監(jiān)控界面

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。目前在綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展、工業(yè)的監(jiān)控、公共安全監(jiān)控、城市的管理和規(guī)劃、遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)、智能家居系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等各個方面均有大量成功的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的案例。本設(shè)計將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能路燈維護(hù)系統(tǒng)中，使用了其核心的射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)及ZigBee通信，并同時有效地體現(xiàn)了該技術(shù)實(shí)時跟蹤、監(jiān)控的特性，也達(dá)到了節(jié)能的目的。

[1]劉化君.《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》.電子工業(yè)出版社

[2]孫利民.《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》.清華大學(xué)出版社2005

[3]錢瑩、凌云.《RFID中間件設(shè)計研究》.電腦與信息技術(shù)2008

[4]王營冠.《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》.電子工業(yè)出版社2012

[5]曾寶國,程遠(yuǎn)東.《RFID技術(shù)及應(yīng)用》.重慶大學(xué)出版社2014

[6]王汝林.《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)及應(yīng)用》.清華大學(xué)出版社2011

[7]劉雯婕.《系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及發(fā)展》.通信管理與技術(shù)2009

鐘麗（1978—），女，四川內(nèi)江，成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士，電子電路、微波技術(shù)。