邱法超，陈显平，陈炜斌，钟富生
（桂林电子科技大学机电工程学院，广西 桂林541200）
摘要：为了使路灯照明更加高效、节能，以时钟芯片、单片机、上位机、ZigBee无线通信模块、北斗定位模块、PWM控制器、输入单元和环境监测单元为核心设计智能路灯控制系统。根据输入单元所输入的当地经、纬度，计算出该地天黑时间和天亮时间，以时钟芯片触发单片机中断控制天黑开、天亮关。利用Zig Bee无线通信模块、上位机以及北斗定位模块组成无线网络，实现无线通信和故障定位等；利用PWM控制器控制占空比，实现路灯逐渐点亮和熄灭，避免了路灯瞬间亮灭而损坏路灯。
关键词：物联网；智能控制；节能路灯系统中图分类号：TP273
0 引言
路灯是人们生活中不可或缺的照明工具，然而传统的人工控制比较麻烦，有些地域的路灯常开不关，造成资源的浪费，不符合我国可持续发展战略的要求，所以对路灯智能控制的研究不可怠慢。如今ZigBee技术逐渐成熟，广泛应用于各领域，ZigBee技术和经、纬度控制的结合可解决实际路况信息脱节、持续照明造成能源浪费的问题，以及无法有效监控造成管理和维护困难等问题。本文以时钟芯片、单片机、上位机、ZigBee无线通信模块、北斗定位模块、PWM控制器、输入单元和环境监测单元为核心设计智能路灯控制系统，实现路灯多功能控制以及方便维修。
1 基于物联网的节能路灯系统
图1为基于物联网的节能路灯系统架构。主控中心通过无线通信网络与一个或一个以上分控中心进行双向通信，分控中心通过无线通信网络与其他分控中心及一个或一个以上控制单元中心进行双向通信。
控制单元中心分别设置在路灯上，包括数据处理单元、输入单元、定位单元、环境检测单元、脉宽调制单元、时钟存储单元和数据传输单元。
输入单元的输入键盘和液晶显示器与数据处理单元的相应I/O口连接；定位单元的北斗或GPS定位模块与数据处理单元的相应I/O口连接；环境检测单元的光强检测模块通过放大电路，经A/D转换电路后与数据处理单元的相应I/O口连接；脉宽调制单元经稳压电路后与数据处理单元的相应I/O口连接；时钟存储单元附晶振电路，与数据处理单元的相应I/O口连接；数据传输单元经过无线通信网络与分控中心或其他控制单元中心进行双向通信。控制单元中心包括一块备用可充电电池，在断电情况下该电池支持系统续航工作。
环境检测单元可根据需求增加模块，如为检测道路是否有车辆经过，可增加磁阻传感器模块；为检测道路是否有行人经过，可增加热释电红外传感器模块；为检测行人或车辆的速度，可增加多普勒雷达测速模块。
数据传输单元采用GPRS、3G、WiFi、ZigBee中的一种传输方式，本系统的数据传输单元采用ZigBee无线通信模块。
为给行人和车辆提供足够大的照明区域，热释电红外传感器的探头结合使用了菲涅尔透镜，使得有效探测距离增大到10 m。
2 时钟芯片
实时钟是电子控制和通信设备中的常用器件。本系统中，时钟储存单元采用DS1302。DS1302主要特性如下：①可以实现年、月、日、星期、时、分、秒的计数，采用涓流充电；②在时间格式方面，用户可以根据自己情况采用12小时制或24小时制；③与控制中心（如单片机）之间采用同步串行通信，有3个口线：RES复位、I/O数据线、SCLK串行时钟线。
3 ZigBee的通信协议
ZigBee技术主要用于短距离和数据传输速率要求不高的各种电子设备之间的信息传递，其特点是：①设备的间距小；②所需要传输的数据量小；③设备体积小，不允许放置大的电源模块；④在一定的范围内设备多，覆盖比较广；⑤用于设备的信息检测和控制。
图2为ZigBee的栈模型。包括高层应用规范、应用汇聚层、网络层和数据链路层。
(1)应用汇聚层可以实现业务的数据流汇聚和设备的发现等功能，将不同的应用映射到ZigBee网络上。
(2)网络层可以对相关的业务命名、寻址、搭建和维护结构拓扑，其中网络层有自维护能力，可以减小用户成本。
(3) IEEE802系列标准数据链路层分为LLC和MAC两个子层。LLC层可以保证数据的可靠性、对数据包进行分段以及数据的传输；MAC协议可实现设备间设备的无线连接、维护和结束连接。
4结束语
基于物联网智能控制的节能路灯系统是以时钟芯片、单片机、上位机、ZigBee无线通信模块、北斗定位模块、PWM控制器、输入单元和环境监测单元为核心设计的智能路灯控制系统。具有输入功能，可以利用键盘输入当地的经纬度并计算出日出日落的时间，使路灯日出而灭日落而亮；也可以利用PWM控制器控制占空比，实现路灯逐渐点亮和熄灭，避免了路灯瞬间亮灭而损坏路灯。其中的环境监测模块具有监测人、车、测速以及对光照强度的功能，路灯系统功耗低，控制和维修方便，具有广阔的发展前景。
