基于无线智能控制的城市路灯系统分析

周道强

【摘 要】提出城市路灯智能单灯控制系统的通信技术。包括监控终端主机、ZigBee、电力载波 PLC、NB-IoT技术的应用。分析控制系统中的路灯监控中心、区域路灯控制终端、路灯节点控制器等组成模块。在阶段我国的城市路灯照明正在朝着智能控制的方向发展，本文就城市路灯照明的智能控制系统存在的优越性进行了总结，并就城市路灯照明的智能控制系统的构成和应用进行了分析。

【关键词】城市路灯;无线智能;单灯控制系统

路灯的照明已经成为体现城市化重要标志之一，而城市路灯的无线智能控制系统的完善是体现城市步入现代化城市的重要标志之一。城市的路灯照明已经是城市居民生活中不可或缺的重要组成部分，不管是清晨还是夜间的出行都离不开路灯的照明。因此，近年来，人们通过将研究对象集中在路灯的照明控制上，进而实现对路灯的智能管理。此外，智能单灯控制系统的应用，不仅降低了路灯能耗，且实现了对路灯的智能化监控，信息化程度大大提高，更加符合现代化城市的发展理念。

1 城市路灯智能单灯控制系统

1.1 控制系统的组成

智能单灯控制系统的实际作用就是实现对路灯的实时监控，通过给路灯安装监控设备，然后利用通信技术将监控信息传输至监控中心，从而实现对每个路灯的照明状况的管控。例如，在发现路灯的信息出现异常时，说明路灯出现了故障，这时再安排工作人员去对路灯进行检修，将大大提高路灯的维修效率。智能单灯控制系统的组成部分主要有三部分，分别是：路灯监控中心、集中单元和控制单元。其中最为重要的部分的是路灯监控中心，因为路灯的所有控制都是由监控中心执行的;集中单元负责通信任务，被安装在路灯控制柜监控点;而控制单元则负责数据整理，被安装在路灯里面便于收集数据。

1.2 智能单灯控制系统

城市路灯智能单灯控制系统的组织结构主要为层次式组织结构，它具有层层相关的特点，次一级的系统员工的信息被上一级保存，此外，它的紧密协调性让控制系统更加简洁。对于采用层次式组织结构的智能单灯控制系统来说，它主要包含了三部分，分别是：路灯监控中心、区域路灯控制终端以及路灯节点控制器。单灯控制系统的优点在于路灯是被节点控制器所控制，这样路灯的电压就可以受节点控制而稳定调节;区域路灯控制终端是管理和控制单元，负责监控整个区域的路灯;路灯监控中心是智能单灯控制系统的管控中心，所有区域均是由监控中心控制的。此外，GPRS 负责在区域之间负责通信，能够实现区域间的城市照明。

2 控制系统的通信技术

2.1 监控终端主机

监控终端主机主要负责监控中心和节点控制器之间的通信，通信分为上行和下行，上行和下行的通信方式有所不同。并且，上行和下行的通信连接处均位于监控终端主机。

对于上行的通信来说，主要是 GPRS 的通信方式;对于下行的通信来说，主要的通信方式有 ZigBee 通信技术、电力载波通信技术以及 NB-IoT 通信技术。此外，监控终端主机还能够收集路灯控制箱内的数据，可以通过电脑远程操作实现对路灯的控制。

2.2 ZigBee

ZigBee通信技术是双向无线的，其具有功耗低、成本低、容量大以及灵活等优点，但同时也具有通信距离短、容易受到同频无线电的影响、树形结构的稳定性差以及容易受到天气的影响等缺点。

2.3 电力载波 PLC

电力载波通信（Power Line Communication，PLC）技术媒介分为高压、中压以及低压三个部分，它的优点在于可以直接通过电力线传输数据或者语音，因此投资成本较小，回报率较高。同时也具有抗信号干扰能力弱以及通信成功率较低等缺点。

