朱寶華

（江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江蘇 南通 226011）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計

朱寶華

（江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江蘇 南通 226011）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市電力資源很大一部分都用在了城市路燈照明上，城市路燈的智能化程度反映一個城市的現(xiàn)代化水平。傳統(tǒng)的路燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代城市發(fā)展的需要，城市智能化路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計和研究是現(xiàn)代城市在照明控制方面發(fā)展的必然趨勢。文章把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到無線通信的智能路燈控制管理系統(tǒng)中，對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和研究。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能控制系統(tǒng)；照明控制；無線通信；路燈

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)以通信網(wǎng)和電網(wǎng)作為信息承載體，讓具有獨(dú)立尋址功能的對象可以實(shí)現(xiàn)信息的互通和交換。我國對物聯(lián)網(wǎng)的研究相比歐美一些科技發(fā)達(dá)國家來說是比較晚的，在1999年我國啟動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感網(wǎng)研究，如今隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，我國從材料、加工到系統(tǒng)控制已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，目前我國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)處于世界前列。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到智能電網(wǎng)、智能物流和智能家居等領(lǐng)域，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能路燈控制系統(tǒng)中也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)新的應(yīng)用。

2 物理網(wǎng)技術(shù)在智能路燈控制系統(tǒng)應(yīng)用的意義分析

路燈作為城市建設(shè)必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，直接反映一個城市建設(shè)的水平。目前傳統(tǒng)的城市路燈照明系統(tǒng)中人工控制系統(tǒng)是最原始的路燈控制方式，路燈的開關(guān)需要人手動控制；時控控制系統(tǒng)是城市路燈控制中采用最多的控制方式，通過定時器定時功能來控制路燈的開關(guān)；光控系統(tǒng)使用較少，主要是在光照比較好的地方才使用，通過光的強(qiáng)弱對路燈開關(guān)進(jìn)行控制。這些傳統(tǒng)的路燈控制系統(tǒng)不能及時地把路燈能耗等相關(guān)的數(shù)據(jù)情況返回給控制中心，如果路燈出現(xiàn)故障了，維修人員也不能及時地對故障進(jìn)行維修，所以傳統(tǒng)的路燈照明控制系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代路燈照明系統(tǒng)的管理需求，傳統(tǒng)的路燈照明控制系統(tǒng)比較落后，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)路燈照明系統(tǒng)的在對路燈的管理方面存在嚴(yán)重不足，傳統(tǒng)路燈控制系統(tǒng)不具有節(jié)能功能，電能能耗大比較大，路燈在維護(hù)上主要以人工巡視和維護(hù)方式為主，路燈出現(xiàn)故障隨機(jī)性比較大，這樣對路燈系統(tǒng)的維修維護(hù)效率比較低，傳統(tǒng)的路燈控制系統(tǒng)對路燈開關(guān)的控制比較落后，所以對智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計和研究是必要的。在路燈控制系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用智能化的控制模式，無論是在路燈的管理還是在維護(hù)上都有了很大的提高，基于物理網(wǎng)技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)可以降低電能損耗，減少環(huán)境污染，在一定程度上也減少了政府部門的資金投入。路燈系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了路燈控制系統(tǒng)智能化管理，與傳統(tǒng)路燈控制管理方式相比，路燈系統(tǒng)管理效率高，路燈系統(tǒng)報警及時，基于物理網(wǎng)技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)的通信介質(zhì)采用交直流電線取代了傳統(tǒng)的鋪設(shè)電纜的方式，有線通信方式穩(wěn)定，受外界因素影響小，對照明路燈進(jìn)行分組管理，對路燈的照明時間可以進(jìn)行智能化設(shè)置，對路燈照明系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，24小時全天獲取工作數(shù)據(jù)，對路燈進(jìn)行亮度的調(diào)節(jié)，降低了路燈使用過程中對電能損耗，延長了路燈燈具的使用壽命。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)總體設(shè)計

3.1 智能路燈控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能路燈控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的路燈控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立了3層控制系統(tǒng)，第一層是LMS上位機(jī)的路燈控制系統(tǒng)，上位機(jī)路燈控制系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的終端，為用戶提供人機(jī)交互的用戶操作界面， 通過各個功能模塊實(shí)現(xiàn)對路燈的控制，根據(jù)具體要求實(shí)現(xiàn)路燈的自動開關(guān)控制和路燈亮度的控制調(diào)節(jié)。在系統(tǒng)中可以根據(jù)路燈控制系統(tǒng)開發(fā)的要求，添加相應(yīng)的功能模塊。第二層數(shù)據(jù)集中器，在智能路燈控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)集中器通過無線網(wǎng)絡(luò)通信媒介，和上位機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信功能，根據(jù)上位機(jī)控系統(tǒng)的需要，把數(shù)據(jù)實(shí)時的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)控制系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)集中器通過電力載波信號與下級的單燈控制器進(jìn)行通信，對單燈控制器進(jìn)行控制，完成對數(shù)據(jù)的收集和控制命令的發(fā)送，實(shí)現(xiàn)對路燈開關(guān)的控制和亮度的調(diào)節(jié)控制。第三層單燈控制器，單燈控制器在系統(tǒng)中控制相連的路燈，單燈控制器通過電子載波器實(shí)時的把收集到的單燈電流和功率等數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)集中器，單燈控制器使用唯一的標(biāo)識碼對路燈個體進(jìn)行標(biāo)識，標(biāo)識碼也是電子載波進(jìn)行尋址的唯一標(biāo)識。

