基于物联网技术的路灯节能系统研究--硬件部分[文献综述].doc

1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 基于物联网技术的路灯节能系统研究 -硬件部分 本次课题研究的是通过物联网技术，设计一种路灯无线控制方案，对信号的采集、无线通信、故障检测及亮灯驱动等电路进行设计和调试，并通过 GPRS数据传输网络实现对路灯模拟控制系统的智能化管理与监控，以及对路灯故障进行实时检测和故障位置报警。 一、 路灯节能照明系统的研究现状 近年来， 随着我国经济的快速发展 ,电力消费也随之快速地增长。电力资源已成为紧缺资源 ,而如何节能降耗已成为近年来研究的热点课题。 城市亮化作为形象工程的重要组成 部分，越来越被政府所重视，大量的资金投入进行建设和改造，使得我们

2、的城市夜晚变得灯火辉煌，绚丽多彩，但问题也随之而来，由于路灯线路分布面太广，不便于路灯管理及巡回检查，引起的能耗逐年攀升，由此产生的某些问题亦逐渐显露出来，如城市路灯的维护量增大，带来人员不足；维护费用增加，社会成本过高，电费支出过多，财政承担相对困难这些问题的产生无疑给当地的路灯管理部门的各方面工作带来很大的压力，急切加以解决。 同时近几十年来互联网获得了极大的发展， 已经成为人类社会和人类生活不可或缺的信息网络系统， 互联网下一个发展的 方向，向物联网也是一个重要的动向。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、

3、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接互动的物体或过程，采集各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。 二、路灯节能照明系统的研究意义 如何提高道路照明质量、降低能耗、实现绿色照 明已成为城市照明的关键问题。道路照明的首要任务是在节约公共能源的基础上，提供安全和舒适的照明亮度，达到减少交通事故，提升交通运输效率的目的。由于基础设施的条件所限，目前普遍缺少路灯级的通信链路，路灯控制方式一般只能对整条道路统一控制，无法测量和控制到

4、每一盏灯。这就要求除了具有高水平的照明设计和品质优良的照明设备以外 , 还要求有一套安全可靠、灵活多变的控制2 操作系统 ,才能保证良好照明效果的实现。而现代物联网控技术的发展为我们提供了一种解决以上问题的有效途径。基于物联网技术的路灯节能监控管理系统是现代物联网技术运 用城市市政建设中有效且必然的产物 , 实现了城市路灯系统的智能化集中监测、控制与管理。 三、 文献综述中的概况 参考文献 1中 针对我国在城市照明中存在的巨大能源消耗问题 ,现实了基于模糊控制算法的新型路灯智能监控与节能控制系统。这个系统详细分析了以 MC9S08QE64为主控元件的硬件电路 ,给出了智能路灯节能控制设计方案。

5、该系统具有稳压控制、软启动、自动启停、智能调压控制功能。 本文针对路灯端电压的控制进行了软件设计 ,对系统进行了仿真 ,验证了系统方案的可行性。 实验表明 ,智能路灯节能控制系统明显地提高了路灯的用 电效率 ,改善了功率因数。在节约能源、电力资源合理利用的今天 ,该装置有着十分广阔的社会和商业前景。 参考文献 2讲述了物联网技术及其应用，文中详细介绍了物联网的起源，物联网的发展历史，还介绍了物联网技术中的四大关键技术领域 RFID、传感网、 M2M、两化融合。此外本文还介绍了现阶段世界各国对物联网技术的战略和计划，最后简单举例了现实生活中运用物联网的实例，以及物联网技术面临的问题：资金和成本问

6、题、技术标准问题、产业化问题等。 参考文献 3讲述了一种基于物联网技术的厂区路灯节能技术的实例， 针对厂区路灯照明特点 ，基于物联网技术，设计了一种厂区路灯无线控制方案对信号采集、无线通信、故障检测及亮灯驱动等电路进行设计和调试，并通过 GPRS数据传输网络实现了对厂区路灯模拟控制系统的智能化管理与监控，以及对路灯故障进行实时检测和故障位置报警。实验结果表明系统运行安全可靠、节能，且控制模块体积小、安装方便。 参考文献 4和参考文献 5中介绍了另外一种路灯无线控制的设计方案，它的的系统结构如下图 1所示。 3 通过在每盏路灯嵌入一个无线通信模块，使它们自组网络，接受控制中心的命令并将路灯的状态

7、反馈给控制中心；采用 GPRS与控 制中心通信，根据控制中心的指令或时间和日照亮度对每盏路灯发出控制命令（路灯开启、关闭、照明强度等），自动调节整条道路的功率平衡。 参考文献 6讲述了在本设计中采用的无线通信模块，监控中心与监控终端的通信方式采用 GPRS 公共通信网络。 GPRS 是基于 GSM 系统的无线分组交换技术 ， 具有传输速率高 、 实时性好及永远在线的特点 ， 而且 GPRS 通信按流量计费 ， 结合经济效益考虑以及物联网的发展趋势 ，可以 选用 GPRS通信方式。完成遥测、遥信和遥控。发生报警时通过短信传呼值班人员及时处理故障。而在各监控终端 , 每一个数 据采集器和监控终端主

