導(dǎo)語(yǔ)：城市路口燈光互聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：伴隨著智慧化城市的浪潮和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多智慧型產(chǎn)品涌向市場(chǎng)。針對(duì)城市路口照明不良的現(xiàn)狀，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一款城市路口燈光互聯(lián)系統(tǒng)，通過(guò)燈光互聯(lián)系統(tǒng)提高了路口照明的照度及其均勻度，從而達(dá)到增加夜間行車時(shí)路面亮度，進(jìn)而加強(qiáng)出行安全性的目的。希望本系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?yàn)榘l(fā)展智慧城市提供一份新的助力。

關(guān)鍵詞：路口；物聯(lián)網(wǎng)；燈光互聯(lián)；交通安全

21世紀(jì)以來(lái),我國(guó)正在加速經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的建設(shè),大量的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也正在逐步得到完善。隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，照明有關(guān)設(shè)施也逐漸發(fā)展起來(lái)，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代背景下，道路的智能照明是物聯(lián)網(wǎng)的必然趨勢(shì)[1]。經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)有些城市十字路口存在照明狀況不佳的情況，而且道路交叉口是人流車流交匯之地，道路環(huán)境復(fù)雜，是交通事故多發(fā)之地[2]。隨著城市化的進(jìn)程，如何在有限的道路路況條件下，借助有限的公共基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)造出最大化的交通體驗(yàn)是當(dāng)今智能交通管理系統(tǒng)需要去研究的方向[3]。智能路燈作為智慧城市建設(shè)的重要組成部分將發(fā)揮更大的作用，將城市路燈作為智慧城市的入口，可以解決城市日益增長(zhǎng)的公共照明規(guī)模與落后的傳統(tǒng)管理方式之間的矛盾[4]。針對(duì)城市路口照明不良的現(xiàn)狀，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一款由路燈、護(hù)欄燈和交通信號(hào)燈組成的城市路口燈光互聯(lián)系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)可以使路口照明獲得更好的照度及均勻度，從而進(jìn)一步的保障了車輛和行人的安全。

1方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要包括路燈、護(hù)欄燈、信號(hào)燈以及附屬功能部分。其中路燈、護(hù)欄燈和信號(hào)燈構(gòu)成互聯(lián)系統(tǒng)，附屬功能部分包括廣告投放、空氣質(zhì)量檢測(cè)、車流量檢測(cè)和應(yīng)急交通指揮部分。燈光互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)后，具有如下主要功能：（1）混合調(diào)光：利用傳感器對(duì)外界照度的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，不斷調(diào)節(jié)護(hù)欄燈的發(fā)光強(qiáng)度，與路燈形成混合照明，為路口提供充足的光照條件。（2）廣告投放：在護(hù)欄之間設(shè)置電子廣告屏，進(jìn)行一些商業(yè)或者公益電子廣告的宣傳。（3）空氣質(zhì)量檢測(cè)：在護(hù)欄和路燈上分別設(shè)置了空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊，對(duì)路口的空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行了立體式的監(jiān)測(cè)。（4）應(yīng)急交通職能：檢測(cè)交通信號(hào)燈是否正常運(yùn)行，若無(wú)法正常運(yùn)行則開(kāi)啟護(hù)欄上的應(yīng)急交通信號(hào)燈，代替原本的交通信號(hào)燈行使交通指揮的職能。（5）車流量監(jiān)測(cè)：對(duì)路口通過(guò)車輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而知曉路口的交通狀況。

1.1模擬分析

為更好的設(shè)計(jì)城市路口燈光互聯(lián)系統(tǒng)，對(duì)城市路口的照明情況情況進(jìn)行了仿真模擬。使用的光學(xué)軟件是DIALux，在對(duì)路口一比一的還原建模后，分別進(jìn)行了兩次分析，分別是無(wú)護(hù)欄燈和有護(hù)欄燈的情況下，路口模型如圖1所示。具體參數(shù)如下：路口模型總體大小為92.0m*88.0m，其中機(jī)動(dòng)車道總寬12.0m,路燈模型高為10.0m，相鄰的路燈間隔為19.0m,路燈到馬路中央直線距離為24.5m，護(hù)欄燈高為1.2m，相鄰護(hù)欄燈間隔為1.2m，護(hù)欄燈到馬路中央直線距離為20.0m，路燈所采用的是飛利浦的路燈燈具，型號(hào)為SGP619P-A11xSCON-TPP250W，光通量為33200lm，功率為276W，護(hù)欄燈的模型是自行設(shè)計(jì)，所采用的LED光源的總光通量為14000lm，總功率為157W路口模型建立完成后取路口中央一塊19.0m*19.0m的矩形平面作為計(jì)算平面，得到了點(diǎn)照度圖和等照度曲線圖，如圖2和圖3所示。圖2和圖3中(a)為無(wú)護(hù)欄燈的情況，(b)是有護(hù)欄燈的情況。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，在增加了護(hù)欄燈后，路口中央的照度值平均值從原本的33lx增加到了36lx，照度值得到了明顯的提升。從圖3可以看出，經(jīng)過(guò)護(hù)欄燈的輔助混合照明，等照度曲線分布更均勻，照度均值為35lx區(qū)域更大了，路口的照度分布均勻性得到了改善。

