基于物联网技术的智能路灯维护系统的设计

钟丽 成都职业技术学院

基于物联网技术的智能路灯维护系统的设计

钟丽 成都职业技术学院

从物联网的兴起到现在的蓬勃发展不过短短的十几年的时间，其技术已经达到了一个相对成熟的阶段，各行各业都可见其身影。本文所研究的智能路灯维护系统也是基于物联网技术的，该系统是将RFID、传感器、GPS等物联网技术,通过信息处理和网络通信技术平台对数据进行实时的传输、监控、对比分析，并对夜间照明需求的响应，确保路灯照明系统的及时性和准确性。

智能路灯 物联网 维护 ZigBee 嵌入式

智能路灯维护系统，是基于互联网、物联网技术的深化应用，使用先进的信息采集、处理、流通、管理及智能分析技术，智能化地完成检测、授权等多项工作，实时及时地反馈路灯状态，突出流动监控，使信息能够快速及时反馈到后台，维护人员能迅速到达现场，为使用方提供最高效服务，极大地降低人力资源和社会资源的消耗，最大限度的维护好夜间照明系统。

智能路灯维护系统的智能性体现在：整个监控的智能化，主动监控路灯与设备箱，主动分析、获取信息，实现整个过程的全监控；通过实时数据监控、对比分析，对路灯不断的优化，对夜间照明需求的及时响应；在大量基础数据和智能分析的基础上，实现城市路灯规划的建模仿真、预测，确保未来照明系统的准确性和及时性。

1 智能路灯维护系统的总体设计

智能路灯维护系统的不同环节需要不同的物联网技术支撑才能实现相应的功能，按照物联网的感知层、网络层和应用层这三个层次，其所用技术对应如下：在感知互动层主要实现的是物体的感知和识别，需要使用到的典型技术有射频识别技术（RFID）、传感器技术和传感器网络技术；网络传输层主要应用到的是互联网技术和移动信息技术，实现相应的信息处理和网络通信；而应用服务层的各种应用实现主要基于M2M（Machine to Machine）技术及管理平台。

基于物联网技术的智能路灯维护系统由控制中心、路灯终端及它们之间的ZigBee通信网络组成。路灯控制中心平台负责所有信息的接收、整合、统计、分析和数据的处理，从而实现路灯的实时监控维护。

2 硬件设计

2.1 智能路灯维护控制设备组成

本文所论述的智能路灯维护系统主要包含以下几个部分：中央控制器、RFID射频识别模块、状态监测器（霍尔传感器、光线传感器）、无线通讯器、液晶显示屏。其结构图如图1所示。

图1 硬件组成结构图

2.2 主要部分功能

2.2.1 中央控制器

本系统中采用了STC89C52单片机作为中央处理器，STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是它做了很多的改进，使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，它拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，从而使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供了高灵活、超有效的解决方案。根据它的这些特点，本设计也选用了STC89C52芯片作为中央控制器。

2.2.2 RFID射频识别模块

射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）技术是一种采用射频讯号以无线方式传送数位资料的自动识别技术。在很多领域，都将RFID技术作为实现目标功能的关键，它也是本系统应用最核心的技术之一。在本设计中，RFID射频识别模块进行IC的数据读取操作，并上传至中央控制器和协调器。

2.2.3 状态监测器和传感器

状态监测器使用的是霍尔传感器，其英文名称为Hall sensor，是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，霍尔传感器又分为线型和开关型两种。线型霍尔传感器又可称为开环式线性霍尔传感器和闭环式线性霍尔传感器(又称为零磁通霍尔传感器)，主要包括霍尔元件、线性放大器和设计跟随器三大部分，用于测量交流电流、直流电流、电压。开关型霍尔传感器主要包括霍尔元件、差分放大器、稳压器、斯密特触发器、输出级组成，用于数字量的输出。在本设计中采用的是线型霍尔传感器，它主要用于实时监测各路灯的状态，并将对应的信号反馈至中央控制器和协调器。门磁传感器是用于监测终端设备箱的门的开关状态，即时上传至中央控制器和协调器。

2.2.4 无线通讯模块和显示

无线通讯模块作为终端设备的信号发生器和接收器，发送和接收重要数据和指令，并上传至中央控制器。本文采用的是CC2530，如图2所示，是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。液晶显示屏用于接收中央控制器的指令并显示出相应的信息。使用128x64的点阵LCD，可以显示4行汉字，采用串行接口与主处理器进行通信。实物图如图3所示。

图2 CC2530无线通讯模块

图3 硬件实物图

3 软件设计

本设计采用了C语言和VB进行编程，按照软件模块化的方式，将该系统整个实现的软件分成了上位机、无线通讯及中央控制三个模块，每个模块实现和硬件相对应的功能如图4所示。

图4 软件组成结构图

3.1 智能路灯维护系统的软件模块——系统底层代码

设备箱系统程序采用C语言程序编写，主要用来支撑起整个设备箱系统的正常运转，相对应实现的功能包括数据的发送和接收、RFID射频识别和传感器状态的监测这三个部分。

3.2 智能路灯维护系统的软件模块——系统通讯代码

通讯器系统程序采用ZigBee无线组网，主要用来对智能路灯维护系统的无线通讯器进行管理，其实现的功能是对无线数据的发送和接收。下面是无线接收和发送的部分程序。

3.3 智能路灯维护系统的软件模块——监控平台代码

监控平台系统程序采用VB.NET程序编写，作为智能路灯维护系统的上位机控制，相对应实现的功能是在后台接收、发送、读取、写入不同的数据至上位机的数据库。

3.4 主程序流程图

软件的模块化，可使思路更加的清晰，同时，也让读者更加容易理解。所以，本设计软件的主程序主要实现初始化和子模块的调用。主程序流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

3.5 监控界面

本设计的监控界面采用VB.NET程序编写，界面清晰、简单，所有信息也一目了然。其客服端界面如图6所示。

图6 监控界面

4 结束语

物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。目前在绿色农业的发展、工业的监控、公共安全监控、城市的管理和规划、远程医疗服务、智能家居系统、智能交通系统和环境监测系统等各个方面均有大量成功的物联网应用的案例。本设计将物联网技术应用于智能路灯维护系统中，使用了其核心的射频识别技术、传感器技术及ZigBee通信，并同时有效地体现了该技术实时跟踪、监控的特性，也达到了节能的目的。

[1]刘化君.《物联网技术》.电子工业出版社

[2]孙利民.《无线传感器网络》.清华大学出版社2005

[3]钱莹、凌云.《RFID中间件设计研究》.电脑与信息技术2008

[4]王营冠.《无线传感器网络》.电子工业出版社2012

[5]曾宝国,程远东.《RFID技术及应用》.重庆大学出版社2014

[6]王汝林.《物联网基础及应用》.清华大学出版社2011

[7]刘雯婕.《系统结构及发展》.通信管理与技术2009

钟丽（1978—），女，四川内江，成都职业技术学院，讲师，硕士，电子电路、微波技术。