模擬智能路燈的設(shè)計(jì)與研究

周明會(huì) 張?zhí)K婷 張平才 申旭東 羅小松

【摘? ? 要】伴隨著中國(guó)城市化發(fā)展進(jìn)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(dāng)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(biāo)，用傳感器芯片和相關(guān)無線通信技術(shù)想結(jié)合實(shí)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(shí)感應(yīng)到人或車經(jīng)過就則亮，隨后否則就熄滅，從而達(dá)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)? 監(jiān)控技術(shù)

中圖分類號(hào)：G4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.24.150

一、系統(tǒng)概述

在這個(gè)夜晚燈火通明的時(shí)代，城市和鄉(xiāng)村都是亮堂堂的，中國(guó)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(shí)候亮起不屬于浪費(fèi)電量時(shí)期，其他時(shí)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(fèi)，那如何避免浪費(fèi)節(jié)約用電呢？我們的智能模擬路燈項(xiàng)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(gè)項(xiàng)目的確立是依據(jù)時(shí)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(guó)，路燈的普及已經(jīng)是普遍現(xiàn)象，夜晚每個(gè)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(xiàng)目就是為此產(chǎn)生的，是在形式及時(shí)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(dāng)大，全國(guó)基本每個(gè)城市都會(huì)存在此種現(xiàn)象：初入夜晚時(shí)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(shí)馬路上變得寧?kù)o。路上沒人路燈一直亮著就會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)，但關(guān)掉的話會(huì)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(shí)出動(dòng)去為我們的城市“美容”，這時(shí)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(tuán)隊(duì)做了一款智能路燈，主要是以節(jié)能為目標(biāo)，用傳感器芯片和無線通信技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)控制路燈的亮與滅，主要實(shí)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(dá)到便民又節(jié)電的目的。

二、硬件部分

基于單片機(jī)的智能模擬路燈控制系統(tǒng)電路，基于對(duì)車輛通行時(shí)路燈的自動(dòng)開啟與延遲關(guān)閉、亮度控制的需求，本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要有位置檢測(cè)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(jī)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(tái)管理用于接收分組單元的分組指令;分組單元，用于對(duì)多個(gè)LED路燈進(jìn)行分組;檢測(cè)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(hào)，定向識(shí)人模塊，用人體紅外傳感器;定向識(shí)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(hào)對(duì)分組內(nèi)的LED路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。LED路燈設(shè)置有用于身份標(biāo)識(shí)的電子標(biāo)簽，分組單元還包括用于識(shí)別所述電子標(biāo)簽的讀寫器，分組單元根據(jù)電子標(biāo)簽識(shí)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(jìn)行頻閃，分組單元根據(jù)頻閃識(shí)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(jì)，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(dòng)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(jì)一個(gè)接收處理并反饋數(shù)據(jù)的后臺(tái)控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)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(shí)節(jié)省電能，并能延長(zhǎng)燈具的使用壽命以及降低運(yùn)行維護(hù)成本。

對(duì)于燈具自身的檢查與維護(hù)方面，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈的控制，從后臺(tái)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(tái)推送到前端的故障信息后，根據(jù)信息（路燈的地址及編號(hào)）到現(xiàn)場(chǎng)檢查情況。同時(shí)后臺(tái)管理功能要完善，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除、查詢、分組，系統(tǒng)對(duì)任意一盞、一段路或自定義的一組路燈進(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)方式

系統(tǒng)中心通過網(wǎng)絡(luò)無線通訊方式與遠(yuǎn)程的燈進(jìn)行連接，無線網(wǎng)絡(luò)采用的是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，也就是GPRS數(shù)據(jù)的方式。路燈自動(dòng)化遠(yuǎn)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(gè)燈和多個(gè)燈進(jìn)行手動(dòng)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(jìn)行手動(dòng)的控制，以及在單個(gè)部分發(fā)生故障或者天氣情況需要燈的時(shí)候，并不會(huì)影響其他燈進(jìn)行正常的監(jiān)控、檢測(cè)等。

根據(jù)實(shí)地進(jìn)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(gè)燈之間的距離不能太過于接近或者疏遠(yuǎn)，具體而言相距不能超過100米，當(dāng)然，具體的距離還是會(huì)根據(jù)實(shí)地的情況進(jìn)行規(guī)劃，爭(zhēng)取在成本最小的情況下達(dá)到相對(duì)完美的效果。

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

五、結(jié)束語(yǔ)

為了順應(yīng)綠色城市地發(fā)展，響應(yīng)國(guó)家提倡的節(jié)能理念，我們組隊(duì)從路燈的角度進(jìn)行研究。因?yàn)榇蠹叶贾?，夜晚路燈的耗電量不是一個(gè)小數(shù)目。所以，我們從避免夜晚無人無車時(shí)路燈還持續(xù)亮著造成能源浪費(fèi)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(shí)現(xiàn)控制路燈的明滅。

我們的預(yù)計(jì)效果是要能實(shí)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(duì)路燈進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

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

3.主動(dòng)警報(bào)：路燈遇到故障時(shí)即時(shí)自動(dòng)將照明設(shè)備故障系統(tǒng)上報(bào)后臺(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

4.設(shè)備信息維護(hù)：后臺(tái)對(duì)多個(gè)燈、單個(gè)燈等設(shè)備的信息進(jìn)行管理。

5.系統(tǒng)管理與查詢：對(duì)系統(tǒng)板塊、儲(chǔ)存信息進(jìn)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(chǎng)的話還需要大量人力、財(cái)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(huì)，服務(wù)人民，促進(jìn)智慧城市的發(fā)展?！狙芯糠较颍何锫?lián)網(wǎng)工程，項(xiàng)目基金：貴州省2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《模擬智能路燈》，編號(hào)：2020XJYB028】

【指導(dǎo)教師：田儒學(xué)】

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