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物联网设计方案

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基于物联网智能路灯系统

摘要

随着低碳时代的到来，人们越来越重视能源的节约，以及人力劳动成本的上升传统的路灯系统，就越发的显得不合理，因此一套环保低碳节能并且智能的的路灯系统就显得那么重要了，智能路灯系统，通过对信号的采集，无线通信障检测及亮灯驱动等电路进行设计和调试，通过GPRS数据传输网络或者3G网络实现对路灯的远程监控和管理，以及对路灯故障系统的时时检测，故障位的报警来实现一是能够满足正常使用的需要，在夜间车辆、行人通过厂区道路时提供必需的照度，确保安全； 二是节约电能，安装、使用可靠方便，能够延长用电设备及灯具的使用寿命，减少维护费用。

关键词：智能路灯；节能；远程监控；故障报修；

目录
1.引言 3
1.1 背景及意义 3
1.2课题的研究与目的 3
2.项目需求分析 3
2.1系统需求 3
2.2系统实现要求 4
3.设计与实现 4
3.1系统整体模型 4
3.2系统实际运行图 5
3.3设计的详细流程 6
3.31控制终端 6
3.32传输网络 6
3.33路灯控制检测系统 7
4.总结 11
5.参考文献 11

1.引言
1.1 背景及意义
随着城市经济和规模的发展，各种类型的道路越来越长，机动车数量迅速增加，夜间交通流量也越来越大，道路照明质量直接影响交通安全和城市发展。如何提高道路照明质量、降低能耗、实现绿色照明已成为城市照明的关键问题。道路照明的首要任务是在节约公共能源的基础上，提供安全和舒适的照明亮度，达到减少交通事故，提升交通运输效率的目的。由于基础设施的条件所限，目前普遍缺少路灯级的通信链路，路灯控制方式一般只能对整条道路统一控制，无法测量和控制到每一盏灯。本文的智能的路灯控制系统将在一定程度上改善这种局面。
1.2课题的研究与目的
本文基于物联网，设计了一种无线路灯控制模块，实现了每盏路灯的无线自主组网，使每一盏路灯都能遥测和遥控，与路灯设施中的一些单元连接，达到路灯的亮度（或照度）的无级可调，在保证道路照明质量、改善辨认可靠和视觉舒适情况下，根据环境光强度和时段，节约电能，同时该系统通过对每盏路灯的故障检测与报警，减少人力的投入。
2.项目需求分析
2.1系统需求
该系统需要有：
⑴终端控制系统；
⑵远程数据传输系统；
⑶路灯控制处理系统；

2.2系统实现要求
⑴对于该系统，在终端控制系统中，要求建立全路灯系统的模拟地图，对于传回的信息能做快速及时的处理，并且快速传出，进而控制整个系统，对该系统有绝对的控制权。
⑵远程数据传输系统要求实现数据的远程传输，在传输过程中保证数据的精确无误的快速传输，无线网络组网方便、布局容易并且维护简单，可以采用自己组建无线专网的通信方式，当然也可以选择利用已有无线网络的通信方式。
⑶路灯控制处理系统可采用远程控制与近程控制相结合的控制模式，在路灯上安装嵌入式芯片，对路灯的日常活动进行自我的智能控制，如控制路灯的亮度，开关，及故障检测，并且向远程终端发送数据。如果不能及时处理，则会由远程终端来处理。

3.设计与实现

3.1系统整体模型

终端控制系统
光检测系统
人体及车辆检测
故障检测
传输网络

3.2系统实际运行图

如下图所示：

3.3设计的详细流程
3.31控制终端
①系统运行
默认情况下，控制器工作在本地控制方式，控制器运行程序按照设置的参数进行灯光控制，不需要中心软件参与，中心软件只查阅状态。在控制器本地运行的情况下，中心可以随时中断控制器的程序，接替本地对灯光进行控制，直到中心退出控制，本地控制再继续运行。 比如，控制器设置的参数是晚上18：00开灯，早上6：00关灯，那么在中午12：00灯是关闭的，晚上20：00灯是开的，这是控制器根据设置的参数在自己控制。如果我们在中午12：00通过中心软件将灯打开，那么灯会一直打开，直到我们中心关灯，或者中心退出控制，由本地自行控制为止。如果我们在13：00设置为本地控制，那么灯会立即关闭，如果我们在晚上20：00再设置为本地控制，那么灯会保持打开直到早上6：00关灯。
②建立监控地图

控制中心地图
控制中心通过建立的数字地图，可随时对整个城市路灯系统进行检测，如果路灯故障，会在地图上显示，这样便于快速准确的对路灯进行维护。
3.32传输网络
无线网络组网方便、布局容易并且维护简单，已逐步应用于各种生产领域。可以采用自己组建无线专网的通信方式，也可以选择利用已有无线网络的通信方式。
3.33路灯控制检测系统
⑴光检测
光检测是利用光传感器，采集光的大小，通过采集的数据，控制路灯的开关及其亮度，从而实现路灯系统的高效节能。

具体如图所示

开始
光采集
数据处理
1000>X
X>3
X>1000
X<3
关灯
根据X来调整
开灯
结束

⑵车辆检测

RFID 智能终端的读写器模块不间断扫描经过车辆的RFID 标签信息，并记录到本地数据库；RFID 智能终端的智能控制模块根据得到的标签信息进行处理，并根据车辆当前情况判断是否开启路灯，如果车辆静止，则不开启路灯；如果车辆正常行驶，则将车辆行驶方向前方的一定范围内的路灯全部开启，并设定持续点亮时间，每次开启的路灯范围和持续点亮时间根据道路情况设定，一般开启范围设定为限速行驶3min 车程内的路灯，路灯的持续点亮时间为2 倍的行驶时间，以便能够对慢速行驶的车辆提供照明，例如限速为60km，则智能终端开启前方3km 内的路灯，持续点亮6min;对于滞留在禁停路段的车辆则定时上报其标签和本机ID。

构图

⑶故障检测
故障检测主要由安装在路灯里的单元控制器来实现，单元控制器设有电流检测功能通过电流检测可以判断路灯是否故障。如果路灯故障，通过路灯的电流会极小甚至为零，不足以驱动LED 发光，则故障检测点的电压会低于给定的基准电压，通过电压比较电路给单片机送入一个报警信号。报警信号通过GPRS/3G等传输到控制中心，反应在控制中心的地图上，然后控制中心对故障进行分析，作出相应的措施。

单元控制器运行图

如图所示：

LED熄灭
是否停电
启动检测
没停电，路灯损坏
停电
报警,数据传出
结束

YES

NO

4.总结
我们为了实现物联网技术构建的路灯模拟系统，从网上寻找大量的相关资料，模仿老师所给模板，亲自动手进行操作，以便实现对路灯科学的管理和智能化的的监控。我们认为随着移动无线网络的发展和日益完善及在物联网方面的投入，这种控制方案在路灯的管理与控制上将会有广阔的应用前景。

5.参考文献
物联中国；
物联网世界；
交通技术网；
思科
《物联网技术与应用》 电子工业出版社；
《物联网概论》 人民邮电出版社；