基于物聯網技術的智能路燈維護系統的設計

鐘麗 成都職業技術學院

基于物聯網技術的智能路燈維護系統的設計

鐘麗 成都職業技術學院

從物聯網的興起到現在的蓬勃發展不過短短的十幾年的時間，其技術已經達到了一個相對成熟的階段，各行各業都可見其身影。本文所研究的智能路燈維護系統也是基于物聯網技術的，該系統是將RFID、傳感器、GPS等物聯網技術,通過信息處理和網絡通信技術平臺對數據進行實時的傳輸、監控、對比分析，并對夜間照明需求的響應，確保路燈照明系統的及時性和準確性。

智能路燈 物聯網 維護 ZigBee 嵌入式

智能路燈維護系統，是基于互聯網、物聯網技術的深化應用，使用先進的信息采集、處理、流通、管理及智能分析技術，智能化地完成檢測、授權等多項工作，實時及時地反饋路燈狀態，突出流動監控，使信息能夠快速及時反饋到后臺，維護人員能迅速到達現場，為使用方提供最高效服務，極大地降低人力資源和社會資源的消耗，最大限度的維護好夜間照明系統。

智能路燈維護系統的智能性體現在：整個監控的智能化，主動監控路燈與設備箱，主動分析、獲取信息，實現整個過程的全監控；通過實時數據監控、對比分析，對路燈不斷的優化，對夜間照明需求的及時響應；在大量基礎數據和智能分析的基礎上，實現城市路燈規劃的建模仿真、預測，確保未來照明系統的準確性和及時性。

1 智能路燈維護系統的總體設計

智能路燈維護系統的不同環節需要不同的物聯網技術支撐才能實現相應的功能，按照物聯網的感知層、網絡層和應用層這三個層次，其所用技術對應如下：在感知互動層主要實現的是物體的感知和識別，需要使用到的典型技術有射頻識別技術（RFID）、傳感器技術和傳感器網絡技術；網絡傳輸層主要應用到的是互聯網技術和移動信息技術，實現相應的信息處理和網絡通信；而應用服務層的各種應用實現主要基于M2M（Machine to Machine）技術及管理平臺。

基于物聯網技術的智能路燈維護系統由控制中心、路燈終端及它們之間的ZigBee通信網絡組成。路燈控制中心平臺負責所有信息的接收、整合、統計、分析和數據的處理，從而實現路燈的實時監控維護。

2 硬件設計

2.1 智能路燈維護控制設備組成

本文所論述的智能路燈維護系統主要包含以下幾個部分：中央控制器、RFID射頻識別模塊、狀態監測器（霍爾傳感器、光線傳感器）、無線通訊器、液晶顯示屏。其結構圖如圖1所示。

圖1 硬件組成結構圖

2.2 主要部分功能

2.2.1 中央控制器

本系統中采用了STC89C52單片機作為中央處理器，STC89C52使用經典的MCS-51內核，但是它做了很多的改進，使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，它擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，從而使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供了高靈活、超有效的解決方案。根據它的這些特點，本設計也選用了STC89C52芯片作為中央控制器。

2.2.2 RFID射頻識別模塊

射頻識別（Radio Frequency Identification,RFID）技術是一種采用射頻訊號以無線方式傳送數位資料的自動識別技術。在很多領域，都將RFID技術作為實現目標功能的關鍵，它也是本系統應用最核心的技術之一。在本設計中，RFID射頻識別模塊進行IC的數據讀取操作，并上傳至中央控制器和協調器。

2.2.3 狀態監測器和傳感器

狀態監測器使用的是霍爾傳感器，其英文名稱為Hall sensor，是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器，霍爾傳感器又分為線型和開關型兩種。線型霍爾傳感器又可稱為開環式線性霍爾傳感器和閉環式線性霍爾傳感器(又稱為零磁通霍爾傳感器)，主要包括霍爾元件、線性放大器和設計跟隨器三大部分，用于測量交流電流、直流電流、電壓。開關型霍爾傳感器主要包括霍爾元件、差分放大器、穩壓器、斯密特觸發器、輸出級組成，用于數字量的輸出。在本設計中采用的是線型霍爾傳感器，它主要用于實時監測各路燈的狀態，并將對應的信號反饋至中央控制器和協調器。門磁傳感器是用于監測終端設備箱的門的開關狀態，即時上傳至中央控制器和協調器。

2.2.4 無線通訊模塊和顯示

無線通訊模塊作為終端設備的信號發生器和接收器，發送和接收重要數據和指令，并上傳至中央控制器。本文采用的是CC2530，如圖2所示，是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。液晶顯示屏用于接收中央控制器的指令并顯示出相應的信息。使用128x64的點陣LCD，可以顯示4行漢字，采用串行接口與主處理器進行通信。實物圖如圖3所示。

圖2 CC2530無線通訊模塊

圖3 硬件實物圖

3 軟件設計

本設計采用了C語言和VB進行編程，按照軟件模塊化的方式，將該系統整個實現的軟件分成了上位機、無線通訊及中央控制三個模塊，每個模塊實現和硬件相對應的功能如圖4所示。

圖4 軟件組成結構圖

3.1 智能路燈維護系統的軟件模塊——系統底層代碼

設備箱系統程序采用C語言程序編寫，主要用來支撐起整個設備箱系統的正常運轉，相對應實現的功能包括數據的發送和接收、RFID射頻識別和傳感器狀態的監測這三個部分。

3.2 智能路燈維護系統的軟件模塊——系統通訊代碼

通訊器系統程序采用ZigBee無線組網，主要用來對智能路燈維護系統的無線通訊器進行管理，其實現的功能是對無線數據的發送和接收。下面是無線接收和發送的部分程序。

3.3 智能路燈維護系統的軟件模塊——監控平臺代碼

監控平臺系統程序采用VB.NET程序編寫，作為智能路燈維護系統的上位機控制，相對應實現的功能是在后臺接收、發送、讀取、寫入不同的數據至上位機的數據庫。

3.4 主程序流程圖

軟件的模塊化，可使思路更加的清晰，同時，也讓讀者更加容易理解。所以，本設計軟件的主程序主要實現初始化和子模塊的調用。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

3.5 監控界面

本設計的監控界面采用VB.NET程序編寫，界面清晰、簡單，所有信息也一目了然。其客服端界面如圖6所示。

圖6 監控界面

4 結束語

物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后的又一次信息產業的革命性發展。目前在綠色農業的發展、工業的監控、公共安全監控、城市的管理和規劃、遠程醫療服務、智能家居系統、智能交通系統和環境監測系統等各個方面均有大量成功的物聯網應用的案例。本設計將物聯網技術應用于智能路燈維護系統中，使用了其核心的射頻識別技術、傳感器技術及ZigBee通信，并同時有效地體現了該技術實時跟蹤、監控的特性，也達到了節能的目的。

[1]劉化君.《物聯網技術》.電子工業出版社

[2]孫利民.《無線傳感器網絡》.清華大學出版社2005

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[4]王營冠.《無線傳感器網絡》.電子工業出版社2012

[5]曾寶國,程遠東.《RFID技術及應用》.重慶大學出版社2014

[6]王汝林.《物聯網基礎及應用》.清華大學出版社2011

[7]劉雯婕.《系統結構及發展》.通信管理與技術2009

鐘麗（1978—），女，四川內江，成都職業技術學院，講師，碩士，電子電路、微波技術。