潘洪濤，楊雷

（天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，天津，300350）

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，無論是城市還是鄉(xiāng)村，路燈的電能消耗大，利用率低，效能不高。而隨著人們的環(huán)保節(jié)能意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，提供一種減少照明時(shí)間并且節(jié)約用電，而且還可以降低管理支出的智能型路燈對(duì)城市建設(shè)和鄉(xiāng)村建設(shè)顯得極為重要。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于路燈控制系統(tǒng)中，充分利用太陽能達(dá)到節(jié)能效果，通過太陽能電池板白天獲得能量，暫儲(chǔ)在蓄電池中，晚上或者白天光線暗淡的時(shí)候通過蓄電池給路燈供電，點(diǎn)亮路燈，達(dá)到節(jié)能的目的。通過智能控制實(shí)現(xiàn)路燈的節(jié)能控制，基本實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉。具有對(duì)時(shí)間的設(shè)置、對(duì)白天光線強(qiáng)弱感知的設(shè)置、對(duì)冬夏時(shí)至不同節(jié)氣晝夜時(shí)間上的設(shè)置、對(duì)利用超聲波檢測(cè)人與路燈距離從而實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉的功能；通過太陽能電池板的逐日控制及電量監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程云平臺(tái)的監(jiān)控以及近端手機(jī)監(jiān)控的功能達(dá)到管理智能化和便捷化的目的。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理與設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能圖如圖1所示，先由感知層通過傳感器采集到各種的物理信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送到嵌入式控制板，然后嵌入式控制板將相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線傳播輸送給網(wǎng)關(guān)，之后網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)從 internet 網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器。我們可以通過手機(jī)、PC等設(shè)備訪問服務(wù)器實(shí)現(xiàn)路燈的設(shè)置與控制，整套系統(tǒng)可以通過自動(dòng)控制及手動(dòng)控制路燈的智能開閉從而控制能耗，PC 機(jī)和手機(jī)不僅可以接收到服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，還可以反饋數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控。手機(jī)客戶端可以訪問到服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)路燈的設(shè)置與控制，從而有利于保證道路交通安全、方便行人生活、提高交通運(yùn)輸效率、并達(dá)到美化環(huán)境的目的。

太陽能路燈智能控制系統(tǒng)主要由路燈智能節(jié)能控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控太陽能控制系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成。我們首先根據(jù)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，與其他的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一樣，我們的太陽能路燈智能控制系統(tǒng)主要有感知層、傳輸層和應(yīng)用層三個(gè)部分組成。感知層作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)感知、收集外部信息，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的信息源。傳輸層位于整個(gè)體系的中間位置，包括各個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)形成的融合網(wǎng)絡(luò)，該部分目前是技術(shù)最為成熟的部分。應(yīng)用層位于整個(gè)體系的最上層，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送的信息進(jìn)行存儲(chǔ)、挖掘、處理和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集成。

整個(gè)系統(tǒng)是按照如下方式運(yùn)行的：首先由感知層通過傳感器采集到各種的物理信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送到嵌入式控制板，然后嵌入式控制板將相關(guān)數(shù)據(jù)通過傳輸層的 WiFi 通信設(shè)備傳輸給網(wǎng)關(guān)，之后網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)從 internet網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器，并且可以通過應(yīng)用層的手機(jī)、 PC等設(shè)備訪問服務(wù)器實(shí)現(xiàn)路燈的設(shè)置與控制，此外 PC 機(jī)和手機(jī)不僅可以接收到服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，還可以向服務(wù)器發(fā)送反饋數(shù)據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控。手機(jī)客戶端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的近端控制，從而降低了管理街道路燈的難度，并且可以檢測(cè)太陽能路燈的好壞。

圖1 系統(tǒng)功能圖

1.1 路燈節(jié)能控制的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)時(shí)間設(shè)置實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉：通過對(duì)RTC的讀寫，設(shè)置路燈的工作時(shí)間；在手機(jī)APP上對(duì)路燈開啟/關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行設(shè)置；根據(jù)白天光線設(shè)置實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉：通過對(duì)光敏傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，設(shè)置光照強(qiáng)度的門限值，來實(shí)現(xiàn)白天時(shí)陰天情況下路燈運(yùn)行或者關(guān)閉。如圖2 所示：

圖2 路燈起?？刂乒δ軋D

根據(jù)冬夏時(shí)制設(shè)置實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉：通過對(duì)RTC的讀寫，設(shè)置路燈不同時(shí)令的工作時(shí)間；在手機(jī)APP上設(shè)置路燈冬夏制開啟/關(guān)閉的時(shí)間。路燈控制器能根據(jù)日期自動(dòng)控制路燈開啟和關(guān)停。每日路燈工作時(shí)間設(shè)置：根據(jù)日歷信息（晝夜時(shí)間長(zhǎng)短），分別設(shè)置冬天和夏天的每天開啟、關(guān)閉路燈的時(shí)間。如冬天工作時(shí)間設(shè)置為：18:00～6：00；夏天工作時(shí)間設(shè)置為：20:00～5:00。根據(jù)超聲波檢測(cè)人與路燈距離實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉：超聲波來檢測(cè)人體的靠近時(shí)，在自動(dòng)模式下，如果有人靠近，且路燈處在節(jié)能（未開啟狀態(tài)），能自動(dòng)開啟路燈，為路人亮燈。如圖3所示：

