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基于窄带物联网的智能路灯控制系统设计与实现

更新时间：2019-12-19 16:30:45 大小：3M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：窄带物联网智能路灯控制系统 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对目前广域物联网在路灯控制系统应用中存在能耗大、穿透能力弱、覆盖范围小等问题,设计基于窄带物联网技术的智能控制系统.系统以KL36为主控芯片,利用传感器采集光照强度、车流信息等参数,采用窄带物联网技术的信息传输方式把数据传送到客户端,对路灯进行智能化控制和管理.测试结果表明,窄带物联网技术在智能路灯控制系统中的应用,具有穿透能力强、低功耗、运行稳定、可靠等优点,而且有很强的实用性和推广价值.

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2019 ᴗ 1 15 ᶭ  
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Jan. 2019  
Vol. 42 No. 2  
现代电子技术  
Modern Electronics Technique  
172  
DOI：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2019.02.040  
基于窄带物联网的智能路灯控制系统设计与实现  
宋洪儒 1，2，王宜怀 1，杨 凡 1，3  
（1. 苏州大学 计算机科学与技术学院，江苏 苏州 215006；2. 铜陵学院 电气工程学院，安徽 铜陵 244000；  
3. 铜陵学院 数学与计算机学院，安徽 铜陵 244000）  
摘
要：针对目前广域物联网在路灯控制系统应用中存在能耗大、穿透能力弱、覆盖范围小等问题，设计基于窄带物联  
网技术的智能控制系统。系统以 KL36 为主控芯片，利用传感器采集光照强度、车流信息等参数，采用窄带物联网技术的信  
息传输方式把数据传送到客户端，对路灯进行智能化控制和管理。测试结果表明，窄带物联网技术在智能路灯控制系统中  
的应用，具有穿透能力强、低功耗、运行稳定、可靠等优点，而且有很强的实用性和推广价值。  
关键词：窄带物联网；智能路灯；通信模块；终端节点；传感器；软件设计  
中图分类号：TN915.5⁃34；TP273  
文献标识码：A  
文章编号：1004⁃373X（2019）02⁃0172⁃05  
Design and implementation of intelligent street lamp control system based on NB⁃IoT  
SONG Hongru1，2，WANG Yihuai1，YANG Fan1，3  
（1. School of Computer Science and Technology，Soochow University，Suzhou 215006，China；  
2. School of Electrical Engineering，Tongling College，Tongling 244000，China；  
3. School of Mathematics and Computer Science，Tongling College，Tongling 244000，China）  
Abstract：In allusion to the problems of large energy consumption，weak penetration capability and small coverage scope  
existing in the wide area Internet of Things used in current street lamp control systems，an intelligent control system based on  
the narrowband Internet of Things（NB⁃IoT）technology is designed. In the system taking KL36 as the master control chip，the  
sensor is used to collect the light intensity，traffic flow information and other parameters，and the information transmission mode  
using the NB⁃IoT technology is used to transmit data to the client，so as to intelligently control and manage street lamps. The  
test results show that the application of the NB⁃IoT technology in the intelligent street lamp control system has the advantages of  
strong penetration capability，low power consumption，and stable and reliable operation ，which has a strong practicability and  
promotion value.  
Keywords：NB⁃IoT；intelligent street lamp；communication module；terminal node；sensor；software design  
Things，NB⁃IoT）技术是新一代物联网通信技术，构建于  
0
引
言
蜂窝网络，与广域物联网相比，具有容量大、覆盖区域  
广、穿透能力强、生产成本低、功耗低的特点，应用到路  
