基于物联网技术的智慧路灯系统设计与实现.docx

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基于物联网技术的智慧路灯系统设计与实现

任务书

论文（设计）基本要求：

本论文针对当前路灯的状态与环境信息未能实时同步，导致路灯调光不及时、不智能和不准确，造成严重浪费电能问题，研究环境变化与道路照明关系，提出了智慧照明控制系统，该系统以路灯节点控制器、集中控制器硬件电路和后台管理系统为基础，智能调光算法为核心，通过两者的结合实现城市路灯在不同环境下智能、精准调光，并达到节约电能目的。

以下为详细的论文结构。

第1章：

主要分析智慧路灯系统研究的背景和意义，并阐述物联网核心组成、架构及主要应用。

第2章：

主要讨论基于物联网的城市路灯智慧照明控制系统的需求分析及方案设计。

第3章:

主要介绍城市路灯智慧照明控制系统无线通信技术。

第4章：

主要完成本系统节点控制器的硬件电路的设计与实现。

第5章：

主要完成软件系统的设计。

第6章：

智慧路灯系统各项功能测试。

最后，对论文的工作进行总结，并提出更高的期望。

学生应遵循的学术规范：

1.增强历史使命感，树立正确的世界观、人生观和价值观，做一个与时俱进的新时代大学生。

2.坚持诚实守信、严谨求学、诚实做人、尊重科学事实，坚守学术道德。

3.尊重他人的知识产权，遵守学术刊物引文规范，在学术论文中明确表明引用他人成果与观点等内容；不剽窃、抄袭、篡改、伪造、泄露他人学术观点等违反学术规范与学术道德的行为。

4.践行学术道德，养成良好的学习、生活习惯，努力奋斗，用实际行动形成学风严谨的学习氛围。

5.探究真理、追求卓越，在探索科学和追求真理的道路上，锐意创新，奋力拼搏，努力把握科技前沿，创造有利于国家发展和社会进步的真知灼见。

论文（设计）研究目标：

智慧灯杆采用模块化结构设计理念，可根据不同需求，配置不同功能模块，具有很好的推广性和应用价值。

智能灯杆设计包括智慧照明、信息交互、一键报警等多种功能，另可根据实际需要增加物联网应用，不重复增加杆体，尽可能减少钢筋丛林的不良视觉。

通过智慧路灯的建设，可为城市提供智慧照明、信息交互、一键报警等功能，不仅更好地为辖区内公众提供网络便利，同时也更好的为辖区公众提供及时有效的惠民信息，提高人们安全保障和便民服务。

智慧灯杆建设可与城市规划和建设同步开展，有助于路灯外观和城市景观的和谐统一，打造符合地方文化特色和城市地域特征的城市景观，创造和谐、统一、美观的城市形象。

主要参考文献：

[1]蔡利平.基于物联网技术的智能路灯控制系统设计.成都：

成都理工大学.2012.

[2]车都.城市路灯智慧照明系统的设计与实现.哈尔滨工业大学.2014-06.

[3]王飞文.基于物联网的城市路灯智慧照明控制系统研究.南昌航空大学.2018-06.

[4]何沙.基于云平台的智慧路灯管理系统关键技术研究.北京邮电大学.2018-03.

指导教师：

年月日

教研室主任：

年月日

河北师范大学汇华学院本科生毕业论文（设计）开题报告书

论文题目

基于物联网技术的智慧路灯系统设计与实现

指导教师

课题论证

路灯作为城市建设中基础设施建设，它反映了一个城市的城市风貌，随着现代科技水平的提高，城市路灯照明系统逐渐成为了现代化的标志。

目前，在我国大多数地区对路灯的控制主要有三种控制方式：

人工控制、配电柜内的时控控制方式以及光控。

人工控制是效率最低的控制方式，路灯的开和关都是人工的手动控制来实现的；时控控制通过配电柜里的定时器定时地将现场的路灯打开或关闭；光控主要在光照偏好的地方使用，能根据光的强弱实现对灯的开、关，但在天气变化明显时，这样的控制显然不便。

一方面，这样的控制不能将现场有用的数据及时反馈给控制中心。

另一方面，若现场出现故障，作为线路的维护人员不能及时了解信息，而需相关人员反复巡视发现故障，这样对系统管理和城市照明带来的不利影响都是明显的。

这种落后的控制与管理方式已不适合我们现阶段路灯控制系统的管理，因此，我们需要一套先进的智慧路灯管理系统。

方案设计

在设计过程中，结合实际控制需要，主要实现以下几个功能:

