李育博 王帥帥

（西藏民族大學信息工程學院，陜西 咸陽 712082）

隨著夜間照明系統(tǒng)及各種景觀設施不斷地發(fā)展，以往的人工排查設施及維護對相關部門是一筆耗時耗力的工作，缺乏有效的及時的預報故障排查機制，給相關部門造成了極大的經濟支出［1］。目前，隨著智慧路燈控制的不斷發(fā)展和更高效的智能端控制，既降低了成本也促進了節(jié)能減排。本文旨在設計一種新型的智能路燈管理系統(tǒng)。與目前市場上的傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)相比，該智慧路燈管理系統(tǒng)更符合現在城市需求，能源轉化率更高，也更符合我國基本綠色減排的基本國情［2］。

傳統(tǒng)的路燈模式已經經歷了二十余年的發(fā)展。從控制技術的角度來看，它經歷了定時控制，緯度和經度時間控制，照明控制，燈光控制和時間控制的組合。從各個方面來看，它已經經歷了本地控制和路燈環(huán)路監(jiān)控兩個階段，并且正在朝著單燈遠程監(jiān)控的方向發(fā)展。在國外一些發(fā)達城市，基礎設施建設相對成熟，高新技術的應用更加完善。例如，圣地亞哥市2018年宣布，它將建立全球最大的智慧城市物聯網平臺，并采用通用電氣公司（GE）開發(fā)的CityIQ 解決方案，以改善城市街道的停車、交通和公共安全。現在我國“智慧城市”的建設發(fā)展迅速，越來越多的城市開啟了“老城改造，新城建立智慧城市”的方案［3］。

城市路燈監(jiān)控管理的最終目標是實現單燈級別的遠程智能控制，定點單燈排障，這就需要龐大計算量的支持，以及更加節(jié)能的傳輸方式，才能實現地區(qū)級別的全面調度和能源分配。智能路燈控制系統(tǒng)的普及不僅可以在改變路燈管理方式，減少人員投入，提高服務效率方面發(fā)揮根本作用，而且可以極大地促進城市夜景的建設［4］，更重要的是貫徹了我國綠色生態(tài)、節(jié)能減排的具體要求。

1 基于物聯網的城市路燈控制系統(tǒng)整體框架

1.1 整體框架

基于STC89C52 的智能路燈控制系統(tǒng)的設計與實現是多種物聯網技術構成的。該項目分為四層：應用層、平臺層、網絡層和感知層。該項目的各層功能作用如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的結構框圖

如圖所示各層之間的作用。

感知層：傳感器終端節(jié)點主要收集各種數據，將收集到的數據以簡單的封裝發(fā)送，接收數據并以此控制路燈狀態(tài)等功能；

網絡層：WiFi主要使用tcp/ip網絡通信協議，與平臺層通信，并通過串行端口與協調器通信［5］。通過無線模塊ESP8266與終端通信；

在平臺層：構建一個云服務器平臺，用來接收Web端發(fā)送的消息和WiFi上傳的數據，并執(zhí)行數據處理；然后將其發(fā)送給客戶端；

應用程序層：PC 端和Android 端通過指定的IP 訪問Web，并查看各種實時數據和控制路燈的狀態(tài)［6］。

1.2 功能模塊設計

基于物聯網的智慧路燈控制系統(tǒng)的控制模塊的功能設計主要分為兩點：

1.2.1 自動模式下，根據時鐘開關，在固定的時間段內開啟和關閉路燈，根據夏天晝長夜短，冬天晝短夜長，也可以根據環(huán)境變化，比如雨雪天氣溫濕度過大，亦或者PM2.5 值數過高，空氣質量指數過差，行人出行數量過少，適當的根據4 個檔位調節(jié)降低路燈的亮度和路燈打開的個數?；蛘吒鶕饷魝鞲衅鱽頊y定夜晚是否有行人車輛來調節(jié)燈的亮度或者定時開關以此來達到綠色節(jié)能的目的。

