基于太陽(yáng)能的智慧照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王坤陽(yáng)，劉 洋

（南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210000）

0 引 言

智慧照明系統(tǒng)上集成了太陽(yáng)能供電部分，太陽(yáng)能電池板由32個(gè)電池片串聯(lián)組成，使用的電池有2類，具體有鉛酸電池和鋰電池。

4G網(wǎng)絡(luò)改變了人們的交流方式，但是難以應(yīng)對(duì)新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，5G應(yīng)運(yùn)而生，有效保障了低時(shí)延數(shù)據(jù)傳輸。5G作為一種新型移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，不但解決了人與人之間的通信，而且還滿足遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)控制的需求[1]。

燈桿的智慧化改造，使管理人員可以對(duì)每盞路燈進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制。智慧照明系統(tǒng)中使用了5G技術(shù)，從4G到5G傳輸速率成百上千倍提升，高速率促進(jìn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及和繁榮。

1 智慧照明系統(tǒng)主要功能

1.1 視頻監(jiān)控功能

智慧照明系統(tǒng)通過(guò)在燈桿上集成安防監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市各類設(shè)施和事件的智能監(jiān)控[2]。

1.2 緊急救助功能

智慧照明系統(tǒng)有緊急求助功能，便于戶外緊急呼叫。當(dāng)群眾遭遇突發(fā)情況，可以使用求助功能，及時(shí)呼叫監(jiān)控中心，獲得援助。

1.3 Wi-Fi功能

智慧照明系統(tǒng)為市民提供免費(fèi)Wi-Fi上網(wǎng)服務(wù)，市民通過(guò)手機(jī)掃碼自動(dòng)連接網(wǎng)絡(luò)，享受便捷上網(wǎng)服務(wù)。

1.4 充電功能

智慧照明系統(tǒng)集成了充電裝置，方便新能源汽車充電。智慧照明系統(tǒng)支持掃碼支付，為市民帶來(lái)便利。智慧照明系統(tǒng)充電樁的具體優(yōu)勢(shì)有，支持純電動(dòng)和混動(dòng)充電、支持掃碼支付、支持快速充電。

1.5 環(huán)境監(jiān)測(cè)功能

智慧照明系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)多種環(huán)境信息，具體有溫濕度、PM2.5、PM10等。氣象傳感器應(yīng)用廣泛，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步共享。

1.6 廣告發(fā)布功能

LED屏幕在智慧照明系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，體現(xiàn)出智慧照明系統(tǒng)的智慧與共享。在LED屏幕上可以實(shí)時(shí)顯示氣象信息、交通信息、市政信息、公益宣傳等，同時(shí)LED屏還是一個(gè)戶外廣告媒體投放設(shè)備，通過(guò)投放廣告獲得項(xiàng)目收益。相比于傳統(tǒng)的廣告牌，它更加滿足廣告投放的精準(zhǔn)度與個(gè)性化需求[3]。

1.7 廣播功能

智慧照明系統(tǒng)具有廣播功能，可以讓群眾及時(shí)獲知信息。該系統(tǒng)可起到公益宣傳、消息通知、應(yīng)急指揮的作用，有效提高城市的應(yīng)急管理能力。

2 智慧照明系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 智慧照明系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

圖1為智慧照明系統(tǒng)的框架圖。智慧照明系統(tǒng)的硬件由主板、傳感器、外接設(shè)備和服務(wù)管理平臺(tái)等部分構(gòu)成。其中，主板包括各類模塊、電路和接口，是核心控制系統(tǒng)；傳感器用于捕捉環(huán)境中的各類參數(shù)；外接設(shè)備則實(shí)現(xiàn)供電和圖像采集等功能；服務(wù)管理平臺(tái)用來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維和監(jiān)控等管理功能[4]。

圖1 智慧照明系統(tǒng)框架

2.2 后臺(tái)框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，支持設(shè)備通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及用戶服務(wù)的集群部署。考慮到軟件版本、安裝步驟、啟動(dòng)順序等問(wèn)題，使用目前市場(chǎng)常用的Docker部署方式[5]。

2.2.1 用戶管理

（1）支持多級(jí)用戶。平臺(tái)將用戶分為3個(gè)等級(jí)，分別為生產(chǎn)商、集成商、運(yùn)營(yíng)商。生產(chǎn)商可以創(chuàng)建并管理集成商賬戶，管理生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如型號(hào)、模式等，查看系統(tǒng)的所有接入設(shè)備。集成商可以創(chuàng)建并管理運(yùn)營(yíng)商賬戶，查看創(chuàng)建的運(yùn)營(yíng)商所管理的所有設(shè)備。

（2）支持用戶增刪改查。用戶都是由上級(jí)用戶創(chuàng)建管理，通過(guò)用戶中心修改個(gè)人資料如密碼等信息。

2.2.2 首頁(yè)統(tǒng)計(jì)

用戶登錄系統(tǒng)，根據(jù)用戶級(jí)別查看相應(yīng)設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如地圖展示、圖形報(bào)表等。