2.4 NB-IoT

NB-IoT 通信技术是一种新兴通信技术，不仅能够解决以往对单灯控制不及时、易受干扰等等问题，还具有覆盖广、速率低、成本低、能耗低以及架构优等优点。NB-IoT 通信技术是目前各大运营商的主流技术选择，具有较高的稳定性，节能效果明显。

3 城市路灯智能单灯控制系统的主要组成部分

3.1 路灯监控中心

路灯监控中心作为整个智能控制系统的核心部位，其所需要使用的设备也是足够多的，如打印机、交换机、计算机、收发器以及 GPS 时钟等等。每个设备所承担的角色也有所不同，如收发器的主要作用是负责通信，而标准天文时钟的接收工作，则是由GPS时钟负责。此外，路灯监控中心的软件配置主要两部分组成，分别是数据库管理系统、路灯监控管理应用软件包。不同的软件有着不同的作用，如其中的地理信息系统 GIS，它能够增强监控管理的可视化效果，在一定程度上体现了人与机器的相互作用。因此，只有这些设备和软件配置之间相互协同，才能提供更加安全可靠的智能单灯控制系统。

3.2 区域路灯控制终端

区域路灯控制终端能够将路灯节点控制器和监控中心相连接，相当于在路灯节点控制器和监控中心之间架起一座桥梁。区域路灯控制终端主要由四部分组成，分别是通信模块、机箱、电源模块以及电量采集控制模块。区域路灯控制终端负责一片区域内的路灯节点控制器，同时也能够对相应的路灯变压器进行管理和监控，这样便能够同时了解到路灯节点控制器和路灯的具体状況。

此外，无线网络通信技术的存在，让区域路灯之间的控制更为智能方便，并且，若某处路灯出现状况，可以通过控制系统及时感知并安排工作人员维修，真正实现了对路灯的智能管理，节能控制。

3.3 路灯节点控制器

路灯节点控制器能够对单灯进行监控，是智能单灯控制系统中的基本组成部分。路灯节点控制器采用模块式结构，其主要的模块有五类，分别是：控制模块、通信模块、电源模块、规则库模块以及测量模块。由于以往所使用的控制系统功能不够完善，所以无法应对不同环境、不同路面的照明控制，只能集中控制路灯，并且不能分区域进行控制，因此无法满足节能管理的目的。对于智能单灯控制系统来说，在每个路灯中均安装上节点控制器，便能够实现单灯控制的目的，再结合区域路灯控制终端便能够实现分区域控制路灯，节能效果显著。再加上节点控制器智能自主的特性，这让路灯节点控制器不仅能够实现单灯监控，同时还能够采集环境信息。

节点控制器特有的特性能够让其在路灯控制系统中具有诸多优点，如路灯节点控制器具有良好的电压调节能力，特别是在供电电压不足的情况下，它的调节能力能够快速稳定电压;并且，路灯节点控制器能够感知路灯亮度，可以通过控制路灯来调节其亮度从而实现节能。

此外，路灯节点控制器具有良好的故障检测能力;对于一些路灯照明强度不够时，还能够自动调节邻近路灯亮度实现亮度补充，真正实现对城市路灯的智能管控。

4 结语

城市路灯智能单灯控制系统的应用越来越广泛，它能够有效加强对路灯的管理，节能效果显著，智能化的管理大大降低了人力成本，实现了对路灯情况的实时监控，在更为方便管理路灯的同时也提高了经济效益。虽然城市路灯智能单灯控制系统在实际使用过程中难免会出现各种各样问题，但智能单灯控制系统独有的优势必将成为今后城市路灯控制管理的发展方面，只有国家和企业重视对智能单灯控制系统的应用，才能促进其相关技术的发展，推动我国现代化绿色照明工作的进步。

参考文献

[1]陈晓莉，王志铎.基于ZigBee的道路智能照明控制系统设计[J].现代电子技术，2019，42（12）：72-75.

[2]耿波.基于物联网技术的智能LED路灯控制系统研究[J].现代制造技术与装备，2019（07）：120-121.

[3]孙志勇，胥世真.基于窄带物联网NB-IOT的Led单灯监控系统设计与实现[J].科学咨询（科技·管理），2018（08）：65-66.