基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能LED路燈控制系統(tǒng)研究

【摘要】我國市政道路的發(fā)展在不斷延伸，路燈規(guī)模和數(shù)量不斷的增加，也產(chǎn)生很多的能量消耗，增加成本支出，所以造成較大的管理難度。道路照明是市政管理部門中一項(xiàng)非常重要并且艱巨的工作，市政管理部門需要積極的改造路燈，采取先進(jìn)的技術(shù)手段，達(dá)到提升管理質(zhì)量、節(jié)能減排以及降本增效的目標(biāo)。本文進(jìn)行分析基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能LED路燈;控制系統(tǒng)

當(dāng)前城市交通發(fā)展逐漸的健全完善，應(yīng)用夜間照明路燈期間，以往傳統(tǒng)路燈要消耗掉大量的電能，同時(shí)一些照明設(shè)備會(huì)造成較嚴(yán)重的環(huán)境污染。在現(xiàn)代社會(huì)的智慧城市發(fā)展環(huán)境下，智能LED路燈成為城市夜間照明的主要設(shè)備，已經(jīng)漸漸的占據(jù)重要地位，傳統(tǒng)路燈相繼被淘汰[1-2]。設(shè)計(jì)智能LED路燈控制系統(tǒng)期間，應(yīng)該科學(xué)的利用好物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的設(shè)計(jì)整體智能路燈。智能LED路燈具備諸多的優(yōu)越性特點(diǎn)，被推廣應(yīng)用于現(xiàn)代化城市建設(shè)中，帶給城市智慧建設(shè)重要的支持。當(dāng)下的智能LED路燈設(shè)計(jì)和應(yīng)用，還處在不斷的優(yōu)化發(fā)展智能控制中，通過采取物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，促進(jìn)LED路燈控制系統(tǒng)提升應(yīng)用效率。

1智能LED路燈的應(yīng)用價(jià)值

智能照明系統(tǒng)的重要優(yōu)勢特點(diǎn)，就是可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，帶給用戶多樣化的體驗(yàn)，而且可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。智能照明系統(tǒng)解決方案中，經(jīng)紅外傳感器能夠感知外界的途徑，實(shí)現(xiàn)有效的智能控制。如果人體是在傳感器有效區(qū)域部位，傳感器可以對于燈進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)整，讓其開啟或者關(guān)閉，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的成效。照度傳感器能夠?qū)τ诃h(huán)境光的改變進(jìn)行準(zhǔn)確掌握，自動(dòng)性的平衡燈具亮度，讓產(chǎn)生的照明體驗(yàn)更具備舒適度[3]。而且無線技術(shù)可以密切的關(guān)聯(lián)起室內(nèi)燈具、傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)，構(gòu)建起整體的網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)高壓光源中，包含很多物質(zhì)在后續(xù)的廢品處理中，是會(huì)影響到生態(tài)環(huán)境的。但是LED屬于固體光源，其中無氣體構(gòu)成，路燈中不具備有害金屬汞，所以擁有環(huán)保、安全的優(yōu)勢，不會(huì)嚴(yán)重的污染到周邊環(huán)境。而且LED光源具備較高的顯色指數(shù)以及顯色性良好，可以將物體的實(shí)際色彩進(jìn)行良好還原，更加貼近于自然光色。另外，LED燈的應(yīng)用時(shí)間較長，傳統(tǒng)高壓鈉燈大概是三年左右，LED燈應(yīng)用年限通常超過五年時(shí)間。

2基于物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

首先，物聯(lián)網(wǎng)即指物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，屬于新型的信息技術(shù)發(fā)展產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)涵蓋了兩項(xiàng)內(nèi)涵，一個(gè)是物聯(lián)網(wǎng)的核心、基礎(chǔ)為互聯(lián)網(wǎng)，延伸和擴(kuò)展了互聯(lián)網(wǎng)的一種技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò);另一個(gè)就是物聯(lián)網(wǎng)用戶端延伸、拓展到了任何物品和物品之間，交換信息并且進(jìn)行通信。物聯(lián)網(wǎng)被廣泛的應(yīng)用到了網(wǎng)絡(luò)融合中，其中包括智能感知、智能識別、普適計(jì)算等內(nèi)容。

