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(jìn)程不斷加快，路燈給我們的生活帶來了便捷，由于它的耗電量相當(dāng)大，為了控制耗電量我們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)實現(xiàn)控制路燈的熄滅，主要是路燈在晚上或大霧天氣感應(yīng)到人或車經(jīng)過則亮，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(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.04.110

一、系統(tǒng)概述

在這個燈火通明的時代，城鎮(zhèn)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)村路安裝的路燈每晚消耗掉的電量是驚人的，除了有人有車經(jīng)過的時候亮是不屬于浪費電量時期，其他時候路燈也是一如往常的在那里亮著，造成了無數(shù)的電量浪費，屬電量浪費期，那如何使浪費掉的電量得以節(jié)約呢，我們的智能模擬路燈項目就是圍繞“如何節(jié)約電量”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)是大勢所趨，每片地方都充滿光明，讓小偷的手無處安放。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)公司的開支，我們的項目就是為此產(chǎn)生的，是在形式及時代的支持下產(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工作。但它應(yīng)用的非常廣泛所以它的耗電量相當(dāng)大，全國基本每個城市都會存在到夜晚時人流量略大，之后人員密集度就慢慢的減小，直到凌晨時馬路上的寧靜。馬路沒人自然路燈的狀態(tài)就會尤其的重要，一直亮著就會有大量的資源浪費，但關(guān)掉的話會給那少許人的出行帶來許多的不便，比如我們的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頭頂著一盞燈去工作。故此，為了控制大面積路燈大量電量的損耗，我們團(tuán)隊相應(yīng)的做了這款只能路燈主要是以節(jié)能為目標(biāo)，用傳感器芯片和相關(guān)無線通信技術(shù)實現(xiàn)控制路燈的熄滅，主要是路燈在晚上或大霧天氣感應(yīng)到人或車經(jīng)過則亮，否則就熄滅，從而達(dá)到便民又節(jié)電。

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、亮度控制需求，該控制系統(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(jìn)行分組;檢測單元，所述檢測單元包括設(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(jìn)行控制。

LED路燈設(shè)置有用于身份標(biāo)識的電子標(biāo)簽，分組單元還包括用于識別所述電子標(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)頻閃識別LED路燈的身份，并將其劃分到指定的分組。（如下文圖中所示）

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

本文設(shè)計一個接收處理并反饋數(shù)據(jù)的后臺控制系統(tǒng)，遠(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)能在保證道路安全的同時節(jié)省電能，并能延長燈具壽命以及降低運行維護(hù)成本。

對于燈具自身的檢查與維護(hù)，我們實現(xiàn)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）到實際現(xiàn)場檢查情況。同時后臺管理功能完善，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(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(yuǎn)程的燈進(jìn)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(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)單個燈和多個燈進(jìn)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(jìn)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(jìn)行正常的監(jiān)控，檢測等。

并且根據(jù)實地進(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。而且相鄰兩個燈之間的距離不能太過于接近或者疏遠(yuǎn)，一般相距不能超過100米，當(dāng)然，具體的距離還是會根據(jù)實地的情況進(jìn)行安放，爭取在成本最小的情況能達(dá)到相對完美的效果。關(guān)于傳感器的感應(yīng)問題，模塊自行進(jìn)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(jìn)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。主要從夜晚無人無車時路燈還持續(xù)亮著的角度出發(fā)，我們做的是用傳感器芯片和相關(guān)無線通信技術(shù)實現(xiàn)控制路燈的熄滅，主要是路燈在晚上或大霧天氣感應(yīng)到人或車經(jīng)過則亮，否則就熄滅，從而達(dá)到便民又節(jié)電。我們的預(yù)計成果能達(dá)到：

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(jìn)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(jìn)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(dá)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(hù)，后臺對多個燈、單個燈等設(shè)備的信息進(jìn)行管理;5.系統(tǒng)管理與查詢，對系統(tǒng)板塊、儲存信息進(jìn)行管理與查詢。

我們目前在模擬階段，如果要做出來投入市場的話還需要大量人力、財力等，最后希望我們團(tuán)隊越來越默契，越來越強大，一起把項目做到更好。智能路燈主要就是使其能夠更好的服務(wù)社會，服務(wù)人民，促進(jìn)智慧城市地發(fā)展?！卷椖炕穑嘿F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(xiàn)

[1]李戰(zhàn)明，劉寶.ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)在路燈遠(yuǎn)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.