圖3 超聲波傳感器檢測(cè)功能圖

1.2 太陽能電池板的逐日控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能

通過將固定在云臺(tái)上的太陽能電池板上附著的光敏傳感器來感應(yīng)太陽光的能量值（對(duì)太陽能的電能信號(hào)進(jìn)行電壓測(cè)量，通過A/D轉(zhuǎn)換，統(tǒng)計(jì)出電池板吸收太陽能的實(shí)時(shí)能量數(shù)據(jù)。）根據(jù)能量值判斷最佳的太陽能位置，并控制舵機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)的角度（一維），把太陽能電池板的位置自動(dòng)移動(dòng)到最佳的位置，實(shí)現(xiàn)電池板的逐日控制。光敏傳感器的數(shù)值能夠通過云平臺(tái)在PC監(jiān)控端和手機(jī)端遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查詢。

1.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控太陽能控制系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)通過 WIFI模式接入遠(yuǎn)程云平臺(tái)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸傳感器數(shù)值到云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)的監(jiān)控功能。如圖 4所示：

圖4 遠(yuǎn)程云平臺(tái)監(jiān)控功能圖

設(shè)備維護(hù)工程師能對(duì)路燈進(jìn)行控制及設(shè)置，開發(fā)手機(jī)APP應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的近端控制。如：利用手機(jī)APP對(duì)路燈開啟與關(guān)閉，用于檢測(cè)路燈好壞。利用手機(jī)APP實(shí)時(shí)監(jiān)控路燈的工作狀態(tài)。在手機(jī)APP上對(duì)路燈相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：對(duì)冬夏制開啟/關(guān)閉時(shí)間的設(shè)置（能夠隨時(shí)查詢）、對(duì)白天開啟需要的光敏度閾值的設(shè)置以及對(duì)人或車靠近路燈距離的設(shè)置。在手機(jī)APP上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電量監(jiān)控，選擇電源計(jì)劃。

2 軟件設(shè)計(jì)

太陽能智能控制系統(tǒng)中軟件編程主要包括嵌入式系統(tǒng)編程、服務(wù)器端編程、手機(jī)APP 編程三部分。管理人員在手機(jī) APP 上通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用戶登錄、時(shí)間控制路燈開閉、手動(dòng)控制路燈開閉（同時(shí)檢測(cè)路燈的好壞）、自動(dòng)控制路燈開閉（同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器設(shè)備管理）、太陽能電池板實(shí)時(shí)電量數(shù)據(jù)監(jiān)控。其界面設(shè)計(jì)如圖5所示：

圖5 手機(jī)APP界面設(shè)計(jì)

太陽能路燈智能控制系統(tǒng)分為四個(gè)部分，一是時(shí)間控制，是管理人員通過手機(jī)或電腦對(duì)太陽能路燈的開啟與關(guān)閉根據(jù)時(shí)令進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，并能夠隨時(shí)進(jìn)行查詢?cè)O(shè)定的相關(guān)參數(shù)。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能路燈開啟與關(guān)閉時(shí)間上的智能控制。二是手動(dòng)控制，管理人員可以通過手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)太陽能路燈的開啟與關(guān)閉。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能路燈的近端控制，從而降低了管理街道路燈的難度，并且可以檢測(cè)太陽能路燈的好壞。三是自動(dòng)控制，通過超聲波傳感器和光敏傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)太陽能路燈自動(dòng)開啟。主要實(shí)現(xiàn)太陽能路燈的智能開閉。四是實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控太陽能電池板的實(shí)時(shí)電量。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)測(cè)按照功能分為了根據(jù)時(shí)間設(shè)置實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉功能測(cè)試、根據(jù)白天光線設(shè)置實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉功能測(cè)試、根據(jù)冬夏時(shí)制設(shè)置實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉功能測(cè)試、根據(jù)超聲波檢測(cè)人與路燈距離實(shí)現(xiàn)路燈智能開閉功能測(cè)試、數(shù)碼管及LCD屏的顯示功能測(cè)試、太陽能電池板的逐日控制功能測(cè)試以及手機(jī)軟件測(cè)試部分，各個(gè)部分測(cè)試功能均達(dá)到了預(yù)期的要求，為太陽能逐日路燈的應(yīng)用提供了開發(fā)設(shè)計(jì)思路。

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