基于物聯網技術的城市路燈照明監控系統

張培高

(瀘州職業技術學院，四川 瀘州 646000)

1 RFID介紹

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標簽。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便[1]。

RFID是一種簡單的無線系統，只有2個基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器(或閱讀器)和很多應答器(或標簽)組成。其基木結構框圖如圖1所示。

圖1 RFID系統的基本結構框圖

標簽：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。

閱讀器：讀取或者寫入標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。

天線：在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。

2 路燈監控系統硬件組成

圖2 路燈監控系統基本組成

2.1 PLC控制模塊

PLC可以進行A/D、D/A轉換，通用于RS-422、RS485、RS232通訊接口，編程方便、接線簡單，抗干擾能力強，價格便宜，對于環境復雜的無人值班的監控地區特別適用，故本文采用PLC來控制路燈，路燈監控系統終端的框架如圖3所示。

圖3 路燈監控終端的框架

2.2 LoRa通信模塊

LoRa廣域網技術(即Low Power Wide Area Network，簡稱LPWAN)。它靈敏度高(-148dbm)、抗干擾能力強、通流容量大，贏得了廣泛地關注。LoRa的網絡架構：將獲取的相關數據發送給網關基站，再匯總到網絡服務器，最終送到應用服務器。在發射功率一定時，通常擴頻因子被設置得越大，模塊可獲得的接收靈敏度就越高，通信距離將越遠，但會同時導致通信速率降低[2]。

3 路燈監控系統軟件設計

系統軟件主要是將采集到的電流/電壓信號進行解碼分析，并將信息傳送至監控中心平臺。當安裝了射頻標簽的車輛處于監控區域時，路燈附近的RFID讀寫裝置會立刻監測汽車的行駛速度并上傳數據信息。路燈監控系統工作流程如圖4所示。

圖4 路燈監控系統工作流程

當車輛V=0時，監控中心無反饋信息，PLC控制觸點不動作，不開啟路燈。

V——汽車行駛速度；S——兩相鄰燈桿距離；

T——汽車經過兩燈桿的時間

本文選用晶體管輸出的PLC，其響應時間在0.2ms以下；通信距離越遠，LoRa的通信速率就越低，故需要在一個合理的區域范圍內裝設一臺監控中心服務器，以致縮短信息響應時間；RFID現在實際中可以達到的響應時間是500個/1s左右標簽，但是速度一般不超過80km/h。幾種模塊響應時間都在毫秒級甚至微秒級，故相對于汽車正常行駛速度來說可以忽略。

4 路燈監控系統總體方案

城市街道燈桿間距是根據燈桿高低，車道寬窄，光源亮度來設置的。一般情況下，城市道路的路燈間距在25～50m之間，如果道路不是很寬的小型路燈，在光源不是很亮的情況下，間距可以稍微縮短至20m左右。

當安裝RFID標簽的車輛正常駛入裝有RFID智能終端的街道，RFID讀寫器模塊對監控區域內的車輛RFID標簽信息進行不間斷掃描，并記錄到本地數據庫；由于不同街道的車流量不同，每條街道設置一個本地數據庫，數據庫將獲取的數據信息通過LoRa傳送至監控中心主機，監控中心服務器根據車輛當前狀態判斷是否開啟路燈，開啟多長時間或者多長時間熄滅。當裝有RFID標簽的汽車駛出該RFID智能終端的感應范圍，RFID讀寫器將再次將數據傳送回監控中心，監控中心數據接收到數據后，服務器就會再次通過LoRa無線通信系統傳送至PLC執行路燈的關閉[3]。如此，監控中心根據本地傳送的數據進行分析，得出前方燈桿需要提前啟動的時間和汽車后方燈桿實時熄滅的時間，實現路燈精細化控制，節約相關的人力與物力資源。

5 結語

本文設計的基于PLC、RFID和LoRa的遠程路燈監控系統，能夠解決不同速度車輛與路燈照明之間的匹配問題，實現了城市路燈的精細化控制，具有遙控、遙測和遙信功能，有效地解決了城市路燈控制的靈活性、實時性、可靠性、經濟性等問題，同時抗干擾力強，通信穩定，進一步優化了城市路燈管理系統，達到了更節約電能的目的。