基于物聯(lián)網(wǎng)智能控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)
邱法超，陳顯平，陳煒斌，鐘富生
（桂林電子科技大學機電工程學院，廣西 桂林541200）
摘要：為了使路燈照明更加高效、節(jié)能，以時鐘芯片、單片機、上位機、ZigBee無線通信模塊、北斗定位模塊、PWM控制器、輸入單元和環(huán)境監(jiān)測單元為核心設計智能路燈控制系統(tǒng)。根據(jù)輸入單元所輸入的當?shù)亟?jīng)、緯度，計算出該地天黑時間和天亮時間，以時鐘芯片觸發(fā)單片機中斷控制天黑開、天亮關。利用Zig Bee無線通信模塊、上位機以及北斗定位模塊組成無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)無線通信和故障定位等；利用PWM控制器控制占空比，實現(xiàn)路燈逐漸點亮和熄滅，避免了路燈瞬間亮滅而損壞路燈。
關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能控制；節(jié)能路燈系統(tǒng)中圖分類號：TP273
0 引言
路燈是人們生活中不可或缺的照明工具，然而傳統(tǒng)的人工控制比較麻煩，有些地域的路燈常開不關，造成資源的浪費，不符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，所以對路燈智能控制的研究不可怠慢。如今ZigBee技術逐漸成熟，廣泛應用于各領域，ZigBee技術和經(jīng)、緯度控制的結合可解決實際路況信息脫節(jié)、持續(xù)照明造成能源浪費的問題，以及無法有效監(jiān)控造成管理和維護困難等問題。本文以時鐘芯片、單片機、上位機、ZigBee無線通信模塊、北斗定位模塊、PWM控制器、輸入單元和環(huán)境監(jiān)測單元為核心設計智能路燈控制系統(tǒng)，實現(xiàn)路燈多功能控制以及方便維修。
1 基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能路燈系統(tǒng)
圖1為基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能路燈系統(tǒng)架構。主控中心通過無線通信網(wǎng)絡與一個或一個以上分控中心進行雙向通信，分控中心通過無線通信網(wǎng)絡與其他分控中心及一個或一個以上控制單元中心進行雙向通信。
控制單元中心分別設置在路燈上，包括數(shù)據(jù)處理單元、輸入單元、定位單元、環(huán)境檢測單元、脈寬調(diào)制單元、時鐘存儲單元和數(shù)據(jù)傳輸單元。
輸入單元的輸入鍵盤和液晶顯示器與數(shù)據(jù)處理單元的相應I/O口連接；定位單元的北斗或GPS定位模塊與數(shù)據(jù)處理單元的相應I/O口連接；環(huán)境檢測單元的光強檢測模塊通過放大電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后與數(shù)據(jù)處理單元的相應I/O口連接；脈寬調(diào)制單元經(jīng)穩(wěn)壓電路后與數(shù)據(jù)處理單元的相應I/O口連接；時鐘存儲單元附晶振電路，與數(shù)據(jù)處理單元的相應I/O口連接；數(shù)據(jù)傳輸單元經(jīng)過無線通信網(wǎng)絡與分控中心或其他控制單元中心進行雙向通信�？刂茊卧行陌ㄒ粔K備用可充電電池，在斷電情況下該電池支持系統(tǒng)續(xù)航工作。
環(huán)境檢測單元可根據(jù)需求增加模塊，如為檢測道路是否有車輛經(jīng)過，可增加磁阻傳感器模塊；為檢測道路是否有行人經(jīng)過，可增加熱釋電紅外傳感器模塊；為檢測行人或車輛的速度，可增加多普勒雷達測速模塊。
數(shù)據(jù)傳輸單元采用GPRS、3G、WiFi、ZigBee中的一種傳輸方式，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸單元采用ZigBee無線通信模塊。
為給行人和車輛提供足夠大的照明區(qū)域，熱釋電紅外傳感器的探頭結合使用了菲涅爾透鏡，使得有效探測距離增大到10 m。
2 時鐘芯片
實時鐘是電子控制和通信設備中的常用器件。本系統(tǒng)中，時鐘儲存單元采用DS1302。DS1302主要特性如下：①可以實現(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒的計數(shù)，采用涓流充電；②在時間格式方面，用戶可以根據(jù)自己情況采用12小時制或24小時制；③與控制中心（如單片機）之間采用同步串行通信，有3個口線：RES復位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時鐘線。
3 ZigBee的通信協(xié)議
ZigBee技術主要用于短距離和數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的各種電子設備之間的信息傳遞，其特點是：①設備的間距��；②所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量��；③設備體積小，不允許放置大的電源模塊；④在一定的范圍內(nèi)設備多，覆蓋比較廣；⑤用于設備的信息檢測和控制。
圖2為ZigBee的棧模型。包括高層應用規(guī)范、應用匯聚層、網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層。
(1)應用匯聚層可以實現(xiàn)業(yè)務的數(shù)據(jù)流匯聚和設備的發(fā)現(xiàn)等功能，將不同的應用映射到ZigBee網(wǎng)絡上。
(2)網(wǎng)絡層可以對相關的業(yè)務命名、尋址、搭建和維護結構拓撲，其中網(wǎng)絡層有自維護能力，可以減小用戶成本。
(3) IEEE802系列標準數(shù)據(jù)鏈路層分為LLC和MAC兩個子層。LLC層可以保證數(shù)據(jù)的可靠性、對數(shù)據(jù)包進行分段以及數(shù)據(jù)的傳輸；MAC協(xié)議可實現(xiàn)設備間設備的無線連接、維護和結束連接。
4結束語
基于物聯(lián)網(wǎng)智能控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)是以時鐘芯片、單片機、上位機、ZigBee無線通信模塊、北斗定位模塊、PWM控制器、輸入單元和環(huán)境監(jiān)測單元為核心設計的智能路燈控制系統(tǒng)。具有輸入功能，可以利用鍵盤輸入當?shù)氐慕?jīng)緯度并計算出日出日落的時間，使路燈日出而滅日落而亮；也可以利用PWM控制器控制占空比，實現(xiàn)路燈逐漸點亮和熄滅，避免了路燈瞬間亮滅而損壞路燈。其中的環(huán)境監(jiān)測模塊具有監(jiān)測人、車、測速以及對光照強度的功能，路燈系統(tǒng)功耗低，控制和維修方便，具有廣闊的發(fā)展前景。
