基于物联网技术的智能路灯控制系统设计

朱宝华

（江苏商贸职业学院，江苏 南通 226011）

基于物联网技术的智能路灯控制系统设计

朱宝华

（江苏商贸职业学院，江苏 南通 226011）

随着社会经济的不断发展，城市电力资源很大一部分都用在了城市路灯照明上，城市路灯的智能化程度反映一个城市的现代化水平。传统的路灯控制系统已经不能够满足现代城市发展的需要，城市智能化路灯控制系统的设计和研究是现代城市在照明控制方面发展的必然趋势。文章把物联网技术应用到无线通信的智能路灯控制管理系统中，对基于物联网技术的智能路灯控制系统进行了设计和研究。

物联网技术；智能控制系统；照明控制；无线通信；路灯

1 物联网技术发展

物联网技术是在互联网技术的基础之上进行扩展的网络技术。物联网以通信网和电网作为信息承载体，让具有独立寻址功能的对象可以实现信息的互通和交换。我国对物联网的研究相比欧美一些科技发达国家来说是比较晚的，在1999年我国启动了物联网技术的传感网研究，如今随着物联网技术的快速发展，我国从材料、加工到系统控制已经形成了完整的产业链，目前我国的物联网技术的发展和应用已经处于世界前列。物联网技术已经应用到智能电网、智能物流和智能家居等领域，把物联网技术应用到智能路灯控制系统中也是物联网技术新的应用。

2 物理网技术在智能路灯控制系统应用的意义分析

路灯作为城市建设必不可少的基础设施，直接反映一个城市建设的水平。目前传统的城市路灯照明系统中人工控制系统是最原始的路灯控制方式，路灯的开关需要人手动控制；时控控制系统是城市路灯控制中采用最多的控制方式，通过定时器定时功能来控制路灯的开关；光控系统使用较少，主要是在光照比较好的地方才使用，通过光的强弱对路灯开关进行控制。这些传统的路灯控制系统不能及时地把路灯能耗等相关的数据情况返回给控制中心，如果路灯出现故障了，维修人员也不能及时地对故障进行维修，所以传统的路灯照明控制系统已经不能够满足现代路灯照明系统的管理需求，传统的路灯照明控制系统比较落后，随着城市规模的不断扩大，传统路灯照明系统的在对路灯的管理方面存在严重不足，传统路灯控制系统不具有节能功能，电能能耗大比较大，路灯在维护上主要以人工巡视和维护方式为主，路灯出现故障随机性比较大，这样对路灯系统的维修维护效率比较低，传统的路灯控制系统对路灯开关的控制比较落后，所以对智能路灯控制系统的设计和研究是必要的。在路灯控制系统中引入物联网技术，采用智能化的控制模式，无论是在路灯的管理还是在维护上都有了很大的提高，基于物理网技术的智能路灯控制系统可以降低电能损耗，减少环境污染，在一定程度上也减少了政府部门的资金投入。路灯系统中引入物联网技术，实现了路灯控制系统智能化管理，与传统路灯控制管理方式相比，路灯系统管理效率高，路灯系统报警及时，基于物理网技术的智能路灯控制系统的通信介质采用交直流电线取代了传统的铺设电缆的方式，有线通信方式稳定，受外界因素影响小，对照明路灯进行分组管理，对路灯的照明时间可以进行智能化设置，对路灯照明系统进行远程控制，24小时全天获取工作数据，对路灯进行亮度的调节，降低了路灯使用过程中对电能损耗，延长了路灯灯具的使用寿命。

3 基于物联网技术的智能路灯控制系统总体设计

3.1 智能路灯控制系统总体结构设计

智能路灯控制系统在传统的路灯控制系统基础上建立了3层控制系统，第一层是LMS上位机的路灯控制系统，上位机路灯控制系统是整个控制系统的终端，为用户提供人机交互的用户操作界面， 通过各个功能模块实现对路灯的控制，根据具体要求实现路灯的自动开关控制和路灯亮度的控制调节。在系统中可以根据路灯控制系统开发的要求，添加相应的功能模块。第二层数据集中器，在智能路灯控制系统中，数据集中器通过无线网络通信媒介，和上位机的控制系统实现通信功能，根据上位机控系统的需要，把数据实时的传输到上位机控制系统中。数据集中器通过电力载波信号与下级的单灯控制器进行通信，对单灯控制器进行控制，完成对数据的收集和控制命令的发送，实现对路灯开关的控制和亮度的调节控制。第三层单灯控制器，单灯控制器在系统中控制相连的路灯，单灯控制器通过电子载波器实时的把收集到的单灯电流和功率等数据传输给数据集中器，单灯控制器使用唯一的标识码对路灯个体进行标识，标识码也是电子载波进行寻址的唯一标识。