1.2.2 手動模式下，可以自由設置路燈的亮滅時間，也可以根據環(huán)境光的強弱，夜晚是否有行人車輛來調節(jié)燈的亮度共有4個檔位調節(jié)。按照功能劃分為五個模塊，分別是：數據采集模塊、終端節(jié)點模塊、網關模塊、云服務器模塊、web界面顯示模塊。

圖2 功能模塊劃分圖

2 基于物聯網的城市路燈控制系統(tǒng)設計

2.1 硬件設計

本系統(tǒng)的硬件總體設計由路燈節(jié)點模塊和網關模塊組成，路燈節(jié)點主要由以STC89C520 單片機、以及各種傳感器構成；網關模塊是由ESP8266 模塊構成。各個模塊相互鏈接、互相作用，傳感器收集數據，將其數據發(fā)送給單片機，單片機接收到返回的數據后，對整體的設計模塊進行處理和相應操作［7］。

圖3 硬件總體設計結構圖

2.2 軟件設計

本項目依據物聯網系統(tǒng)架構，將項目軟件設計實現分為四層：感知層、網絡層、平臺層和應用層。

在感知層中，溫濕度傳感器檢測路燈附近溫濕度并通過在單片機中處理打包后發(fā)送到串口通過網關模塊透傳功能發(fā)送給云端服務器，實現云端和終端的通信［8］。

在網絡層，用ESP8266 模塊作為終端和服務器的數據中轉站，把數據通過以太網上傳到云端服務器［9］。

在平臺層中，是WEB 和服務器之間的通信(共享內存實現)，平臺層服務器基于TCP/IP 協議實現和終端網關的通信［10］。

在應用層中，用戶可通過訪問相應網址更改路燈工作狀態(tài)和工作模式，可以再LCD 顯示屏顯示設置的開關燈時間。路燈總體流程如圖4所示。

圖4 路燈系統(tǒng)流程圖

3 基于物聯網的城市路燈控制系統(tǒng)測試

3.1 軟件系統(tǒng)測試

3.1.1 web界面顯示測試。Web終端界面顯示可以實時的顯示路燈狀態(tài)，環(huán)境質量，測試條件、目的及效果如表1所示。

表1 web界面顯示測試用例

3.1.2 路燈狀態(tài)測試。路燈狀態(tài)測試包括自動模式下的路燈狀態(tài)測試如表2 所示，手動模式下的路燈測試如表3所示。

表2 自動模式下路燈狀態(tài)測試用例

表3 手動模式下路燈狀態(tài)測試用例

4 結論

在整個設計實現過程中，單控燈光到遠程控制到各種傳感器在web 端實時顯示數據成就感十足，本次智慧路燈方案主要完成實現了以下幾個功能：

智能開關：每盞路燈獨立控制，可根據需要調整時間亮滅，減少能源消耗；

城市環(huán)境數據感知：空氣溫濕度，有害氣體濃度等信息采集,實施反饋到終端；

根據檢測出的有害氣體和溫濕度數據來控制路燈的亮滅和照射強度，比如下雨天、霧霾天氣行人出行少，可根據實施檢測來適當的降低亮度；

終端接收到數據并分析從而控制燈的亮滅和時間；

網關能夠把實時的將數據進行傳輸；

可視化的web 界面，用戶可以遠程調控，隨時查看各種數據信息；

現在我國正在加快節(jié)奏進行“智慧城市”的進程，而“物聯網”的發(fā)展是進行“智慧城市”發(fā)展的一輛快速的載具，“物物相連”的宗旨符合現在我國的發(fā)展理念，更極大的改善了傳統(tǒng)的效率低，資源浪費嚴重等不好的現象。而“智慧路燈”這樣的選擇和模式是“物聯網”的一個縮影，也是“智慧城市”的一個縮影，更是我國能源可持續(xù)發(fā)展的一個很大的趨勢，它可通過簡單的控制實現節(jié)約人力、節(jié)能減排的目的，可獲得極好的經濟效益。每個城市都缺少不了路燈這樣的“神經脈絡”，也希望該選題可以被大力推廣，可以為節(jié)能減排和智慧城市貢獻自己的綿薄之力。