其次，智能路燈系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架。以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，也就是一種ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)，其中涉及到眾多構(gòu)成，包括路燈區(qū)域協(xié)同控制器、路燈監(jiān)控中心、路燈控制終端和路燈協(xié)同控制器、路燈區(qū)域協(xié)同之間的網(wǎng)絡(luò)等等[4]。路燈監(jiān)控中心，重點(diǎn)任務(wù)就是統(tǒng)計(jì)相應(yīng)信息，并整合、分析，合理的控制路燈區(qū)域協(xié)同控制器。協(xié)同控制器進(jìn)行路燈明暗程度的靈活調(diào)節(jié)，對監(jiān)控中心發(fā)出的命令進(jìn)行執(zhí)行，上報(bào)路燈終端采集發(fā)送數(shù)據(jù)。路燈控制終端展開監(jiān)測對路燈運(yùn)行狀態(tài)，采取GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控中心、協(xié)同控制器的連接通信。以ZigBee協(xié)議，對于終端和相應(yīng)區(qū)域的協(xié)同控制器展開控制，實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)資料。如下圖1。

3硬件設(shè)計(jì)策略

3.1路燈控制終端設(shè)計(jì)

基于路燈控制終端設(shè)計(jì)而言，應(yīng)該加強(qiáng)功能設(shè)計(jì)以及組成結(jié)構(gòu)分析，讓所有的部分凸顯出設(shè)計(jì)的功能。功能設(shè)計(jì)層面上分析，路燈控制終端具備了ZigBee的終端設(shè)備功能進(jìn)行傳遞信息資料，在路燈網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制器內(nèi)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳輸每個(gè)路燈的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)需要達(dá)到單燈控制的作用，合理的調(diào)節(jié)路燈光線，再按照相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施單燈節(jié)能控制調(diào)節(jié)。

從路燈控制終端設(shè)計(jì)觀察，控制終端包括了數(shù)據(jù)采集模塊、無線通信模塊、處理器模塊、能量供應(yīng)模塊幾項(xiàng)構(gòu)成部分[5]。數(shù)據(jù)采集中，有聲音、光敏以及傳感器等，收集區(qū)域中聲音資料以及光照信息，并且轉(zhuǎn)化采集的信號為傳輸數(shù)字信號，其中的渠道就是處理電路，之后向微處理器進(jìn)行傳遞。處理器可以良好的控制整體傳感器節(jié)點(diǎn)操作，發(fā)揮出數(shù)據(jù)采集、處理以及存儲的功效，然后實(shí)施無線通信模塊等的管理，達(dá)到信息交換的目標(biāo)，發(fā)揮出收發(fā)數(shù)據(jù)的作用。電源模塊提供各種能量給傳感器，讓微型高容量電池供應(yīng)能量。

3.2路燈區(qū)域協(xié)同控制器設(shè)計(jì)

從路燈區(qū)域協(xié)同控制器的功能層面講，其進(jìn)行路段控制，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)、共享資源的效果，通過采取無線通信網(wǎng)絡(luò)，順暢的傳遞有價(jià)值的信息。路燈區(qū)域協(xié)同控制器，可以接收到各路燈控制終端所采集的數(shù)據(jù)信號，給相關(guān)監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸，并且傳遞監(jiān)控中心發(fā)送的執(zhí)行命令，指導(dǎo)路燈控制終端進(jìn)行指令內(nèi)容的實(shí)施。此控制器的工作原理，即經(jīng)光敏傳感器，將道路光照信號采集，并且傳輸智能控制器信號，對路燈進(jìn)行控制，靈活的開啟、關(guān)閉[6]。另外，可以按照車輛量、聲音傳感器信息，調(diào)整照明電路、輸出電壓，保障供電處于平衡狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能控制的效果。

3.3路燈控制終端和區(qū)域協(xié)同控制器之間的通信設(shè)計(jì)

建設(shè)路燈控制終端、區(qū)域協(xié)同控制器的通信網(wǎng)絡(luò)，完成區(qū)域協(xié)調(diào)，采取控制器時(shí)間以及光照信息測量，診斷路燈終端故障，落實(shí)移動(dòng)檢測，通過運(yùn)用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，讓協(xié)同控制器、路燈終端的通信更加暢通。設(shè)計(jì)系統(tǒng)期間，要考慮到實(shí)際的通信組網(wǎng)特點(diǎn)，有效的聯(lián)合運(yùn)用傳統(tǒng)路燈控制模式、ZigBee模式，依據(jù)各路段時(shí)間特點(diǎn)，合理的控制好協(xié)調(diào)器的布置。另外按照組網(wǎng)要求，對路燈狀態(tài)展開分析，提升節(jié)能的功效。

