基于多传感融合路况信息重构系统的智能路灯

基于多传感融合路况信息重构系统的智能路灯

王雨薇

河北工业大学，天津300400

【摘要】在节能、物联网盛行的当下，本文提出一种基于多传感融合路况信息重构系统的智能路灯，并从功能介绍，实现原理，优势等的角度，对此路灯做分析。

【关键字】智能控制，物联网，节能，智慧城市

【引言】物联网技术以互联网、广播电视网和传统电信网等信息承载体，实现任何事物在任何时间和地点互联互通，在智慧城市和交通、智能农业和电网等领域具有广泛的应用价值【1】。

我国快速路具有历程长、没有或极少平面交叉口、提供城市中大量、长距离和快速交通服务等特点。但目前我国城市快速路照明存在耗电多、路灯功能单一的缺点。

基于此，我国急需一种耗能少并且能实现检测路况的智能路灯，实现路灯自我状态的调节，并且能将路况上传服务器，收集智慧城市数据，加快城市物联网进度。

【分析与讨论】

1.功能介绍

1.1.灵活控制：

1.1.1通过传感器实时检测周围环境，当外界光照条件较弱的时候才开启路灯的工作

1.1.2当检测到车辆时，路灯自动开启并延时一段时间，当车辆离开，路灯自动关闭

1.1.3多种工作模式可供选择，以适应不同的工作需要

1.2.基于物联网的通信

1.2.1可以大范围设定路灯工作模式：

通过的NB-IOT模块，我们可通过网络在大范围内设定路灯的工作模式

1.2.2路灯互联

在检测到车辆后，检测到车辆的路灯将信息通过Zigbee发送给周围路灯，提前将附近的路灯点亮，为车辆提供充足的照明。

1.3.数据收集

路灯会将工作过程中的一些基本数据收集起来，如每晚点亮次数、每个小时点亮次数等并在需要的时候可以将这些数据发送回控制中心供人使用

1.4.安全保障

1.4.1反应时间

通常驾驶员在视野范围内感知到目标需要0.4秒，而清晰辨认目标需要大约1秒钟

1.4.2安全视距

一般高速公路上的安全视距为150米至两百米

1.4.3路灯间距

路灯间距一般在35至45米之间

2实现原理：

2.1.系统分层

控制系统的三级结构

为了能够同时实现宏观的控制某一地区内路灯的工作模式，和在局部精确地点亮路灯，我们将系统进行了三级的分层，每一层都有着各自的功能与任务

2.2.传感器技术

2.2.1微波雷达

利用多普勒效应，可以检测到移动的物体，是最重要的传感器，用来检测周围车辆

2.2.2光敏电阻

可以检测周围光照亮度，并通过AO口发送相应的模拟量，接到微波雷达的CDS引脚上，用来控制其工作状态

2.2.3紫外线传感器

检测外界紫外线强度，即太阳光强度，当紫外线强度低于一定限度时，才会启动设备

2.2.4DS1302:时钟模块

让设备知道目前的时间，使其可以记录数据。在有的模式中也是控制路灯的关键参数。

2.3.物联网技术

2.3.1NB-IOT

NB-IOT作为基于窄带蜂巢网络的组网模块，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，其基站通信距离可达15km，并可提供10万个连接，但也有一定的网络延时，且通信速度较慢

3.3.2Zigbee

Zigbee属于自组网模块，具有单独的通信协议，组网灵活。其通信距离一般在百米以内，但因为自组网，没有网络延时，因此通信的实时性更强。

综合考虑了NB-IOT和Zigbee的特点，我们选择将这两种网络结合起来，由NB-IOT负责发布命令，而由Zigbee负责进行路灯与路灯之间的通信

2.4.工作流程

2.4.1导入硬件驱动并初始化硬件，入口出口位置路灯设定常亮

2.4.2模式检测，默认模式0，只有接收到更改模式的命令后才更改模式

2.4.3环境检测，当外界光照不足时才会开启设备，默认低功耗低照度

2.4.4检测车辆，综合多重条件决定是否开启路灯

2.4.5若符合开灯条件，则通过Zigbee将一定区域内的路灯调至高照度

2.4.6返回步骤3，并重复进行检测流程，直到外界光照充足

3优势

3.1成本分析

传感器部分：

紫外线模块：16元

光敏电阻：1.2元

微波雷达：2.2元

DS1302时钟：1.5元

物联网模块：

NB-IOT：50元

Zigzbee：20元

控制器：

STC12C5A60S2：21元

其他：

继电器：65元

导线、外壳等：10元以内

总计：187元（含NB-IOT）

137元（不含NB-IOT）

3.2预计节约电能

根据收集到的快速路耗电数据：

双向四车道每千米年耗电量达76212度；双向六车道年耗电86724度。夜间车流密度较小，若实际路灯使用率为50%，平均每千米快速路每年，即可节约40000度电。

若电价按照每度0.6元计算，则每年可节约2.4万元人民币。若路灯间隔按照35米算，则每千米共有路灯29盏，若按照一个NB-IOT节点搭配五个普通节点，则共有5个带NB-IOT模块的及24个带Zigbee模块的，成本为4078元

3.3优势分析

3.3.1成本与节能效果

成本低而节能效果好。因为快速路照明方面目前存在着大量的能源浪费，因此将浪费的部分消除后可以节约大量电能。

3.3.2工作稳定

应用场景精确定位在快速路的路灯控制中，排除了大量干扰项，使设备可以更加稳定地工作。

3.3.3符合未来智慧城市的发展方向

使用了传感器技术与物联网技术相结合的方式，并将两种不同的物联网网络相结合，是智慧城市未来发展方向的一种探索。

【结语】

智慧路灯作为智慧城市的基础设施，以路灯载体，将所检测到的路况信息转成数据传给云端服务器，在完成传递数据加快智慧城市建设的基础上，调节路灯自身开启方式，实现绿色、节能的效果。希望本作品能为人们提供更加舒适、便捷、安全、绿色的服务，进一步改善人们的生活水平。

参考文献

［1］许中璞，武威市凉州区应用智能控制路灯系统[J].电子技术与软件工程，2019