3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計要實(shí)現(xiàn)節(jié)能和實(shí)時控制功能，在滿足日常路燈照亮需要的同時，通過對路燈進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的控制實(shí)現(xiàn)路燈的節(jié)能，實(shí)時控制可以對路燈系統(tǒng)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，減少維修人員日常維修和維護(hù)的難度，也可以達(dá)到節(jié)約開支的目的。智能路燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計要完成以下功能的需要，第一在單燈控制器的設(shè)計上，對與單燈控制器相連的路燈進(jìn)行功率、運(yùn)行時間和亮度值等數(shù)據(jù)的測量，也可以增加光照感應(yīng)器等有用的功能設(shè)計。第二在三相耦合器的設(shè)計上，我國路燈線路的設(shè)計都是以三相電為基礎(chǔ)，三相耦合器的設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，減少了線路設(shè)計的難度，幫助數(shù)據(jù)集中器把另外兩相電的信號耦合到數(shù)據(jù)集中器上。第三在信號隔離器的設(shè)計上，智能路燈控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施是以原有的硬件設(shè)施為基礎(chǔ)建立的，信號的傳輸也是以原有硬件連接方式來實(shí)現(xiàn)的。路燈連接方式如圖1所示。

圖1 路燈連接方式

每一根線都是每一相電進(jìn)行傳輸?shù)闹鞲删€，燈節(jié)點(diǎn)代表輸入的遠(yuǎn)端或者電流的終端，電力載波受到干擾小，但是隨著原有線路的擴(kuò)大，在與單燈相連的線路上安裝了很多用電終端，這樣造成信號干擾，為了避免信號干擾，在電力線干路上添加信號隔離器，信號隔離器連接方式如圖2所示。

圖2 信號隔離器連接方式

3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計中包括兩方面，一是終端監(jiān)測軟件的設(shè)計，終端監(jiān)測軟件主要是安裝在遠(yuǎn)端服務(wù)器上的，通過功能模塊進(jìn)行控制；二是通信模塊，根據(jù)傳輸功能的特點(diǎn)設(shè)計的新模塊。系統(tǒng)軟件是和用戶直接接觸的應(yīng)用終端，系統(tǒng)軟件界面設(shè)計要簡潔美觀，根據(jù)用戶的需要來設(shè)計控制界面。系統(tǒng)軟件要實(shí)時的把操作人員的控制指令發(fā)送給各個硬件的設(shè)備層，實(shí)現(xiàn)對硬件的控制，還要把下層的數(shù)據(jù)信息發(fā)回到上層軟件的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件的設(shè)計開發(fā)都是Java Web技術(shù)開發(fā)的，Java Web技術(shù)是把Java技術(shù)應(yīng)用到互聯(lián)網(wǎng)中并和Web技術(shù)一起解決相關(guān)的問題。WEN技術(shù)包括兩部分，分別是Web服務(wù)器和Web客戶端，Java在客戶端主要應(yīng)用Java applet技術(shù)，Java在服務(wù)器端的應(yīng)用主要是JSP和第三方框架，Java技術(shù)為Web提供技術(shù)上的支持。系統(tǒng)作為一個控制軟件終端，在終端功能設(shè)計上的功能模塊主要有路燈監(jiān)控，故障報警、開關(guān)等計劃和控制器管理等模塊等，路燈監(jiān)控功能模塊顯示每條街道路燈的基本信息以及每個路燈的運(yùn)行情況。故障報警功能模塊對故障信息進(jìn)行記錄然后進(jìn)行上報，便于工作人員對路燈進(jìn)行維護(hù)，工作人員可以按照自己的需要對報警信息進(jìn)行檢索等操作。開關(guān)燈計劃功能模塊在路燈的開關(guān)燈設(shè)置上更加靈活，以最小的時間為單位對時間進(jìn)行配置，根據(jù)異常情況和季節(jié)的變化來調(diào)整開關(guān)燈計劃?？刂破鞴芾砉δ苣K可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對控制器的設(shè)置，對控制器的連接情況進(jìn)行記錄。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代化城市的發(fā)展，智能路燈控制系統(tǒng)是一個城市現(xiàn)代化發(fā)展水平的體現(xiàn)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在新的應(yīng)用領(lǐng)域的探索，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域中的延伸。

[1]劉恒，汪光森，王乘. OFDM、擴(kuò)頻通信技術(shù)在電力線通信中的應(yīng)用分析與仿真[J].繼電器，2003（7）：41-46.

[2]張惠玲，王曉雯.城市道路照明設(shè)置與節(jié)能探討[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（S1）：106-109.

Design of intelligent street lamp control system based on Ιnternet of things technology

Zhu Baohua
（Jiangsu Vocational College of Business, Nantong 226011, China）

W ith the continuous development of social economy, a large proportion of urban power resources has been used in urban street lamp lighting, and the intelligent degree of urban street reflects the modernization level of a city. The traditional street lamp control system can’t meet the needs of modern urban development. The design and research of urban intelligent street lamp control system is the inevitable trend of modern city in the lighting control. This paper has applied the Ιnternet of things technology to w ireless communication intelligent street lamp control management system, as well as designed and studied the intelligent street lamp control system based on the Ιnternet of things technology.

Ιnternet of things technology; intelligent control system; lighting control; w ireless communication; street lamp

朱寶華（1980－ ），男，江蘇南通，碩士，副教授；研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。