基于IOT的城市道路智慧照明系統的設計

蘭歡

針對當前城市道路照明系統所存在的效率低、照明方式單一、擴展性較差等問題，本文提出一種基于物聯網（Internet Of Things，IOT）技術的城市道路智慧照明系統，將城市道路照明、環境監測納入新型城市物聯網體系，綜合運用嵌入式技術、無線傳感器網絡等技術，實現智能化、數字化的城市道路照明控制，同時還具有環境溫濕度、PM2.5等環境參數的監測功能。

【關鍵詞】智慧照明 環境監測 物聯網 ZigBee 上位機

1 引言

隨著社會經濟的快速發展，城市路燈照明建設飛速發展，道路照明的質量日益改善。近幾年，環保、低碳的理念被越來越多的人所重視，節能照明已成為現今社會面臨的一個重要問題。但在當前現有的路燈控制體系中存在著資源浪費、管理欠妥、維護效率低、成本高、拓展能力和可持續性差等問題，急需現代化的智慧照明來提高城市道路照明的工作效率和可利用率。

針對上述問題，本文設計了一種集道路照明管理與環境監測于一體的城市道路智慧照明系統，立足于當今節能減排的需求，以節能為核心，改變以往一成不變的照明方式，系統原理框圖如圖1所示。

整個城市道路智慧照明系統分為兩大部分：照明控制系統和輔助系統。照明控制系統主要實現道路照明的控制，通過采集環境亮度實現路燈的自主亮滅控制，同時通過ZigBee無線傳感器網絡將道路照明系統進行組網，實現單個或多個路燈的控制；輔助系統則主要進行氣象環境的監測，利用多個傳感器實現實時外部環境參數的監測，如：溫濕度、PM2.5、光照度等，最后將數據匯總通過網絡傳輸給遠程監控中心。

2 系統硬件設計

2.1 控制模塊

本城市道路智慧照明控制終端和監測終端的核心模塊均采用嵌入式ARM處理器STM32系列，STM32系列微控制器采用ARM公司具有突破性的Cortex-M3內核，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器，具有豐富的增強I/O端口和外設：包含3個12bit的ADC、8個高級16bit定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C和SPI、5個USART、一個USB和一個CAN。專門應用于對性能要求較高、成本要求較低以及低功耗的場合，適合本系統的芯片需求。

2.2 傳感器模塊

傳感器模塊主要包括用于檢測環境照度的光照傳感器BH1750FVI以及監測環境參數的溫濕度傳感器、PM2.5傳感器等。

（1）光照傳感器BH1750FVI采用數字輸出，光照度范圍為0-65535 lx，可對廣泛的亮度進行1勒克斯的高精度測定，實現“亮度調節，外界照度強，路燈光照弱；外界照度弱，路燈光照強”的效果；

（2）溫濕度傳感器模塊用于檢測周圍環境的濕度和溫度；

（3）PM2.5傳感器選用GP2Y1010AU0F型號的粉塵傳感器，它的特點是取消了模擬輸出口，不需要搭建外圍電路，節省了成本，標準串口通信，提高了測量準確率，串口輸出更穩定，只需要3根線即可操作它，通過串口直接讀取電壓。

2.3 ZigBee無線通信模塊

為了實現城市道路照明系統的集中管理以及環境監測功能，本文采用基于物聯網的ZigBee無線模塊構成通信網絡。本系統采用的ZigBee無線通信模塊為CC2530模塊，包括主ZigBee模塊和從ZigBee模塊兩部分，主從模塊需要在同一頻率之間完成數據之間的通信。

3 PC終端監控軟件的設計

為了實現城市道路智慧照明系統的集中控制管理以及環境數據的采集監視功能，本系統基于LabView虛擬儀器技術設計了城市道路智慧照明系統的遠程控制中心監控軟件。

虛擬儀器是一個高性能、低成本的測試和自動化系統運載平臺，將傳統的儀器硬件功能集成，即將硬件軟件化，大大突破了傳統儀器在數據采集、處理、顯示、存儲等方面的限制，擺脫了傳統的以硬件為主的測量，實現了以軟件為中心的測量。

4 結束語

本文提出一種基于IOT的城市道路智慧照明系統，綜合運用嵌入式技術、傳感器技術等實現路燈的智能化管理：每套路燈既可單獨控制，根據時間和光照度實現通斷和亮度調節，也可進行集中式的聯網控制，對城市路燈全網監控，掌握路燈的運行狀態。同時可采集周圍環境的溫濕度、光照度和PM2.5數值，將所采集到的信息上傳到上位機監護界面，實時顯示各種數據圖形。

本系統的設計結構合理，充分利用智慧照明技術實現路燈照明應用的需求，拓展能力好，可以有效的節約能源，具有實際推廣和應用價值，擁有極大的市場前景。

參考文獻

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作者單位

天津職業技術師范大學 天津市 300222