基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張芹

摘要：在對(duì)城市路燈進(jìn)行監(jiān)控管理的過(guò)程中，傳統(tǒng)的管理方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)路燈電力參數(shù)的有效監(jiān)控，同時(shí)也不能根據(jù)需求控制路燈的開(kāi)關(guān)。路燈出現(xiàn)故障后，存在維修不及時(shí)、維修困難等問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，本文提出了智能路燈系統(tǒng)，該智能監(jiān)控系統(tǒng)可以利用人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域中的路燈情況，提升了路燈管理的智能化水平。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能路燈系統(tǒng);參數(shù)招測(cè)

一、路燈監(jiān)控系統(tǒng)原理

智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)主要由ZigBee網(wǎng)絡(luò)和GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。其中有一個(gè)協(xié)調(diào)器，若干個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。在對(duì)路燈進(jìn)行控制時(shí)，可以將路由器節(jié)點(diǎn)作為控制路燈的終端節(jié)點(diǎn)，并且可以將路由器節(jié)點(diǎn)作為中繼控制器。利用終端節(jié)點(diǎn)可以接收控制信息，并對(duì)路燈進(jìn)行控制。利用串口連接GPRS模塊和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。然后使用GPRS模塊將收集到的數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程控制終端。遠(yuǎn)程控制終端發(fā)送過(guò)來(lái)的控制命令可以通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送到GPRS模塊，從而對(duì)路燈進(jìn)行控制。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈系統(tǒng)

2.1用戶管理軟件

智能路燈控制系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式，主要分為控制中心和客戶端2個(gè)方面，數(shù)據(jù)的傳輸和交換主要是在XML標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的連接和共享。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用具有開(kāi)放性的NET技術(shù)平臺(tái)架構(gòu)，使用視窗化的語(yǔ)言設(shè)計(jì)。中文人機(jī)交流界面、鼠標(biāo)操作、命令查詢和打印都非常便利，不需要進(jìn)行培訓(xùn)即可以完成不同功能操作。智能路燈系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2單燈信息終端

在各城市照明系統(tǒng)上安裝單燈信息終端，然后使用信息終端手機(jī)單燈電壓、電流、功率因素、溫度信息，并進(jìn)行判斷和分析，發(fā)送報(bào)警信息。并根據(jù)接收到的指令調(diào)整路燈的亮度。此外，單燈信息終端還具有報(bào)警功能，可以和網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)交換。硬件使用反應(yīng)速度快、功耗低的單片機(jī)作為主處理器，使用串口和無(wú)線傳感器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。單燈信號(hào)單元采用低能耗設(shè)計(jì)，在待機(jī)情況下功率只有幾毫瓦。改造既有燈具時(shí)，先安排燈具交流電源從該模塊通過(guò)，然后和燈具連接，不需要重新進(jìn)行布線，施工成本低，施工方便。單燈信息終端框架原理圖如圖2所示。

2.3網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器

網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器中會(huì)包括區(qū)域范圍內(nèi)的照明信息，并且可以達(dá)到通信管理、報(bào)警管理和數(shù)據(jù)緩存的目的。使用GPRS將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到照明管理中心。另外，利用網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器可以對(duì)收到的城市照明指令進(jìn)行分發(fā)。在實(shí)際使用時(shí)，為了防止產(chǎn)生意外的故障，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)增設(shè)了手動(dòng)控制功能，并將無(wú)線傳感模塊安裝到網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器上，可以和單燈信息終端進(jìn)行通信，網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器重內(nèi)置的GPRS無(wú)線模塊可以實(shí)現(xiàn)各條線路網(wǎng)絡(luò)集中協(xié)調(diào)器和城市照明管理中心計(jì)算機(jī)中間數(shù)據(jù)傳輸。

2.4服務(wù)器監(jiān)控軟件

使用Visualbasic語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以將PC機(jī)和20個(gè)移動(dòng)設(shè)備加入到設(shè)備管理目錄中，從而對(duì)路燈進(jìn)行監(jiān)控。上位機(jī)上會(huì)將路燈的各項(xiàng)參數(shù)、開(kāi)關(guān)量、報(bào)警信息等顯示出來(lái)?？梢圆樵兏鞴?jié)點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況。利用上位機(jī)可以對(duì)光強(qiáng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，確定開(kāi)啟或關(guān)閉路燈的時(shí)間段，并且可以進(jìn)行手動(dòng)控制，然后對(duì)上次得到的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)保存，確定是否進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位、是否在管理目錄中加入其它設(shè)備、設(shè)備的優(yōu)先等級(jí)等。

