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基于物联网的道路照明系统解决方案

1 导言

  跟着城市经济和规划的开展,各种类型的路途越来越长,机动车数量敏捷添加,夜间交通流量也越来越大,路途照明质量直接影响交通安全和城市开展。怎么进步路途照明质量、下降能耗、完结绿色照明已成为城市照明的关键问题。路途照明的首要任务是在节省公共动力的基础上,供给安全和舒适的照亮堂度,抵达削减交通事端,进步交通运输功率的意图。因为基础设备的条件所限,现在遍及短少路灯级的通讯链路,路灯操控办法一般只能对整条路途一致操控,无法丈量和操控到每一盏灯。本文依据物联网,规划了一种嵌入式无线路灯操控模块,完结了每盏路灯的无线自主组网,使每一盏路灯都能遥测和遥控,与路灯设备中的一些单元(如电子镇流器等)衔接,抵达路灯的亮度(或照度)在30%~100%无级可调,在确保路途照明质量、改进辨认牢靠和视觉舒适状况下,依据环境光强度和时段,节省电能20~30%。

  2 体系结构

  依据物联网路途照明体系的结构如图1所示,经过在每盏路灯嵌入一个无线通讯模块,使它们自组网络,承受操控中心的指令并将路灯的状况反馈给操控中心;HG-2操控箱选用ZigBee技能与所统辖路途的一切路灯通讯,选用GPRS与操控中心通讯,依据操控中心的指令或时刻和日照亮度对每盏路灯宣布操控指令(路灯敞开、封闭、照明度(功率巨细)等),主动调理整条路途的功率平衡;操控中心由服务器、大屏显现、CenterView中心操控体系软件渠道等组成,CenterView中心操控体系软件渠道选用3D规划,经过缩放改换以仰望的视点调查和操控到整个城市、一个大街、一条路途、乃至一盏路灯的照明状况;移动核算东西(笔记本电脑、PDA、手机)和路灯保护车也能经过操控中心进行长途遥测和遥控。

基于物联网的道路照明系统解决方案

  3 无线通讯模块

  3.1 模块规划

  无线通讯模块的MCU为Freesclae公司MC13213,MC13213选用SiP技能在9×9mm的LGA封装内集成了MC9S08GT主控MCU和MC1320x射频收发器。MC13213具有4KB的RAM、60KB的FLASH,具有1个串行外设接口(SerialPeripheralInterface,SPI),2个异步串行通讯接口(SerialCommunicationsInterface,SCI),1个键盘中止模块(KeyboardInterrupt,KBI),2个守时器/脉宽调制模块(Timer/PWM,TPM),1个8通道10位的模数转换器(Analog/DigitalConverter,ADC),以及多达32个的GPIO口等。如图2所示。

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  无线通讯模块选用ZigBee技能、IEEE802.15.4协议,通讯掩盖半径可达150m,能与在其掩盖范围内的任何路灯节点自组网络和进行通讯,除了完结路灯的物物相联以外,还具有调理电子镇流器的功率输出(30%~100%),完结节能和绿色照明,检测供电线路的电流、电压、功率因数以及、每一盏灯的作业状况,当发作毛病(如灯具损坏、灯杆碰击、人为损坏)时,实时向监控中心和相关部分报警等功用。

  无线通讯模块还进行了防雨、防潮、防雷电、防电磁搅扰规划,并充分考虑了装置便利、保护简略和可康复性(接入两根线就完结了路灯级的无线操控,撤除两根线又康复到本来的状况),能够嵌入在路灯的不同方位(灯杆底部、灯杆内、灯罩内)。

  3.2 通讯协议

  无线通讯模块的通讯协议如下:对照明施行按路段次序编号,经过指令转发和状况回来完结节点之间“手拉手”的通讯。指令转发机制:每个节点经过一个位示图结构来记载哪些帧现已被转发(位示图最多能够表明256帧),假如节点接纳到指令帧后,判别该帧是否现已被该节点转发,如已转发则丢掉该帧(节点只对收到的指令帧进行转发,对帧的内容不做修正),然后确保了以最快的速度操控一条线路,而且有用避免了某个节点毛病影响整条线路的作业;状况回来机制:指令帧发送抵达指定节点后,该指定节点则接纳该指令并当即回来状况;转发规矩:只要节点号比方针节点号小才转发,状况回来进程则相反。

  3.3 与中心监控的衔接

  一条传输通讯链路由若干个ZigBee节点组成,在这些节点的中心设置一个簇节点(一条路途能够设置1个或多个簇节点),其作用是以GPRS的办法与操控中心通讯(指令承受和状况回来),簇节点选用Freescale公司32位CodeFire系列MCF52223芯片作为操控单元,GTM900B(华为GPRS通讯模块)和EM770W(华为WCDMA的3G通讯模块)作为远距离无线通讯模。MCF5222x系列运用常用的V2ColdFire内核构建而成,在80MHz的频率下功用高达76MIPS(Dhrystone2.1),接口功用包含:1个MiniUSB接口,支撑USBOTG功用,3个2线串口,1个麦克风输入接口,1个HEADSET输入/出接口,1个HANDSET输入/出接口,1个8Ω/16Ω扬声器输出接口,1个132*96点阵LED,1个5*5按键键盘,支撑RTC、ADC、PIT&GPT、PWM等;GTM900B和EM770W则完结远距离的GPRS通讯。 