精确控制：

任一盏、一路或某自定义组路灯的开关。

调光控制：

任一盏、一路或某自定义组路灯的调光。

状态查询：

查询路灯状态、电流电压、电量等数据。

定时控制：

定时控制如定时开关灯、分时段调光等。

数据采集：

大气颗粒物、温湿度、积水、光照等多种环境数据采集。

数据报表：

生成电能、亮灯率等分析曲线和报表。

故障报警：

对路灯故障、操作无响应情况显示报警。

线路防盗：

线路被盗时向监控中心报警显示被盗线路。

系统显示：

显示照明灯具系统组织结构及相关重要信息。

数据存储：

存储系统设备的执行历史记录。

维护拓展：

远程参数设置和维护及其它功能拓展。

进度计划

第一阶段：

手动控制。

通过手动闭合、断开电源的方法实现开关操作。

第二阶段：

时钟控制。

通过时钟模块实现定时开关灯，分时段亮灯。

第三阶段：

光敏控制。

通过光敏探头感知光线变化进行开关灯，可自动操作。

第四阶段：

集中控制。

系统采用CDMA通信技术，可远程控制任一变压器区域及单条线路。

第五阶段：

单灯控制。

在区域控制的基础上，利用ZigBee、CDMA和WSN等无线物联网技术，感知任意一盏路灯的电参数，可对任意一盏路灯进行开关、调光、查询等。

指

导

教

师

意见

指导教师：

年月日

教研室意见

教研室主任：

年月日

河北师范大学汇华学院本科生毕业论文（设计）文献综述

城市路灯系统是城市形象的重要标志，其智能化程度从一定程度上反映了城市的现代化水平。

由于传统路灯控制已不适应现代化城市发展要求，因此，设计节能高效、使用简单、维护方便的智慧路灯系统，是照明管理的必然需求。

基于物联网技术的智慧路灯控制系统的设计，是物联网技术在一个全新领域的延伸。

智慧路灯控制系统改变了传统路灯控制方式，方便了管理、实现了节能、提高了维护效率等。

所以说，物联网技术在路灯系统的研究中，其潜在的实用价值是具有时代意义的。

传统路灯系统有以下不足。

耗能巨大：

耗能大，在传统路灯管理系统中无一种灵活控制方式来实现节能；难维护：

路灯易随机发生故障，以现阶段人工巡视与再维修的方式显得效率低下；开关方式不灵活：

在恶劣天气时，需手动开关路灯，这样的控制方式显然不方便。

由于物联网是由大量的机器设备所构成，用户缺少对网内设备的有效监控和防护，而且设备数量庞大，根据物联网的自身特性决定了物联网不仅面临着传统互联网面临的基本安全问题，同时也存在着一些不同于传统网络安全的特殊问题。

