模拟智能路灯的设计与研究

2020-09-10周明会张苏婷张平才申旭东罗小松

南北桥 2020年24期

周明会张苏婷张平才申旭东罗小松

【摘要】伴随着中国城市化发展进程的不断加快，路灯给我们的生活带来了便捷，由于它的但是路灯的耗电量相当大，为了控制耗电量我们做了一做的这款路灯主要是以节能为目标，用传感器芯片和相关无线通信技术想结合实现控制路灯的开关熄灭，主要使是路灯在晚上或大雾天气时感应到人或车经过就则亮，随后否则就熄灭，从而达到便民又节电的一种由通信网络连接的路灯与监控中心组成的智能路灯控制系统，实現对路灯的智能监控。

【关键词】智能化路灯节约用电 arduino单片机监控技术

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.24.150

一、系统概述

在这个夜晚灯火通明的时代，城市和乡村都是亮堂堂的，中国千千万万条马路及城镇路、乡村路安装的路灯除了有人有车经过的时候亮起不属于浪费电量时期，其他时候路灯也是一直在那里亮着，每晚消耗掉的电量是惊人的，造成了电量浪费，那如何避免浪费节约用电呢？我们的智能模拟路灯项目就是围绕“如何节约用电量”这一问题来展开探讨的。

这个项目的确立是依据时代现状衍生的，符合政府大力倡导的节能减排的政策。在中国，路灯的普及已经是普遍现象，夜晚每个地方都充满光明，为人们的生活提供便利。那必然需要一套节能减排的系统，来节省政府及相关企业的开支，我们的项目就是为此产生的，是在形式及时代的大环境下产生的。

路灯给我们的生活带来了便捷，最大的好处就是在黑夜提供照明。由于路灯应用得非常广泛所以它的耗电量相当大，全国基本每个城市都会存在此种现象：初入夜晚时人流量处于高峰，之后人员密集度就慢慢地减小，直到凌晨时马路上变得宁静。路上没人路灯一直亮着就会造成大量的资源浪费，但关掉的话会给一些出行的人带来许多的不便，比如保洁人员就是凌晨时出动去为我们的城市“美容”，这时候的他们不可能在没有路灯照明的情况下去工作。因此，为了减少路灯大量电量的损耗，我们团队做了一款智能路灯，主要是以节能为目标，用传感器芯片和无线通信技术结合实现控制路灯的亮与灭，主要实现路灯在晚上或大雾天气感应到人或车经过则亮，之后就熄灭，从而达到便民又节电的目的。

二、硬件部分

基于单片机的智能模拟路灯控制系统电路，基于对车辆通行时路灯的自动开启与延迟关闭、亮度控制的需求，本控制系统设计中需要有位置检测方案。模拟智能路灯控制系统包括：LED路灯以及LED灯单片机控制器，通过电力载波模块以及无线网络通信技术与LED路灯连接，后台管理用于接收分组单元的分组指令;分组单元，用于对多个LED路灯进行分组;检测单元，包括设置于LED路灯本体的定向拾音模块，用于定向采集预先指定区域内车的声音信号，定向识人模块，用人体红外传感器;定向识车模块，用声音传感器，控制单元，用于根据采集的声音信号对分组内的LED路灯的工作状态进行控制。LED路灯设置有用于身份标识的电子标签，分组单元还包括用于识别所述电子标签的读写器，分组单元根据电子标签识别待分组LED路灯的身份信息。LED灯控制器接收分组单元的分组指令后，控制与其连接的LED路灯以预先制定的编码规则进行频闪，分组单元根据频闪识别LED路灯的身份，并将其划分到指定的分组。同样，该智能模拟路灯控制系统电路采用模块化设计，执行效率极高。软件系统包括支路控制器与单元控制器部分。支路控制器包括显示模块程序、按键程序模分支控制模块、自动光亮度调节模块等，单元控制器由按键模块、显示模块与调压模块组成。

三、软件部分

本控制系统设计一个接收处理并反馈数据的后台控制系统，远程路灯监控系统利用电力载波技术通过已有电力线将路灯照明系统连成智能照明系统，此系统能在保证道路安全照明的同时节省电能，并能延长灯具的使用寿命以及降低运行维护成本。

对于灯具自身的检查与维护方面，我们实现了对路灯的控制，从后台接收的数据了解到灯的状况，比如某处路灯出现故障，工作人员收到后台推送到前端的故障信息后，根据信息（路灯的地址及编号）到现场检查情况。同时后台管理功能要完善，实现对路灯数据的录入、修改、删除、查询、分组，系统对任意一盏、一段路或自定义的一组路灯进行远程的开关控制及状态展示在前端。

四、监控中心的基本实现方式

系统中心通过网络无线通讯方式与远程的灯进行连接，无线网络采用的是移动网络，也就是GPRS数据的方式。路灯自动化远程化的监控终端接收来自监控中心的命令，也可以直接控制区域内单个灯和多个灯进行手动控制。我们可以通过监控器传来的信息来判断是否需要进行手动的控制，以及在单个部分发生故障或者天气情况需要灯的时候，并不会影响其他灯进行正常的监控、检测等。

根据实地进行更加合理的安放，考虑到成本等多方面因素，一般在监控中心不能控制太多的路灯，而且相邻两个灯之间的距离不能太过于接近或者疏远，具体而言相距不能超过100米，当然，具体的距离还是会根据实地的情况进行规划，争取在成本最小的情况下达到相对完美的效果。

关于传感器的感应问题，模块会自行进行检测，测试半径不能小于5米，所以对传感器的灵敏度和范围有着比较高的要求。

五、结束语

为了顺应绿色城市地发展，响应国家提倡的节能理念，我们组队从路灯的角度进行研究。因为大家都知道，夜晚路灯的耗电量不是一个小数目。所以，我们从避免夜晚无人无车时路灯还持续亮着造成能源浪费的角度出发，做的是用传感器芯片和相关无线通信技术结合实现控制路灯的明灭。

我们的预计效果是要能实现以下情况：

1.路灯控制：通过我们自己制作的管理控制系统设备，在操作界面对路灯进行实时控制。

2.人车检测：智能调光能自动检测路段是否有人车经过，根据车辆经过情况自动调节路灯照明亮度，可以进行来车数量统计，无人无车辆时路灯自动熄灭，熄灭时间由用户自定义，以达到节能效果。

3.主动警报：路灯遇到故障时即时自动将照明设备故障系统上报后台业务系统。

4.设备信息维护：后台对多个灯、单个灯等设备的信息进行管理。

5.系统管理与查询：对系统板块、储存信息进行管理与查询。

我们的系统目前在模拟阶段，如果要做出来投入市场的话还需要大量人力、财力的投入。智能路灯的研究目的是使其能够更好地服务社会，服务人民，促进智慧城市的发展。【研究方向：物联网工程，项目基金：贵州省2020年大学生创新创业训练计划项目《模拟智能路灯》，编号：2020XJYB028】

【指导教师：田儒学】