智能路燈

　　智能路燈又叫智能化路燈，或者智慧路燈、智慧照明，是采用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，對(duì)城市公共照明管理系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)，實(shí)現(xiàn)路燈集中管控、運(yùn)維信息化、照明智能化。

　　目前廣州中國(guó)科學(xué)院軟件應(yīng)用技術(shù)研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)“廣州軟件所”）在這領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先水平，在國(guó)內(nèi)有大量的實(shí)施案例。由于傳統(tǒng)路燈的弊端：如能源浪費(fèi)嚴(yán)重、管理手段單一、信息化水平低下、缺乏故障主動(dòng)報(bào)警機(jī)制、故障燈位置難以發(fā)現(xiàn)等一系列問(wèn)題。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)很多城市都已經(jīng)開(kāi)始采用智能路燈技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)路燈進(jìn)行改造。僅2012年的《廣東省推廣使用LED照明產(chǎn)品實(shí)施方案》就提出：廣東全省道路、公共場(chǎng)所、政府機(jī)關(guān)、國(guó)有企事業(yè)單位等財(cái)政或國(guó)有資本投資建設(shè)的照明工程以及南沙、前海、橫琴等新規(guī)劃建設(shè)的新區(qū)要求一律使用LED照明產(chǎn)品，根據(jù)方案，珠三角地區(qū)要力爭(zhēng)在2013年底前，東西北地區(qū)在2014年底前，普及LED公共照明，帶動(dòng)全社會(huì)普及LED照明，實(shí)現(xiàn)全省同比口徑下照明節(jié)能50%以上。智能路燈大有可為。

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市路燈的電能消耗大，利用率低，效能不高。而隨著人們的環(huán)保節(jié)能意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，提供一種減少照明時(shí)間并且節(jié)約用電，而且還可以降低管理支出的智能型路燈對(duì)城市建設(shè)顯得極為重要。因此路燈采用光能發(fā)電，采用低功耗高亮度的LED燈，運(yùn)用ESP8266WIFI模塊進(jìn)行系統(tǒng)的組網(wǎng)的控制，實(shí)現(xiàn)手機(jī)或者其他移動(dòng)平臺(tái)的控制。此方式解決了傳統(tǒng)路燈控制方式不靈活、管理維護(hù)困難和電能資源浪費(fèi)的實(shí)際問(wèn)題，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、系統(tǒng)運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為路燈管理提供高效實(shí)用的解決方案。整個(gè)的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是由遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，為路燈控制管理提供了先進(jìn)實(shí)用的解決方案，可實(shí)現(xiàn)路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的智能化、信息化、低成本的目標(biāo)，對(duì)改善路燈管理，提高節(jié)能控制成效有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用宏晶科技公司產(chǎn)的STC12C5A60S2的單片機(jī)芯片作為主控芯片，采用2路HC-SR501紅外人體傳感器實(shí)現(xiàn)覆蓋270度的探測(cè)范圍。路燈主電源采用一面單晶硅高效率太陽(yáng)能板發(fā)電板，結(jié)合鋰電蓄電池組，升降壓供電模塊，可滿足控制板及路燈主體供電需求。

　　外部電源設(shè)計(jì)

　　太陽(yáng)能采光電路采用一路步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接太陽(yáng)能板，并運(yùn)用兩路光強(qiáng)采樣模塊，實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)光強(qiáng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證采光效率最大化。

　　內(nèi)部電源設(shè)計(jì)

　　蓄電池采用ANJING公司的12V7AH電池，通過(guò)一路LM2596降壓電路將12V降為5V，供STC12單片機(jī)以及ESP8266模塊工作，另一路采用XL6009升壓電路將12V升為18V供路燈驅(qū)動(dòng)電路工作。

　　光線強(qiáng)度采樣電路

　　光線強(qiáng)度采樣電路主演采用龍信達(dá)LXD3537B，其靈敏度高，工作穩(wěn)定，響應(yīng)光譜在350nm到750nm，配合10K分壓電阻及濾波電阻組成，通過(guò)STC12單片機(jī)得AD采樣端口讀出采樣點(diǎn)電壓，并計(jì)算出光強(qiáng)。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　每個(gè)路燈模組的硬件包括8266WIFI模塊，太陽(yáng)能發(fā)電模塊，蓄電池供電模塊STC12單片機(jī)中控模塊，LED驅(qū)動(dòng)電路模塊及路燈實(shí)體六個(gè)模塊組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

　　圖1

　　STC12C5A60S2單片機(jī)為宏晶科技公司開(kāi)發(fā)的單時(shí)鐘單片機(jī)，是高速。低功耗，抗干擾超強(qiáng)的新一代單片機(jī)。內(nèi)部集成2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250KB/S）。片上集成1280字節(jié)RAM。其工業(yè)級(jí)工作溫度范圍-40～+85C。

