基于物联网的智慧路灯系统设计.pdf

基于物联网的智慧路灯系统设计

摘要：照明系统作为一个小区必不可少的公共设施，必然会成为小区智能化
发展中的重要一环。以重庆主城为例，目前大部分生活小区的公共照明仍然没有
实现智能化控制。例如楼栋大厅、小区主干道、小区支路、楼层走廊等照明仍然
是按点照明，而不是按需照明，经常出现，天亮了，路灯依然开着，或者对于部
分小区支路，夜间基本很少有人行走，但是路灯仍然通宵点亮的情况。这样的人
工照明控制，不仅不利于物业管理，不利于提升人们的生活质量，同时也会造成

电能的大量浪费

关键词：物联网技术；智慧路灯系统；ZigBee技术；管理云平台

引言

路灯系统对于城市基础设施建设具有重要的意义，为了避免传统城市照明系
统粗放化管理以及运维效率低等问题，要结合智能化、信息化处理升级手段建构

更加合理的路灯系统设计体系，从而满足绿色照明的环保要求。

1智慧路灯设计现状

智慧路灯的设计和建设，能够有效地提升城市发展整体水平，从根本上解决

了传统路灯存在的能源浪费问题，为人们的生活提供方便。

1.1秩序性相对比较差

由于我国在智慧路灯方面的设计、研究以及建设工作发展比较晚，当前国内
的管理系统和秩序存在混乱问题，缺少合理经营规划，造成前期的设计和规划工
作难以实现实际的设计和规划目标，影响了智慧路灯发挥应有的作用。由于具体
的实施部门也无法与后期维护部门之间实现有效沟通，无法保证智慧路灯真正发
挥出实际作用。此外，根据相关的调查可以发现，当前在我国的多个城市中，依
然存在路灯故障反馈不及时、故障解决不彻底等问题，巡检方面也会由于技术上

的限制，造成一定资源浪费。
1.2智能数据分析水平较低

在信息化不断发展的背景下，当前计算机技术的不断发展，为人们生活带来
了巨大变化，各种通信技术有效提升了人们的生活、生产质量。在智慧城市的背
景下，当前智慧路灯正处于不断发展的阶段中，其在智能分析数据方面的能力能
够直接影响智能化水平。根据当前我国的路灯系统设计情况，在管理、设计落实、
后期维护等方面依然存在明显的问题，如大部分工作都需要人工完成、无法及时
对照明信息实施计算和评估等。影响路灯系统中电量统计分析工作，造成路灯系
统智能化水平比较低，阻碍了智慧路灯设计水平的提升以及智慧路灯系统的有效

发展。

2智慧路灯系统总体框架

服务部分主要由智慧路灯杆体、通信部分、基础部分、供电部分、增值服务
部分、传感通信部分与定位部分组成。①智慧路灯杆体：主要起承载作用，将各

功能模块集成到杆体上，使其可更好地进行协作；②通信部分：可集成5G微型
基站，实现网络的大范围覆盖，同时集成通信模块进行信息交互传输；③基础部
分：主要包括照明与监控功能，可根据环境自动进行灯的开关并调节亮度，通过
在每个路灯安装一个摄像头并调节各摄像头角度，从而在使用最少摄像头的情况
下，在最大范围内进行监控，以更好地满足人们需求；④供电部分：采用太阳能
供电模式，白天所储备的电量足够夜晚的消耗，以实现节能减排的目标；⑤增值
服务部分：可集成有偿的共享充电、充气服务，将剩余电量提供给道路上不具备

充电条件的人们进行充电，还可对车辆轮胎进行充气，极大地方便了人们出行。

3系统软件设计

系统软件架构可分为三层，底层驱动、中间件及应用程序。底层驱动动包含

STM32F103硬件抽象、传感器驱动，NB－IOT模组驱动。STM32F103硬件抽象，向
上一层提供相应函数的API接口，上层的中间件、应用程序，都可以通过调用
API函数来实现相应的操作。中间件包含MQTT协议栈、网络接口抽象层等，网络
接口抽象层对底层的网络驱动函数进行封装，向上提供统一的网络接口函数，从
而将应用层的代码与底层实际网络接口分开，当改变网络连接方式时，不会影响
应用层的代码，MQTT通过网络抽象层向下调用对应的网络驱动来完成网络数据的
发送和接收。应用层包括阿里云MQTT连接适配层和节点端业务程序，阿里云
MQTT连接适配层根据阿里云平台的要求依据用户提供的三元组信息构建相应的
MQTT连接参数和主题，再调用底层MQTT提供的API进行MQTT连接和通信。具体
实现过程中，系统分为夜间模式和非夜间模式，夜间12点到次日凌晨6点，系
统进入夜间工作模式，此时路灯除采集温湿度信息外，主要采集人体红外传感器
的数据，若有人经过，通过人体红外感应传感器可获取相应信号，此时控制路灯
自动点亮，当人离开路灯一定范围，通过检测到的数据控制路灯熄灭，这样路灯
就不会处于整晚点亮状态，可有效节省电能，若系统工作在非夜间模式下，此时
路灯除采集温湿度数据外，主要采集光敏传感器的数据，根据采集到的光照强度

对比设置的阈值，决定是否点亮路灯及是否调整路灯的亮度，实现按需照明。

4在云平台中接入节点端设