3.4監(jiān)控中心

系統(tǒng)監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控整體路燈，同時(shí)掌握住每一路段的路燈網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制器情況，調(diào)整路燈控制終端相關(guān)電壓、電流等等。管理者可以通過監(jiān)控中心提供的直觀的圖表內(nèi)容，了解信息，做好科學(xué)的決策。并且按相關(guān)控制要求，制定出系統(tǒng)決策，在路燈網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器內(nèi)進(jìn)行發(fā)送決策指令。如果出現(xiàn)異常的問題，就會(huì)自行的發(fā)出報(bào)警處理。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)策略

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，涵蓋了終端監(jiān)測軟件、通信模塊兩種構(gòu)成。設(shè)計(jì)終端監(jiān)測軟件，其在遠(yuǎn)端服務(wù)器上進(jìn)行安裝，控制的途徑就是功能模塊。通信模塊屬于遵循傳輸功能特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)軟件屬于直接跟用戶聯(lián)系的應(yīng)用終端，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，需要簡潔、美觀的界面，考慮用戶需求，進(jìn)行控制界面的設(shè)計(jì)[7-8]。系統(tǒng)軟件將操作人員控制指令，向硬件設(shè)備層進(jìn)行發(fā)送，控制好硬件，同時(shí)將下層的數(shù)據(jù)信息，在上層軟件控制系統(tǒng)中發(fā)回。系統(tǒng)屬于控制軟件終端，設(shè)計(jì)終端功能中，功能模塊是涉及到了故障報(bào)警、控制器管理等，路燈監(jiān)控功能模塊將各街道路燈信息資料、路燈運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反映。故障報(bào)警功能模塊會(huì)記錄故障信息，之后上報(bào)處理，方便工作人員維護(hù)路燈，工作人員按需檢索報(bào)警信息。開關(guān)燈計(jì)劃功能模塊，運(yùn)用最小的時(shí)間單位，合理的配置時(shí)間，開關(guān)燈計(jì)劃的調(diào)整，是按照季節(jié)改變、異常情況等進(jìn)行的。

結(jié)語：

在遠(yuǎn)程智能LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，建立在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，可以將路燈遠(yuǎn)程控制目標(biāo)有效的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以有效的推動(dòng)建設(shè)現(xiàn)代化的智慧城市，促使將電力供應(yīng)水平更顯著的提升。當(dāng)前此技術(shù)在不斷的深化發(fā)展著，也必然會(huì)更多的應(yīng)用到未來城市化發(fā)展中。隨著社會(huì)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能LED路燈控制系統(tǒng)會(huì)把其優(yōu)勢更充分的發(fā)揮，作為路燈智能控制主流，作為智慧城市體系架構(gòu)中關(guān)鍵的構(gòu)成。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧可成，張海東，李明軍，王森.基于Zigbee的LED路燈智能控制系統(tǒng)及應(yīng)用[J].中國照明電器，2020，（11）：42-46.

[2]趙俊.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市LED路燈節(jié)能管理系統(tǒng)[J].輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2020，（04）：111-112.

[3]王佑民，魏宏安.一種應(yīng)用LoRa通信的LED路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020，（04）：13-16.

[4]李立勉，藍(lán)裕泉，陳家民，張偉導(dǎo)，周書豪，林俊鑫，陳偉宏，蘇彬鋒.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的LED智慧路燈在鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路亮化改造中的應(yīng)用[J].營銷界，2019，（28）：158-160.

[5]耿波.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能LED路燈控制系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019，（07）：120-121.

[6]鄭良仁，劉亮輝，喬鑫陽.基于RFID物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園路燈智能控制系統(tǒng)[J].電子制作，2019，（01）：33-34.

[7]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(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2019，（02）：172-176.

[8]蘇航，肖雪.LED路燈的智能控制技術(shù)模式及應(yīng)用前景研究[J].中國管理信息化，2018，（18）：165-167.

基金項(xiàng)目：阿壩師范學(xué)院校級項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：基于物聯(lián)網(wǎng)的一種智能LED燈控制系統(tǒng)研究，項(xiàng)目類型：校級規(guī)劃，項(xiàng)目編號：ASB17-03

作者簡介：符紅霞（1978-），女，漢族，四川達(dá)縣人，阿壩師范學(xué)院，副教授，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

（阿壩師范學(xué)院 四川汶川 623000）