基于物联网的智能路灯管理系统
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2017年第2期 信息通信2017 (总第 170 期）INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.No 170)
基于物联网的智能路灯管理系统
王朝清，张超，杨杰,蔡仁松，杨靖
(贵州大学电气工程学院，贵州贵阳550025)
摘要:针对城市路灯的管理设计了一种基于物联网的智能路灯管理系统。
该系统采用STM32F103为主控制器，nRF905 实现短距离通信，配以远距离通信模块、定位模块、传感器模块，实现根据路灯工作环境的变化对路灯进行实时的工作状 态调整，节能环保、便于管理，该系统适用于城市中多种道路的路灯控制。
关键词：物联网；智能路灯;STM32F103;nRF905
中图分类号:TM923.5 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017)02-0111-02
近年来，随着城市现代化建设步伐的加快,传统的路灯控 制存在着一些的问题，如电量浪费巨大、智能化程度低、通讯 稳定程度差、管理控制不方便、路面照度分布不均等。
因此,如何利用目前的科技手段来解决这些矛盾已经成为照明控制 领域里一个新的重要课题。
当前，物联网技术己经成功应用到各行各业，例如电子不 停车收费(ETC)、ZigB ee路灯控制系统、门禁系统等。
本文提 出了一种基于物联网技术的智能路灯管理系统，下层采用 NRF905射频通信和上层采用3G通信相结合的一种混合网络 结构，并利用GPS+北斗卫星双定位的方式建立路灯信息控制 管理数据库，实现将传统路灯改造升级为便于管理、高效节能, 稳定可靠、配置灵活的智能路灯系统。
1关键技术介绍
1.1物联网技术
物联网(Internet o f Things)指的是将无处不在的末端设备 和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施、视频监控系统等，通过各种通讯网 络技术实现互联互通、应用大集成、以及基于云计算的SaaS营 运等模式，在互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制, 提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联 动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线 升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现 对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化™。
1.2短距离通讯技术
在本次智能路灯管理系统中，节点路灯控制器与主控制 器的通信采用短距离无线通信技术，常用的短距离通信方式 有RF、W iF i、蓝牙等，考虑到抗干扰能力强的需求，拟采用 NRF905作为本次系统中的节点控制器与主控制器间通信的 模块。
1.3远距离无线通信技术
远距离无线通信技术最主要包括GPRS、3G、4G等几种,结合路灯管理系统数据传送量不是很大，且需要覆盖范围广 泛的问题，我们选用3G通信技术实现本地节点与远程控制中 心的通信。
1.4定位技术
定位技术指利用卫星等导航工具，确定物体所处的经纬 度，常见的有GPS定位和北斗卫星导航定位系统两种。
为了 使定位更加准确,在本次路灯管理系统中将利用北斗+GPS双 模定位。
2系统结构
基于物联网的智能路灯控制系统，由远程控制中心和本地节点控制器构成。
本地节点控制器与远程控制中心之间通 过远程通讯技术3G通信进行连接，以实现数据的传输;节点 控制器之间利用短距离通讯模块NRF905进行通信。
系统结 构如下图所示：
图1系统结构图
2.1远程控制中心
远程控制中心包括数据库和终端设备，数据库存储和分 析节点控制器上传的数据并对输出控制信号，工作人员和用 户可以通过终端设备查看数据以及对控制器下达指令。
2.2本地节点控制器
节点控制器分为节点组控制器和子节点控制器。
节点组 控制器硬件结构如图2所示：
图2节点组控制器硬件结构
子节点控制器是节点组控制器的下级控制器，其功能和 节点组拄制器相同，但是子节点控制器的通信方式只有短距 离通信。
2.2.1通信模块
系统采用的远程通信方式是3G无线通讯，模块型号为A6 m in i的无线数据传输模块,它有四个频段:850M H Z、900M H Z、1800M H Z、1900M H Z,平均待机电流3m A以下,功耗小。