物联网技术给路灯系统带来了智能化管理模式，它有灵活高效的管理、良好的人机交互和及时的故障报警功能，它的优势还是值得肯定的。

近年来物联网技术在各个领域发展迅速，如何将该技术很好地应用到智慧路灯中，对于方便人们的出行具有重要的意义。

本文在充分研究国内外关于物联网技术及现有的路灯的前提下，分析了现有技术的优势和不足，并构建了一个功能完善的智慧路灯系统。

河北师范大学汇华学院本科生毕业论文（设计）翻译文章

随着云计算技术的迅速发展，物联网技术也得到了极大的推广，智慧城市的概念已经从理论阶段逐步发展到了实现阶段。

将城市路灯纳入新型的城市物联网体系，运用最新的物联网技术，实现智能化照明控制的需求更加现实。

面向智慧路灯系统的标准还不明确，国内外相关技术还不完善，所以本论文对这一新的技术领域做了进一步的研究。

本文分析了智慧照明系统的发展趋势和现状，总结对于智慧照明系统的整体需求，总结出一套完整的系统体系结构。

路灯控制器通过ZigBee技术方式实现短距离无线组网，并由GPRS无线传输技术实现控制和状态采集数据的通信交互。

由于控制终端具有开放的控制接口，为实现远程路灯开关、定时运行等功能提供了技术基础。

本论文的重点是软件系统的设计和实现，针对软件平台，分析了软件结构和功能性需求，重点对路灯控制策略进行逻辑分析。

明确了系统关键流程，从系统体系结构、硬件与组网方式、软件技术架构、控制策略实现等方面进行了全面的分析设计。

基于TCP协议的消息通信管理软件，能够支持长、短连接通信，用于支持控制器与软件系统之间的通信连接和消息交互。

设计实现了后台运行的数据处理软件和对路灯工作状态的自动巡检。

在系统后台处理能力基础下，操作管理软件的功能更为，主要实现数据配置和系统管理功能。

在实际测试过程中，完成了对本系统软件模块的性能测试。

关键词：

智慧照明路灯照明控制实时数据处理无线组网

Withtherapiddevelopmentofcloudcomputingtechnology,theInternetofthingstechnologyhasalsobeengreatlypromoted,andtheconceptofsmartcityhasgraduallydevelopedfromthetheoreticalstagetotheimplementationstage.ThecitystreetlightswillbeincorporatedintothenewurbanInternetofthingssystem,andthelatestInternetofthingstechnologywillbeappliedtorealizethemorerealisticdemandforintelligentlightingcontrol.Standardsforintelligentstreetlightingsystemsarenotyetclear,andrelevanttechnologiesathomeandabroadarenotperfect.Therefore,thispapermakesfurtherresearchonthisnewtechnicalfield.

Thispaperanalyzesthedevelopmenttrendandstatusquoofintelligentlightingsystem,summarizestheoveralldemandforintelligentlightingsystem,andsummarizesacompletesystemarchitecture.Thestreetlampcontrollerrealizesshort-distancewirelessnetworkingthroughZigBeetechnology,andrealizescommunicationinteractionbetweencontrolandstatedatacollectionthroughGPRSwirelesstransmissiontechnology.Asthecontrolterminalhasanopencontrolinterface,itprovidesatechnicalbasisforrealizingfunctionssuchasremotestreetlampswitchandtimingoperation.

Thispaperfocusesonthedesignandimplementationofthesoftwaresystem.Aimingatthesoftwareplatform,itanalyzesthesoftwarestructureandfunctionalrequirements,andfocusesonthelogicanalysisofthestreetlampcontrolstrategy.Thekeyprocessofthesystemisdefined,andthesystemarchitecture,hardwareandnetworkingmode,softwaretechnologyarchitecture,controlstrategyimplementationandotheraspectsareanalyzedanddesignedcomprehensively.MessagecommunicationmanagementsoftwarebasedonTCPcansupportlongandshortconnectioncommunication,whichisusedtosupportcommunicationconnectionandmessageinteractionbetweencontrollerandsoftwaresystem.Thedesignrealizesthedataprocessingsoftwarerunninginthebackgroundandtheautomaticinspectionoftheworkingstateofstreetlamps.Basedonthesystembackgroundprocessingability,thefunctionofoperationmanagementsoftwareismore,mainlytoachievedataconfigurationandsystemmanagementfunctions.Theperformancetestofthesystemsoftwaremoduleiscompleted.

Keywords:

intelligentlightingstreetlightingcontrolreal-timedataprocessingwirelessnetworking

摘要

随着我国科技不断的发展，大数据云计算结算方式应运而生，为我国的居民生活水平提供了多方面的便捷。

与此同时传统的城市路灯人已无法满足居民的生活基本要求，及时快速进步的城市建设已从传统转变为现代智慧型城市，而且城市中路灯系统亟需从传统的城市中转变。

当前的基于物联网技术下的智慧路灯系统即将在未来的居民生活中发挥至关重要的作用。

目前我国传统的城市路灯，其控制方式存在智能化低下，浪费电力资源等问题，然而基于物联网技术的智慧路灯系统则可以从节能调光人工智能等角度进行综合发展，为未来的人们夜间出行提供了舒适的照明，目前智慧城市路灯系统，但主要是系统电路设计包括后台软件ZigBee和移动的APP等。

整个系统通过后台管理云端服务器及手机APP等连接而成。

在本文当中其主要内容有：

首先设计拥有光照强度和ZigBee组织网等电路，并且设计具有数据中转和远程通信的集中控制电路，进行数据开发分析与处理，地图定位以及故障报修的后台管理。

手机APP系统最后设计出可以根据不同地区不同时间，不同人流量、车流量来进行自动调光的智能调光计算法。

本文中创新点有:

针对城市的调光不及时及、智能化低等现象，发展出了智能调光的算法。

该算法首先支持最高的向量优减速度，采用函数进行调光模式，最后再利用该调控模式对各个不同道路的不同因素进行分析，以及分类从，后台系统中根据分析出来的结果下达调光了指令以及时调节路面光度，达到节能智能的效果，经目前系统测试的研究结果表明，采用了向无环图支持向量分类的算法来控制智能路灯系统，不仅仅在调控方面更加准确，集便捷，而且实现了整个系统的绿色环保节能。

关键词:

物联网智慧照明控制系统节能有向无环图支持向量机

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologyinourcountry,largedatacloudcomputingsettlementmethodemergesasthetimesrequire,whichprovidesconvenienceforthelivingstandardsofourresidentsinmanyways.Atthesametime,thetraditionalurbanstreetlamppeoplehavebeenunabletomeetthebasiclivingrequirementsofresidents.Thetimelyandrapidprogressofurbanconstructionhaschangedfromtraditionaltomodernintelligentcity,andtheurbanstreetlampsystemurgentlyneedstochangefromthetraditionalcity.ThecurrentintelligentstreetlightingsystembasedonInternetofThingstechnologywillplayavitalroleinthefutureresidents'lives.Atpresent,thetraditionalurbanstreetlampinourcountryhassomeproblems,suchaslowintelligenceandwasteofpowerresources.However,intelligentstreetlampsystembasedonInternetofThingstechnologycanbedevelopedcomprehensivelyfromtheperspectiveofenergy-savinganddimmingartificialintelligence,providingcomfortablelightingforpeopletotravelatnightinthefuture.Atpresent,intelligenturbanstreetlampsystemmainlyincludesthedesignofsystemcircuit.ZigBee,MobileAPP,etc.ThewholesystemisconnectedbybackgroundmanagementcloudserverandmobileAPP.Inthispaper,themaincontentsareasfollows:

Firstly,thecircuitwithilluminationintensityandZigBeeorganizationalnetworkisdesigned,andthecentralizedcontrolcircuitwithdatatransferandremotecommunicationisdesignedtocarryoutdatadevelopment,analysisandprocessing,maplocationandbackgroundmanagementoffaultrepairs.Finally,anintelligentdimmingcalculationmethodisdesignedformobilephoneAPPsystem,whichcanautomaticallydimlightaccordingtodifferenttime,differentpeopleflowandtrafficflowindifferentareas.

Theinnovationsinthispaperareasfollows:

Aimingatthephenomenonthatcitydimmingisnottimelyandintellectualized,anintelligentdimmingalgorithmisdeveloped.Firstly,thealgorithmsupportsthehighestvectoroptimaldeceleration,usesfunctiondimmingmode,andfinallyusesthismodetoanalyzethedifferentfactorsofdifferentroads,andclassifiesthem.Accordingtotheresultsofanalysis,thebackstagesystemsendsdimminginstructionsandtimelyadjuststheroadluminositytoachievetheeffectofenergy-savingintelligence.Theresultsofthecurrentsystemtestshowthatthesystemcansaveenergy.Thealgorithmofsupportvectorclassificationtoacyclicgraphisusedtocontroltheintelligentstreetlampsystem.Itisnotonlymoreaccurateandconvenientinregulationandcontrol,butalsorealizesthegreenenvironmentalprotectionandenergysavingofthewholesystem.

Keywords:

Internetofthingsintelligentlightingcontrolsystemenergysavingdirectedacyclicgraphsupportvectormachine

基于物联网技术的智慧路灯系统设计与实现

第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

城市路灯系统是城市形象的重要标志之一，它的智能化程度从一个层面上也反映了城市的现代化水平。

但是，目前全球化经济加快科技迅速发展，电力资源已成为全球范围内的紧缺资源，而且其主要消耗一部分在照明上。

其中各个城市之间的路灯照明系统便是电力消耗的主要原因之一，由于传统的路灯控制系统已不再适合未来智慧城市的发展。

因此，急需设计安全可靠、智慧节能的智能路灯照明系统，是在未来现代化城市发展中的必然需求。

近些年互联网技术已逐渐渗透到我国的各行各业中，但如何将物联网技术很好的应用在社会路灯系统当中，对于未来人们出行及节约能源有着深远的影响。

在本文当中充分研究了国内外有关于物联网技术来实现智慧路灯的案例，并且充分分析了现有路灯技术的不足，在此基础上构建了