3.2 硬件系统设计

智能路灯控制系统的设计要实现节能和实时控制功能，在满足日常路灯照亮需要的同时，通过对路灯进行亮度调节的控制实现路灯的节能，实时控制可以对路灯系统出现的异常数据进行判断，减少维修人员日常维修和维护的难度，也可以达到节约开支的目的。智能路灯控制系统硬件设计要完成以下功能的需要，第一在单灯控制器的设计上，对与单灯控制器相连的路灯进行功率、运行时间和亮度值等数据的测量，也可以增加光照感应器等有用的功能设计。第二在三相耦合器的设计上，我国路灯线路的设计都是以三相电为基础，三相耦合器的设计可以实现负载均衡，减少了线路设计的难度，帮助数据集中器把另外两相电的信号耦合到数据集中器上。第三在信号隔离器的设计上，智能路灯控制系统的硬件基础设施是以原有的硬件设施为基础建立的，信号的传输也是以原有硬件连接方式来实现的。路灯连接方式如图1所示。

图1 路灯连接方式

每一根线都是每一相电进行传输的主干线，灯节点代表输入的远端或者电流的终端，电力载波受到干扰小，但是随着原有线路的扩大，在与单灯相连的线路上安装了很多用电终端，这样造成信号干扰，为了避免信号干扰，在电力线干路上添加信号隔离器，信号隔离器连接方式如图2所示。

图2 信号隔离器连接方式

3.3 软件系统设计

在基于物联网技术的智能路灯控制系统软件设计中包括两方面，一是终端监测软件的设计，终端监测软件主要是安装在远端服务器上的，通过功能模块进行控制；二是通信模块，根据传输功能的特点设计的新模块。系统软件是和用户直接接触的应用终端，系统软件界面设计要简洁美观，根据用户的需要来设计控制界面。系统软件要实时的把操作人员的控制指令发送给各个硬件的设备层，实现对硬件的控制，还要把下层的数据信息发回到上层软件的控制系统。系统软件的设计开发都是Java Web技术开发的，Java Web技术是把Java技术应用到互联网中并和Web技术一起解决相关的问题。WEN技术包括两部分，分别是Web服务器和Web客户端，Java在客户端主要应用Java applet技术，Java在服务器端的应用主要是JSP和第三方框架，Java技术为Web提供技术上的支持。系统作为一个控制软件终端，在终端功能设计上的功能模块主要有路灯监控，故障报警、开关等计划和控制器管理等模块等，路灯监控功能模块显示每条街道路灯的基本信息以及每个路灯的运行情况。故障报警功能模块对故障信息进行记录然后进行上报，便于工作人员对路灯进行维护，工作人员可以按照自己的需要对报警信息进行检索等操作。开关灯计划功能模块在路灯的开关灯设置上更加灵活，以最小的时间为单位对时间进行配置，根据异常情况和季节的变化来调整开关灯计划。控制器管理功能模块可以实现系统对控制器的设置，对控制器的连接情况进行记录。

4 结语

随着现代化城市的发展，智能路灯控制系统是一个城市现代化发展水平的体现。基于物联网技术的智能路灯控制系统是物联网技术在新的应用领域的探索，是物联网技术在应用领域中的延伸。

[1]刘恒，汪光森，王乘. OFDM、扩频通信技术在电力线通信中的应用分析与仿真[J].继电器，2003（7）：41-46.

[2]张惠玲，王晓雯.城市道路照明设置与节能探讨[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2012（S1）：106-109.

Design of intelligent street lamp control system based on Ιnternet of things technology

Zhu Baohua
（Jiangsu Vocational College of Business, Nantong 226011, China）

W ith the continuous development of social economy, a large proportion of urban power resources has been used in urban street lamp lighting, and the intelligent degree of urban street reflects the modernization level of a city. The traditional street lamp control system can’t meet the needs of modern urban development. The design and research of urban intelligent street lamp control system is the inevitable trend of modern city in the lighting control. This paper has applied the Ιnternet of things technology to w ireless communication intelligent street lamp control management system, as well as designed and studied the intelligent street lamp control system based on the Ιnternet of things technology.

Ιnternet of things technology; intelligent control system; lighting control; w ireless communication; street lamp

朱宝华（1980－ ），男，江苏南通，硕士，副教授；研究方向：物联网应用技术。