 4 操控中心软件规划 

  操控中心的软件规划渠道为Windows2003,开发东西是微软VisualStudio2005,数据库运用SQLServer2005,与地理信息体系相结合,在获取了大街、建筑物以及路灯的方位、形状等特征信息后,规划以路灯为主体的3维虚拟城市,在操控中心大屏幕上动态显现路途的照明作用,并能够经过平移,扩大,缩小等几许改换,调查整个城市、大街乃至每一盏路灯的照明状况。该软件主要有5个功用模块:体系设置、智能操控、电量核算、毛病处理和紧迫预案。体系设置中的区域设置有市,区,大街和电控箱4种;路灯设置有路灯的方位、类型、生产单位、施工单位、保护责任人,装置日期、清洗保护日期等;亮灯办法设置有全开,全关,单号路灯开,单号路灯关,双号路灯开,双号路灯关,1/3路灯开,1/3路灯关,1/4路灯开,1/4路灯关,智能操控等11种操控办法;时段设置可依据不同的城市不同的时节设置不一起段的亮灯办法;智能操控有两方面内容:针对装置了电子型路灯的路段,依据时节改变和天气状况,经过实时采样环境光强度,对路灯的照亮堂度进行智能调理;在夜间,特别是深夜当检测到轿车和行人的流量非常稀少时,在不影响辨认牢靠的状况下,恰当下降路途的照亮堂度,节省电耗;电量核算能对市,区,大街、电控箱乃至每盏路灯进行用电量的计算和核算;毛病处理是对灯具损坏、断电、断相、过流、过压、三相不平衡以及人为损坏等状况,在第一时刻向监控中心报警后敏捷生成毛病陈述;毛病处理的另一个功用是按路段和时段(年、季度、月)计算亮灯率、毛病率、每次毛病处理的功率(均匀修补时刻);紧迫预案是对一些突发事件拟定度紧迫预案,在特别状况下,尽可能供给适宜的路途照明,确保公民生命财产的安全。图3是操控中心软件的运转界面之一。 

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  5 实践运用

  物联网的路途照明体系自2009年5月以来,在某国家级工业园区进行了装置和测验,装置环境为同一条路途两头的各100盏路灯,路途左面的100盏路灯选用无线传感智能操控,共添加本钱24600.00元公民币,路途右边的100盏路灯选用惯例的操控办法(深夜后单双号距离开灯18:30~6:30),测验成果如表1所示。

基于物联网的道路照明系统解决方案

  从表1中能够看出,选用物联网的智能操控,经过实践测验,物联网操控的100盏路灯在91天中,节省电能15925度,一般状况下在产品投入的半年内就能够回收悉数出资。电耗下降有以下几个方面要素:敞开封闭时刻的调整,路途右边的路灯操控办法是依据时节设定开闭时刻(守时操控)而且是全功率开全功率闭,路途右边的路灯操控办法是环境光强度和时节主动操控开闭时刻,敞开时,因为路面上尚有较强的环境光,路灯以补光的办法作业,逐步添加照明强度,路灯封闭操控相似;深夜操控形式,因为深夜时企业与居民用电负荷削减,低压电网电压升高,惯例操控办法下的路灯(路途右边)反常亮堂、眩目,往往形成过度照明,不只大大添加耗电,一起也导致灯具、电器实践运用寿命敏捷下降,很多添加保护量和保护费用,深夜操控形式(路途左面),选用降功率照明,不光下降耗电,还能改进路途照明质量和视觉舒适度,延伸灯具、电器的实践运用寿命;路途照明的智能操控,对有校园、居民密布的小区、路途转弯处、事端多发地带等特别路段,恰当进步照亮堂度,其他路段则恰当下降照亮堂度。

  选用物联网智能路灯操控后对毛病主动侦测、报警具有实时性好、牢靠性强各项长处,极大地缩短了由人工定时巡查检测的时刻和劳动强度。 

  6 结语 

  先进的路途照明不光能够进步城市的形象、进步交通运输功率,削减交通事端,还能节省很多的公共电能耗费。但关于大多数城市,因为短少的必需基础设备(路灯级的通讯链路),无法完结先进操控办法,物联网(物联网)呈现和运用,有用地处理以上问题,本文依据无线传感网络,挑选Freesclae公司MC13213芯片,规划了一种嵌入式无线通讯模块,使整条路途的每一盏路灯自主联网,运用Freescale公司的MCF52223芯片、华为公司的GTM900B和EM770W作为长途通讯模模块,完结了路灯的遥测、遥控,对节省公共资源,建造数字化和节省型城市有较高的实践运用价值。  


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