集成多网络协议和动态调光的智能路灯控制系统

发布时间：2020-07-12 15:24

【摘要】：随着光电子技术的发展和物联网产业战略布局的不断加速,路灯的发展也因成为战略布局中非常重要的节点而得到了极大的重视并取得了飞速的发展。照明光源经历了高压钠灯到金属卤化物灯到如今的LED路灯,无论在照明效果还是在节约能源方面来说都取得了很大的进步。然而随着人对照明需求的不断提高,在路灯的控制方式上,传统的人工控制应变能力差,已经无法满足当今社会的需要:现今的路灯无法在雾霾及恶劣天气的情况下及时开灯会造成极大的安全隐患;不随着季节的变化而针对自然光进行光的亮度调节而造成能源的浪费……为了解决当前路灯系统存在的问题,本文提出了新的路灯的控制方式。加入了ZigBee和窄带互联网等多种网络技术和多种环境参数传感器,实现了多网络协议远程控制及动态调光。在每个路灯的终端设备和协调器设备中都加入雾霾传感器、光照度传感器、温湿度传感器等对环境参数进行采集并将数据打包传输到集中控制器,通过算法处理对路灯的开关及亮度进行控制,同时数据也会传输到PC客户端,扮演着环境参数收集接口的角色。此外光照度传感器还会对光源的照度进行监控,并和系统设定的光照度进行对比,如果在设定照明开启的时间内照度没有达到正常指标则判定为故障,可以此定位而便于维修人员维修。本文对所设计的控制系统进行了测试,测试了ZigBee组网的通信质量和丢包率,对NB-IoT进行了调试,对调光电路输出的PWM波进行了测试,主要模块的稳定性及准确性较好,具备进行稳定和准确数据传输的条件。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU113.666;TP273
【图文】：

工作图

中国计量大学硕士学位论文2 NB-IoT 技术及 ZigBee 组网技术本文所设计的多网络协议智能路灯控制部分涉及到的通信技术包括远程通信和近程通信两部分组成：远程通信是人机端与集中控制端的数据互通，是以NB-IoT 技术为载体实现的，人机控制端通过联网将指令发送到 NB-IoT 的服务平台，再通过其核心网、基站最终发送到路灯的控制终端，实现数据互传；近程通信是集中控制端与控制终端等之间的数据交互，采用的是 ZigBe 组网实现的。其中本文所说的集中控制端是由载有 NB-IoT 模块和 ZigBee 模块的路灯充当的，既是 NB-IoT 的终端又是 ZigBe 组网中的协调器。

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（2）海量接入。NB-IoT 再同一小区可接入的设备可达到 10 万个，完全切合“万物联网”的概念，其对低功耗、小数据量、低延时敏感度的支持使小区内小到垃圾桶都可以连入互联网。（3）覆盖深入。NB-IoT 的覆盖增益相比 LTE 提升 20dB 达到 164dB，不仅提高了覆盖的广度，还对室内、地下、山区、林场、医院等需深度覆盖的区域优化，应用范围更广。（4）低成本、低速率、低功耗。对于小数据量的设备其电池寿命可以做到几年，明显降低了成本，此外其模块部件价格较低，有利于大规模部署。在网络基站建设方面，NB-IoT 可直接部署于当前面临淘汰的 GSM 网络，且所占用的频段较小，可在短时间内实现全面部署。2.1.2 NB-IoT的网络部署NB-IoT 占用的带宽仅为 180kHz，在最初框架设计时便把其大小设定为与当前 4G 网中 1 个 PRB 相同，因此可以在当前网络中进行带内部署，此外还有有独立部署、保护带部署等方式[20]：

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11图 2.4 ZigBee 协议层示意图（3）网络层（NWK）：包含的功能是安全管理、信息中转、路由络管理，主要是对组网进行支持，主要对组网方式的控制，对设备的开、网络的搜索和建立、设备的维护等进行控制，设备的重启设置等提供的接口为 NLDE-SAP，为设备对象提供的接口为 NLME-SAP。（4）应用层（APL）：主要包括应用程序框架（AF）、应用子层（igBee 设备对象（ZDO）等对象，该层处在整个 ZigBee 协议栈的网络层[32]。其中的 APS 的功能是维系两个设备之间的绑定关系并完成其传递，同时设备在组网中承担的作用也是靠应用层来设定的。

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