其中地圖展示包括以下內(nèi)容：（1）設(shè)備坐標(biāo)展示；（2）設(shè)備狀態(tài)展示，基于約定顏色標(biāo)識(shí)各種運(yùn)行狀態(tài)，如故障、亮燈、關(guān)燈；（3）點(diǎn)擊圖標(biāo)彈出設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析主要包括：（1）支持時(shí)間區(qū)間查詢；（2）支持單個(gè)設(shè)備查詢；（3）支持圖表展示；（4）支持詳細(xì)數(shù)據(jù)展示；（5）統(tǒng)計(jì)設(shè)備能耗。

2.2.4 故障管理

故障管理主要包括：（1）支持故障查看，并提供有效的解決方案；（2）故障上報(bào)頻率是一天一次；（3）按燈具故障進(jìn)行細(xì)分。

2.2.5 設(shè)備管理

設(shè)備管理主要包括：（1）設(shè)備導(dǎo)入；（2）設(shè)備分組；（3）設(shè)備數(shù)據(jù)編輯；（4）設(shè)備地圖定位。

2.2.6 用戶交互服務(wù)的部署

用戶可以通過(guò)瀏覽器查看和操作設(shè)備。

2.2.7 緩存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集群

緩存在平臺(tái)系統(tǒng)中很重要，它負(fù)責(zé)很多功能，比如設(shè)備上電記錄、照明方案、交互模式存儲(chǔ)等，所以緩存服務(wù)器必須保證穩(wěn)定運(yùn)行。

Redis集群部署原理如圖2所示。由于考慮后期數(shù)據(jù)量比較大，要保證其安全穩(wěn)定，采用Rediscluster方式部署。并且使用一主多從的方式。當(dāng)一臺(tái)主機(jī)宕機(jī)后備機(jī)能夠及時(shí)替換。保證服務(wù)不間斷進(jìn)行。

圖2 Redis集群部署原理

本系統(tǒng)選擇的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)是Redis，其包含以下優(yōu)點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)展；（2）支持海量數(shù)據(jù)讀寫；（3）處理速度快；（4）響應(yīng)速度快；（5）支持高并發(fā)；（6）支持多種語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)；（7）支持多種數(shù)據(jù)類型。

2.2.8 持久化數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程備份

如圖3所示，關(guān)系存儲(chǔ)選擇MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，為用戶交互提供可靠的數(shù)據(jù)保障。建議使用雙主機(jī)模式，保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步備份，出現(xiàn)宕機(jī)能夠及時(shí)替換。離散存儲(chǔ)選擇InfluxDB數(shù)據(jù)庫(kù),負(fù)責(zé)存儲(chǔ)傳感器等離散數(shù)據(jù)。

圖3 Redis集群部署原理

3 智慧照明系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

智慧照明系統(tǒng)在多種場(chǎng)景下均可運(yùn)用，具體如下。

3.1 智慧社區(qū)

智慧照明系統(tǒng)應(yīng)用在社區(qū)中，不但可以為居民提供照明服務(wù)，而且可以對(duì)治安復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)對(duì)高清圖像智能識(shí)別，可有效維護(hù)社區(qū)安全。智慧照明系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與智慧垃圾桶實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，智慧垃圾桶安裝有各類傳感器，可以幫助居民實(shí)現(xiàn)垃圾分類和循環(huán)利用，維護(hù)社區(qū)環(huán)境衛(wèi)生。智慧垃圾桶會(huì)對(duì)桶內(nèi)的垃圾量進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算出桶內(nèi)垃圾的累積量，保證垃圾桶資源的合理配置[6]。

3.2 智慧校園

在幼兒園應(yīng)用智慧照明系統(tǒng)，搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，借助智慧照明系統(tǒng)的廣播、視頻監(jiān)控功能，方便家長(zhǎng)和老師實(shí)時(shí)監(jiān)控幼兒園小朋友的學(xué)習(xí)、生活、玩耍狀態(tài)。

3.3 智慧景區(qū)

在旅游景區(qū)應(yīng)用智慧照明系統(tǒng)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)景區(qū)的人流量和車流量，智慧引導(dǎo)交通，科學(xué)疏導(dǎo)游客。人臉識(shí)別技術(shù)有助于快速查找失散游客。

3.4 智慧交通

智慧照明系統(tǒng)可應(yīng)用于道路交通領(lǐng)域，借助智慧照明系統(tǒng)的照明和視頻監(jiān)控功能，可以為夜間交通運(yùn)行提供照明服務(wù)。智慧照明系統(tǒng)可以協(xié)助電子警察智能執(zhí)法，規(guī)范交通秩序。智慧照明系統(tǒng)可以在服務(wù)區(qū)為車主提供免費(fèi)Wi-Fi上網(wǎng)服務(wù)和道路交通信息指南。

4 結(jié) 論

本系統(tǒng)結(jié)合智慧照明系統(tǒng)的特點(diǎn)，靈活運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧照明。