短程 通信方式采用射频通信，采用NRF905短距离无线通信模块。
2_2_2 CPU模块
控制器采用的是型号为STM32F103的微处理器,32位低 功耗且集定时器、USB、U A R T等多种功能于一体的增强型微 控制器。
2.2.3传感器模块
在控制系统中传感器包括光照传感器、温湿度传感器和|灯坦1 |
n n n
.3C. N S F9N R F90S
,3R05N R P905
t r
1控制器|
______1
|控制器|i控制器i
______i
路灯1|■路灯2 ||路灯n|
|灯组n |
n n n
m〒N R P905
T
I路灯1||路灯2
HI
信息通信王朝清等:基于物联网的智能路灯管理系统
红外探测传感器，它们分别能进行实时的光照度的反应和通过 监测红外线波长区别行人和车辆，并根据程序要求对路灯进行 控制。
在此次的设计中,我们光照传感器采用型号为OSA4的 光照度变送器，工作电压为5-24V，测量精度为±3%FS°C ,测量 范围为(K200K L u x;温湿度传感器采用型号为AM2322的温湿 度一体传感器，温度测量范围为土0.3。
，湿度测量范 围为(K99.9%RH,±2%RH，工作电压是DC3.1~5.5V;红外探测传 感器采用的是热释电红外探头，型号为双元RE200B的红外探 头工作波长为7~14啤，工作电压是2.2-15V，视场为139〇x l26。
2.2.4定位模块
为保证定位的精确性，系统采用了北斗定位加GPS定位 的双定位方式。
将北斗系统和GPS系统组合使用，能够保证 在楼间恶劣环境下的准确定位气系统采用型号为U M220的 定位模块，定位精度:5m(2维均方根，允许广域差分系统)，工 作频率:1575.42 M H z,电源电压:5V±0.5V。
2.2.5电源模块
控制器的电源采用“风光互补、电池后备”的供电方式，这 样不仅能为系统提供稳定可靠的的电源，还能利用新能源技 术，既环保又实用。
在风、光能发电充足的情况下，对蓄电池 进行充电，在风、光发电不足的时候由蓄电池向系统供电，频 繁的充放电会对蓄电池带来一定的损伤，因此系统可选用型 号为CH-LDC/013的储能锂电池作为后备电源，额定电压: 11.1V，充电电流:3.3A,额定容量：llA h。
太阳能电池板可采 用60W多晶太阳能电池板，工作电压:18V,工作电流:3.3A系 统电压:12V。
风力发电装置采用额定功率为100W,输出电压 为12V的小型风力发电机。
2.2.6故障自检模块
系统采用的的路灯故障检测方式是通过监测路灯的工作 电流，并将工作电流与设定值进行比较，以此来判断是否故障。
故障检测用的电流检测元件型号为ECS06-05的电流互感器,测量范围为0〜25A,精度0.5%，输出电流为5m A。
3系统软件设计
3.1主控制器程序设计
主控制器是控制系统的核心，它可以对路灯进行控制并 将数据及时的传送到总控制端，同时接受来自控制端的命令。
当控制端需要查询控制器位置信息的时候，控制器开放定位 模块连接串口，获取位置信息并上传终端;若不需要位置信息, 则控制器根据传感器检测的实时数据对路灯进行控制，同时 将数据传输到终端。
节点控制器流程如图3所示。
3.2路灯故障自检程序设计
控制器程序对当前的路灯的工作状态进行查询，并与系
统设定的工作做状态进行比较，若路灯工作在设定状态，则路
灯正常;若路灯未工作在设定状态，则判定路灯处于故障状态,
此时控制器获取故障路灯的位置信息并上传给远程控制中心,
完成故障自检。
4系统实物
图4主控制器实物图
5结语
本文介绍了一种基于物联网的路灯控制系统。
该系统易
于实现，能够有效地收集路灯附近的各种信息，采集到的数据
较为齐全，处理器能够根据结果实时调整路灯工作状态。
对
于路灯管理系统合理使用电能、保护环境和降低运行维护的
成本有较大的帮助。
参考文献：
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[4]吴甜甜，张云，刘永明，等.北斗/GPS组合定位方法[J].遥感
学报，2014,18(5):1087-1097.
基金项目：大学生国家创新基金项目，贵大（省）创字2016 (012);贵州省工业攻关项目(龄科合G Y字[2013]3061号);贵
州省科学技术基金(龄科合J字[2013]2117号,LH[2015]7179);
国家自然科学基金(61640014) 〇
作者简介:杨靖(1973-)，男，汉族，四川，通信作者，贵州大学电
气工程学院，博士，贵阳市花溪区贵州大学新校区电气工程学 院，研究方向为无线传感器网络及应用。
112图3
节点控制器程序流程图。
