鄧蓼花 桂林電子科技大學(xué)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下城市照明系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

鄧蓼花 桂林電子科技大學(xué)

本文通過對(duì)既有城市照明設(shè)備工作目標(biāo)的改進(jìn)和提高，整合物聯(lián)網(wǎng)的感知手段、GPRS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、高級(jí)語言編程等，將范圍大、涉及路燈數(shù)目大、所占資本較低的城市路燈群，改造成具備一定自動(dòng)化水平的系統(tǒng)，促成對(duì)城市路燈的自動(dòng)式管控、高可靠性，實(shí)現(xiàn)了智能照明、智能節(jié)電、無線城市等多種智能應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng) 城市照明 智慧城市 監(jiān)控控制

1 研究背景和意義

1.1 研究背景

現(xiàn)代城市中，路燈已成為必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，它分布密度大、范圍廣、數(shù)量多，在城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的作用極大。

目前我國很多城市的路燈控制系統(tǒng)面臨多種問題：

1、控制落后。2、操控不便。3、燈況不明。

1.2 研究意義

通過對(duì)既有城市照明設(shè)備工作目標(biāo)的改進(jìn)和提高，便利快捷的將整個(gè)照明體系范圍大、涉及路燈數(shù)目大、所占資本較低的路燈，改造成具備一定自動(dòng)化水平的系統(tǒng)，促成對(duì)城市路燈的自動(dòng)式管控、高可靠性管理。

2 系統(tǒng)需求和總體結(jié)構(gòu)

由于各大城市對(duì)道路照明系統(tǒng)的各項(xiàng)要求不斷提高，必須運(yùn)用信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來滿足全城道路照明系統(tǒng)進(jìn)行智能化、自動(dòng)化遠(yuǎn)程管理需求。

道路照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和自動(dòng)開關(guān)，事實(shí)上可劃分為4大核心功能：（1）網(wǎng)絡(luò)采集和匯總數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)控制。（2）數(shù)據(jù)監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)。（3）自動(dòng)故障報(bào)告和故障信息管理。（4）能進(jìn)行節(jié)能策略的配置。

經(jīng)深入分析，制定本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案：采用網(wǎng)絡(luò)遙控模式，在控制中心通過人機(jī)界面手工定制策略，配置合理的控制方案，對(duì)各路段路燈開、關(guān)時(shí)間和亮度進(jìn)行設(shè)置。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成：監(jiān)控中心、路邊的集中控制器以及單燈控制器組成。

（1）照明集中控制器：它是整個(gè)照明系統(tǒng)的核心部分。

（2）單燈控制器：安裝了必要的開關(guān)電路和電壓、電流等的檢測電路，安在燈桿上。

（3）監(jiān)控管理中心：通過監(jiān)控管理中心來管控系統(tǒng)運(yùn)行。

單燈控制其對(duì)路燈的狀態(tài)數(shù)據(jù)匯總，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息上傳和控制信息下達(dá)。

集中控制器對(duì)采集的電壓和電流數(shù)據(jù)及時(shí)、可靠的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的信息，路燈監(jiān)控和配置參數(shù)對(duì)道路現(xiàn)場的同時(shí)，從控制中心接收控制命令。

集中控制器主要由中央處理模塊STM32F103主芯片、通信模塊、ZigBee 協(xié)調(diào)器、GPRS 通信模塊、時(shí)鐘電路、調(diào)試接口、光強(qiáng)度采集、電源電路、RS232 接口等組成。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件需具備運(yùn)行、分析、統(tǒng)計(jì)、處置、維護(hù)和監(jiān)督等功能，它能否很好的完成監(jiān)控管理以及數(shù)據(jù)采集的任務(wù)關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)能否正常工作。

其中，系統(tǒng)監(jiān)控中心軟件分為五個(gè)模塊：用戶管理、系統(tǒng)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控、地圖信息和查詢操作。五部分是集成到主監(jiān)控中心軟件。

4.1 用戶管理模塊的功能實(shí)現(xiàn)

將道路、路燈集中控制器、單燈、電壓、電流作為對(duì)象處理，實(shí)現(xiàn)用戶創(chuàng)建、刪除、修改等功能。

自動(dòng)報(bào)告提供報(bào)警信息，如電壓電流越限報(bào)警，白天光報(bào)警報(bào)警時(shí)的電壓和電流的變化，在夜晚關(guān)掉燈及各種用戶的數(shù)字量報(bào)警（如開門報(bào)警），各種照明率故障報(bào)警功能，這些警報(bào)可以自動(dòng)生成服務(wù)器端的告警記錄，以便用戶訪問和打印報(bào)表。

4.2 路燈控制模塊的實(shí)現(xiàn)

用戶可以在計(jì)算機(jī)客戶端上設(shè)置時(shí)間程序的各種參數(shù)，然后通過無線互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到站點(diǎn)。

時(shí)間方案的設(shè)置類型分為“快捷設(shè)置”和“高級(jí)設(shè)置”兩種方式，用戶既可以通過“快捷設(shè)置”來向設(shè)備下發(fā)簡單直觀的時(shí)間表，還可以通過高級(jí)設(shè)置來詳細(xì)配置日程安排的詳細(xì)參數(shù)。

4.3 地圖信息模塊的功能實(shí)現(xiàn)

用戶可以根據(jù)系統(tǒng)圖對(duì)本地設(shè)備的局部條件、照明條件和報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和定位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備各種條件的直觀監(jiān)控。

4.4 測試結(jié)果評(píng)價(jià)

根據(jù)測試記錄，分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)訪問數(shù)量達(dá)到6000時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為8秒，CPU和內(nèi)存占用率在容忍的范圍內(nèi)，可以判斷，這種情況下，系統(tǒng)仍能滿足性能的要求。

5 總結(jié)及展望

城市街道網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)基本上可以滿足城市路燈監(jiān)控的基礎(chǔ)上，要求具有一定的理論和實(shí)用價(jià)值的設(shè)計(jì)，而且在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，城市照明系統(tǒng)的要求也越來越高，要進(jìn)一步的改進(jìn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)，可以從以下的幾點(diǎn)進(jìn)行出發(fā)：

（1）在節(jié)能方面，可以加入光傳感器，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，也可以根據(jù)現(xiàn)場光線的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈的照度，從而節(jié)省更多的電能。

（2）在提高系統(tǒng)的可靠性方面，可以進(jìn)一步的改善硬件和軟件的功能設(shè)計(jì)和操作優(yōu)化，使整個(gè)系統(tǒng)更加的集成化、智能化、多模式化，確保更準(zhǔn)確、穩(wěn)定的運(yùn)行。

[1] 秦亞平,仝西波. 城市夜景照明設(shè)計(jì)地域性特色的探討[J]. 藝術(shù)教育，2011,06:44-45.

[2] 劉聰. ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)在路燈智能照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].鄭州大學(xué),2013:23-26.

[3] 汪建偉. 淺談基于電力載波技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)[J].照明工程學(xué)報(bào),2012,05:128-130.

[4] 江偉,劉躍群. 城市路燈照明控制系統(tǒng)研究[J]. 中國照明電器,2008,01:13-15.

[5] “十一五”城市綠色照明工程規(guī)劃綱要[J]. 上海建材,2006,04:4-7.

[6] 張帆. 城市道路照明動(dòng)態(tài)信息管理系統(tǒng)研究[D].武漢理工大學(xué),2010:26-28.