8、机 (一个变压器内 )的标准串口上都会配置一部 GPRS 终端 , 用于和中心进行数据交换。 参考文献 7和参考文献 8讲述了 MCU模块的选择，在文献 8中作者选用了 Atmega64芯片，它是 ATMEL 公司的 ATmega64 是一款高性能低功耗的 8 位微处理器 ， 数据吞吐率高达 1 4 MIPS /MHz， 具有 64 KB 的 Flash、 2 KB 的 E2PROM， 擦写次数可达 10 万次 ， 可用来存储路灯的各种设定参数和状态信息 ， 直接驱动液晶显示模块 ， 并带有多路输入输出口 ， 方便与键盘 、报警器等输入输出 装置连接 ， 且编程简单 。可 作为集中控制器和单元

9、控制器中的 MCU 模块 。Atmega64 是基于增强的 AVR Risc 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器， 64K 字节的系统内可编程 FLASH， 2K 字节 EEPROM， 4K 字节 SRAM， 53个通用 I/O 口线， 2 个 USART。 参考文献 9讲述了故障诊断及仪表检测技术的发展 ,该技术的发展促进以先进技术手段进行故障诊断技术、工业防爆技术、无损检测技术和智能网络监测管理系统等技术的迅速发展。将传统的事后维修变为故障预报 ,整机在线维及事前损伤检测。在线工作状态 的监测以及常规故障机理的综合分析研究 ,对故障进行事先诊断分析 ,为现代工业降低生产成本提供了重要

10、途径。精确的诊断能帮助做出正确的决策 ,进行紧急地修复和抢救。 参考文献 10基于水下矢量声场的研究，讲述完成这一设计一个最为基本的问题是 : 需要有高效、可靠的系统 , 能够完成对矢量声信号的处理、采集与长时间记录存储 。 从而方便对矢量声场的分析 , 亦或进行非实时的矢量信号处理。 文章正是在这样的背景下完成的。 文中介绍的信号采集存储系统是三维声矢量传感器信号记录仪的数字系统部分，主要介绍系统的构成与控制原理。 参考文 献 11中讲述了为保证整个通信网络 , 特别是机房设备安全稳定运行 , 现有设备厂家依据设备故障对系统影响程度提供不同等级的告警信号 ( 如声、光、语音等 ) , 以提醒

11、机房监控人员及时通过系统维护终端进行软维护或以不同方式 ( 电话、短讯等 ) 通知责任维护人员处理。这样 , 确保整个通讯网络系统 ( 设备 ) 安全运行 , 防止事故发生。文中详细介绍了声光报警系统的社会需求，以及该类报警系统的研究方案。这对本次的研究课题有一定的借鉴意义。 参考文献 12中讲述的是国外的一种提倡节能的方法，他们通过社会网络，增加人们的节 能行为。在具体的实行方案中，通过对广大人们的调研，总结人们各种节能的行为，又通过设计网站，在网站上宣传节能行为，提倡人们要节约能源，取得了很好的效果。 四、总结 先进的道路照明不但可以提升城市的形象、提高交通运输效率，减少交通事故，还能节约

12、大量的公共电能消耗。但对于大多数城市，由于缺少必需的基础设施 (路灯级的通信链路 )，无法实现先进控制方法，物联网的出现和应用，有效地解决以上问题，采用物联网技术构建的路灯模拟系统 ， 能实现对路灯科学的管理和智能化的监控 ， 同时系统的无线路灯控5 制模块体积小 、 价格低 ， 便于现 场安装与维护 。 经过实验调试 ， 系统运行安全可靠 ， 运行成本低 ， 监控方便 ， 能满足路灯的智能化控制要求 。 随着移动无线网络的发展和日益完善及其在物联网方面的投入 ， 相信这种控制方案在路灯的管理与控制上将会有广阔的应用前景 。 参考文献： 2 李文，物联网技术及其应用 J，福建电脑， 2010,

13、（ 9）： 47-82 4 卢秀和，王琦，陈军，城市照明智能调光方法的研究 J，电力电子技术， 2007， 41（ 10）： 34-36 5 浦敏，李云飞，王宜怀，基于物联网的无线照明控制系统 J，照明工程学 报， 2010,4， 21（ 2） :85-91 6 宋成艳，李杨，梅运华，基于无线通信的城市路灯监控管理系统 J,微计算机， 2007,23（ 2-1）： 19-222 7 Atmega64EB/OL,2011-10-16； 百度百科 8 唐小平，基于 ATmega64智能路灯控制器的设计 J，兵工自动化， 2009,28（ 5）： 73-80 9 王傲胜，曹晓蓉，故障检测综述 J，煤

14、矿机械， 2008,3,29（ 3）： 10 邹吉武 , 李想 , 孙大军，基于 MSP430单片机的信号采集存储系统 J，应用科技 2010， 10,37（ 10）： 14-16 11 耿建林 , 张英杰 , 章兢，通信机房设备故障集中声光告警箱的研制 J，计算技术与 自动化， 2004,12,23（ 4）： 75-77 12 Jennifer Mankoff1, Susan R. Fussell3, Rachel Glaves, Catherine Grevet4, StepGreen.org: Increasing energy saving behaviors via social networks