　　ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透?jìng)髂K，擁有業(yè)內(nèi)極富競(jìng)爭(zhēng)力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，可將用戶的物理設(shè)備連接到Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。ESP8266硬件接口非常豐富，可支持UART、IIC、PWM、GPIO、ADC等，適用于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合。最大傳輸速率為：460800bps。ESP8266支持STA/AP/ STA+AP三種模式。

　　LED電源驅(qū)動(dòng)電路：

　　本智能路燈系統(tǒng)采用恒流驅(qū)動(dòng)方式，選用集成驅(qū)動(dòng)芯片GM9910B進(jìn)行驅(qū)動(dòng)路燈工作。GM9910B是一款平均電流模式而且恒定控制的IC芯片。使用降壓拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)LED路燈。GM9910B輸出電流精度可達(dá)+/-3%，無(wú)需回路補(bǔ)償或側(cè)面電流感應(yīng)，該IC芯片的特色在于其通過(guò)間斷模式（HICCUP-MODE）電流限制來(lái)實(shí)現(xiàn)LED路燈短路保護(hù)，線性調(diào)光輸入和可輸出PWM調(diào)光策略。GM9910B允許10-500V的寬電壓輸入，大于90%的效率。輸出電流由10MA-1A以上。工作頻率可達(dá)300KHZ。

　　 系統(tǒng)調(diào)光控制

　　路燈自檢

　　路燈自檢體系指到路燈開(kāi)啟時(shí)間段后，路燈亮度不足或無(wú)法亮起，自檢體系開(kāi)始工作。自檢系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)來(lái)自LED路燈光源的光強(qiáng)信號(hào)，當(dāng)光強(qiáng)低于設(shè)定值時(shí)，可判定路燈已無(wú)法正常工作，并反饋故障信息。

　　 自主調(diào)光

　　路燈正常通電工作后，系統(tǒng)可預(yù)設(shè)光路燈常亮值（默認(rèn)PWM輸出占空比為30%）。

　　當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度小于50LUX時(shí)，路燈系統(tǒng)正常通電工作。

　　當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度在50-150LUX時(shí)，路燈系統(tǒng)采用PWM調(diào)光方式。

　　當(dāng)路燈系統(tǒng)感應(yīng)人體經(jīng)過(guò)時(shí)，系統(tǒng)輸出PWM占空比為70%，并長(zhǎng)亮至人體信號(hào)消失。

　　當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)大于300LUX時(shí)，路燈系統(tǒng)關(guān)閉，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)正常工作。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　 系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

　　路燈是整個(gè)路燈控制的核心節(jié)點(diǎn)。ESP8266模組負(fù)責(zé)上位機(jī)與控制核心（STC12C5A60S2單片機(jī)以及其他驅(qū)動(dòng)模塊）的指令連接。首先，系統(tǒng)默認(rèn)初始化上位機(jī)操作端和節(jié)點(diǎn)控制端，并由ESP8266模塊自行組織客戶端與子服務(wù)端實(shí)現(xiàn)總-分連接。隨后程序進(jìn)入中斷循環(huán)，并實(shí)時(shí)檢測(cè)是否有來(lái)自上位機(jī)操作端的指令數(shù)據(jù)，并根據(jù)外界環(huán)境實(shí)現(xiàn)自我控制。

　　 路燈終端程序設(shè)計(jì)

　　路燈終端是為了實(shí)現(xiàn)各子部分信息的傳遞。路燈光線采集控制，來(lái)自上位機(jī)操作端的控制，自我控制。路燈自行加入控制網(wǎng)絡(luò)，并監(jiān)聽(tīng)指令信息，同時(shí)進(jìn)入中斷循環(huán)。

　　 操作軟件設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)控制軟件是基于JAVA編寫(xiě)而成的操作端，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議并結(jié)合安信可公司的ESP8266模組，構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。上電時(shí)，路燈系統(tǒng)控制端自動(dòng)初始化并搜索連接路燈系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，STC12單片機(jī)發(fā)送指令啟動(dòng)ESP8266模組。連接成功后，操作端可發(fā)送指令進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試各路燈系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間0.1KM以上可視范圍之間數(shù)據(jù)傳輸，運(yùn)行狀態(tài)良好。路燈運(yùn)用了先進(jìn)的路由搭網(wǎng)技術(shù)的智能路燈系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)低成本的控制，不僅免去路燈布線以及搭線的安裝成本，采用高效率的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，大容量蓄電池，大大節(jié)約電能的同時(shí)更加綠色環(huán)保，其高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提高了能源的利用率。智能路燈系統(tǒng)的控制終端可由手機(jī)端控制，解決了現(xiàn)有系統(tǒng)路燈的控制平臺(tái)的不便，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光，故障報(bào)警的多功能，具有應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。