灯控制系统有安全、可靠、节约成本等优点[3⁃6]。针对当  
前路灯控制系统存在的问题，本系统融合传感器技术、  
NB⁃IoT 通信技术及嵌入式系统软硬件设计技术，提出  
基于 NB⁃IoT 技术的新型智能路灯控制方案。其中，采  
用的 NB⁃IoT 技术是由苏州大学嵌入式系统与物联网实  
验室和中国电信共同研发，无线控制模块是实验室自主  
研发的 ZigBee 模块和 GPRS 模块。系统设计按照软硬  
随着建设节约型社会和智慧城市的发展需求，先进  
的照明控制技术具有很大的发展空间。目前路灯控制  
系统以采用分散手控和时控方式为主，按照季节变化手  
动调整设置统一的时刻控制路灯开关。该系统不能根  
据当时气象条件或车流情况自动调整路灯开关，也无法  
实时反映路灯设施的工作状态，对运行情况不能集中监  
视、记录和统计，还存在能源浪费、通信信号差、维护困  
难 等 问 题[1⁃2]。 窄 带 物 联 网（Narrow Band Internet of  
收稿日期：2018⁃04⁃09  
修回日期：2018⁃06⁃04  
基金项目：安徽省 2017 年高校优秀青年骨干人才国内外访学研修资助项目（gxfx2017115）  
Project Support by 2017 Domestic and Foreign Academic Visit Research and Training Project for Outstanding Young Backbone Talents of Colleges and  
Universities in Anhui Province（gxfx2017115）  
万方数据  
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件分层设计思想，设计出终端节点层、服务器层和客户  
端层的三层工作结构，结合 NB⁃IoT 技术可以实现城市  
路灯照明的点⁃线⁃面的智能化节能控制方式。控制系  
统的功能主要有：  
NB⁃IoT 技术将接收的数据通过无线网络发送到服务器  
层，最终经服务器传输到客户端层。同时也可以将客户  
端层发送的控制命令通过服务器层、GPRS 网络和协调  
器传递给 ZigBee 网络，再由 ZigBee 网络发送到各个单灯  
终端，从而实现对路灯的智能控制。  
1）通过传感器实现对光照强度、车流信息、路灯故  
障等数据的采集。  
2
终端节点设计方案  
2）将采集到的数据信息进行处理，选择路灯的工  
作模式，并利用 NB⁃IoT 无线通信技术将数据发送到服  
务器，在客户端上显示相关信息。  
终端节点结构如图 2 所示，在路灯终端节点设计方  
案中，微控制器是终端主控芯片主要接收各个模块发送  
的信息，根据信息的情况判断模块的工作状态，并发出  
相应的控制命令。ZigBee 模块负责传感器数据的采集  
和短距离无线数据传输。电源模块包含太阳能电池板  
和蓄电池两部分，主要向微控制器、GPRS 模块和 ZigBee  
模块提供工作电压。光敏检测模块主要负责采集外界  
的光照强度信号，微控制器根据接收到的光强信号控制  
路灯的亮度。同时，还能判断路灯是否处于正常工作状  
态，方便路灯的维护工作。红外线传感器模块用于感应  
路面行驶车辆的情况，在不好的天气或夜间时段，根据  
红外线传感器检测该路段车辆的行驶情况，来调节路灯  
的亮度。电压/电流检测模块用于检测主控芯片及其他  
模块的电路是否处于正常工作状态[7⁃8]。报警电路的作  
用是当其他的模块出现故障时，能及时地发出报警信  
号，向远端的客户服务层发出报警，便于路灯控制系统  
的管理和维护工作。  
3）根据客户端信息的显示情况，实现对路灯的远  
程控制和日常维护管理，达到节能的目的。  
1
控制系统组成及工作原理  
智能路灯控制系统按照工作层次结构，可以分为三  
层：客户端层、服务器层和终端节点层。智能路灯控制  
系统如图 1 所示。  
图 1 智能路灯控制系统  
Fig. 1 Intelligent street lamp control system  
图 2 终端节点结构  
终端节点层主要有单灯终端、ZigBee 网络、协调器  
和 GPRS 网络组成，功能是控制和检测路灯的状态，接  
收并执行 GPRS 网络发送的各种控制命令。服务器层  
是负责监听服务器端口，将终端节点层发来的数据进行  
收集，并存储在数据库中，根据数值的改变来发出相应  
的控制命令，把相关信息发送到客户端层。客户端层主  
要以数据库 SQL Server 为基础，采用 B/S 模式的城市照  
明管理软件，提供实时路灯控制、状态显示、故障报警、  
数据统计、报表生成等功能，实现路灯智能管理工作。  
控制系统基本工作原理是：在数据的远程传输中采  
用的是 GPRS 网络的 NB⁃IoT 无线通信技术，在底层信息  
采集与控制采用 ZigBee 网络。单灯终端内含有控制系  
统需要的各种传感器进行数据采集，经过主控芯片数据  
处理，通过 ZigBee 网络将采集到的各类数据发送到协调  
器，再由协调器传送数据到 GPRS 模块，GPRS 模块利用  
Fig. 2 Structure of terminal node  
3
终端硬件设计  
3.1 微控制器选型与设计  
根据路灯控制系统的设计要求，考虑所用 I/O 引脚  
个数，要实现的功能要求以及开发成本等因素，微控制  
器选用恩智浦公司的 MKL36Z64VLH4 作为主控芯片，  
采用 3.3 V 工作电压。该芯片包括定时器、DMA、UART  
和 ADC 等模块，具有低功耗、高性能的特点，且能够满  
足设计所需功能[9]。I/O 分配表如表 1 所示。  
3.2 电源模块设计  
电源模块电路如图 3 所示，在图中 TPS709 系列芯  
片是低压降线性稳压器，输入电压范围为 2.7～30 V，输  
出电压范围为 1.5～6.5 V，其中 EN 引脚为高电平时，芯  
万方数据  

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