光強(qiáng)劃分成十個(gè)檔位，如果光強(qiáng)值超過(guò)上限后關(guān)閉路燈，如果光強(qiáng)值低于下限值開(kāi)啟路燈?？梢酝ㄟ^(guò)溫度參數(shù)、電流參數(shù)和電壓參數(shù)將路燈的實(shí)際運(yùn)行情況反映出來(lái)。路燈出現(xiàn)異常情況時(shí)，會(huì)直接向控制臺(tái)發(fā)送故障報(bào)警信息。當(dāng)指示燈閃爍時(shí)，損壞設(shè)備的代號(hào)會(huì)在報(bào)警故障信息顯示區(qū)顯示出來(lái)，有助于管理人員及時(shí)對(duì)損壞設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

這種設(shè)計(jì)是利用協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊共同組成的協(xié)調(diào)控制器，網(wǎng)絡(luò)連通后就可以知道主機(jī)的IP，只要有訪問(wèn)密碼就可以讀取傳感器節(jié)點(diǎn)、控制設(shè)備、訪問(wèn)GPRS等。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，服務(wù)器管理目錄中加入了安卓網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手，利用安卓網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手可以驗(yàn)證手持終端設(shè)備是否可以連入到系統(tǒng)中。

2.5路燈管理中心系統(tǒng)以及監(jiān)控終端

路燈管理中心系統(tǒng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信、遠(yuǎn)程遙控和監(jiān)控、管理中心等體系組成的結(jié)構(gòu)，可以高效快速地對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，提高管理的便利性。路燈監(jiān)控終端在進(jìn)行操作時(shí)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控路面路燈情況、車流情況及違法亂紀(jì)情況。

三、系統(tǒng)的具體應(yīng)用

（1）系統(tǒng)的自動(dòng)遙控和策略控制。利用該系統(tǒng)可以對(duì)全市的景觀燈和路燈進(jìn)行分組控制，并利用多種時(shí)控光控結(jié)合的方法對(duì)全市照明燈進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)，此外也可以手動(dòng)進(jìn)行開(kāi)/關(guān)操作。

（2）參數(shù)招測(cè)。調(diào)度段可以根據(jù)設(shè)定的時(shí)間周期定期進(jìn)行巡檢，管理人員可以對(duì)所有燈具的電流、電壓、功率因素等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并統(tǒng)計(jì)、分析和查

詢巡測(cè)結(jié)果。

（3）報(bào)警處理。當(dāng)出現(xiàn)電流、電壓過(guò)大等運(yùn)行故障時(shí)，路燈監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，并進(jìn)行推送。GIS地圖上會(huì)顯示出故障的類型及故障位置，并將報(bào)警信息第一時(shí)間通過(guò)短信發(fā)送到管理人員手機(jī)上。

（4）自動(dòng)統(tǒng)計(jì)亮燈率。系統(tǒng)可以監(jiān)控城市亮燈率，將出現(xiàn)故障的燈顯示出來(lái)，可以幫助管理人員及時(shí)檢修。

（5）斷電運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)安裝有蓄電池，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)斷電情況時(shí)，可以繼續(xù)保持運(yùn)行8h，持續(xù)監(jiān)控照明供電線路。

（6）遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查詢。路燈監(jiān)控系統(tǒng)有手機(jī)端APP和web等形態(tài)。用戶可以在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下遠(yuǎn)程方位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備、遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)等功能。

四、結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)使用于GPRS網(wǎng)絡(luò)和ZigBee的無(wú)線傳感器構(gòu)建智能路燈系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量和路燈各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以進(jìn)行時(shí)控、光控和手動(dòng)控制，同時(shí)系統(tǒng)中可接入手持設(shè)備。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程可靠穩(wěn)定，優(yōu)化了路由算法，降低網(wǎng)絡(luò)功耗。

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