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件部分主要包括STM32F103ZET6，ZigBee模塊和傳感器模塊等，具體如圖4所示，其中STM32F103ZET6采用的是意法公司STM32系列中的一款應(yīng)用廣泛的芯片；ZigBee模塊的核心芯片是CC2530，該芯片集成了Z⁃Stack協(xié)議棧，極大的方便了自組網(wǎng)從而實(shí)現(xiàn)模塊之間的通訊；傳感器模塊主要包括了BH1750FVI光照傳感器模塊、GP2Y1014AU粉塵灰塵傳感器模塊和INA219電流監(jiān)控模塊等。1.2.1主機(jī)模塊主機(jī)模塊使用電腦作為上位機(jī)，CH340USB轉(zhuǎn)串口模塊將ZigBee模塊與電腦連接，電腦上有用Python編寫(xiě)的GUI界面，由護(hù)欄模塊和路燈+紅綠燈模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)將在界面上顯示（近、遠(yuǎn)地空氣質(zhì)量、車流量、信號(hào)燈狀況），同時(shí)還能在此GUI上對(duì)路燈的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖5所示。圖4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5GUI界面1.2.2護(hù)欄模塊護(hù)欄模塊主控芯片采用STM32F103ZET6，通過(guò)BH1750FVI光照傳感器模塊對(duì)外界光強(qiáng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)得到外界環(huán)境實(shí)時(shí)的照度值，利用PWM技術(shù)調(diào)節(jié)護(hù)欄燈的發(fā)光強(qiáng)度來(lái)將照度值維持在一個(gè)特定范圍內(nèi)。利用GP2Y1014AU粉塵灰塵傳感器模塊檢測(cè)近地空氣的PM2.5含量，此外使用紅外傳感器模塊對(duì)車流量進(jìn)行記錄，繼而通過(guò)ZigBee模塊將必要信息發(fā)送給主機(jī)。系統(tǒng)模型上護(hù)欄的廣告屏所用的是LCD觸摸屏，將所需顯示的廣告存儲(chǔ)在SD卡內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)由主控芯片進(jìn)行調(diào)用顯示。當(dāng)護(hù)欄收到信號(hào)燈故障的信號(hào)時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟應(yīng)急交通信號(hào)燈進(jìn)行臨時(shí)的交通指揮，直至原有的交通信號(hào)燈恢復(fù)正常。1.2.3路燈+紅綠燈模塊路燈+紅綠燈模塊采用的主控芯片同樣是STM32F103ZET6，為了模擬外界光強(qiáng)的變化，對(duì)路燈加入了PWM調(diào)節(jié)的功能，同樣是使用GP2Y1014AU粉塵灰塵傳感器模塊檢測(cè)遠(yuǎn)地空氣的PM2.5含量并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，INA219電源監(jiān)控傳感器模塊可以有效的探測(cè)紅綠燈線路中的電流變化從而判斷紅綠燈運(yùn)行正常與否。

2系統(tǒng)測(cè)試與分析

路口燈光互聯(lián)系統(tǒng)的實(shí)物模型如圖6所示，首先將系統(tǒng)連接電源，CH340模塊連接ZigBee模塊后插入電腦的USB接口，電腦上運(yùn)行用Python編寫(xiě)并且已經(jīng)打包好的exe程序，彈出一個(gè)GUI界面，GUI界面如圖5所示，GUI界面上已經(jīng)搜尋到當(dāng)前存在的端口號(hào)并自動(dòng)選擇，波特率使用默認(rèn)的15200，單擊建立連接按鈕，按鈕上文本顯示成功建立連接。打開(kāi)模型系統(tǒng)的總電源開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)穩(wěn)定后相關(guān)的數(shù)值參數(shù)將會(huì)在GUI上顯示。調(diào)節(jié)滑塊的位置，路燈亮度能夠跟隨滑塊位置變化而變化；為了維持亮度在一定的閾值內(nèi)，護(hù)欄燈的發(fā)光強(qiáng)度也隨著路燈發(fā)光強(qiáng)度的變化而改變，燈光互聯(lián)功能正常。同時(shí)TFT-LCD能夠不斷的更換顯示圖片，廣告功能正常。交通信號(hào)燈出現(xiàn)故障，GUI界面會(huì)顯示信號(hào)燈故障，應(yīng)急信號(hào)燈隨即打開(kāi)；如果交通信號(hào)燈故障解除，GUI界面顯示交通信號(hào)燈正常，應(yīng)急信號(hào)燈也隨之關(guān)閉。當(dāng)車輛駛過(guò)路口，GUI界面車流量數(shù)量自動(dòng)加一，實(shí)現(xiàn)車流量檢測(cè)功能。

3結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)從最初對(duì)路口燈光環(huán)境不良容易誘發(fā)交通安全這一問(wèn)題出發(fā)，響應(yīng)國(guó)家建設(shè)智慧城市的號(hào)召，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，立足于燈光互聯(lián)這一基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)改善路口燈光照明環(huán)境，為司機(jī)和行人提供了良好充足的照明，從而提高城市路口的安全性。路口燈光互聯(lián)系統(tǒng)是一個(gè)嶄新的多功能的基于物聯(lián)網(wǎng)的燈光設(shè)計(jì)，其還具有空氣質(zhì)量檢測(cè)、公益公告投放、車流量狀況采集以及應(yīng)急交通燈的功能。希望通過(guò)本路口燈光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，為我們國(guó)家智慧城市的建設(shè)和發(fā)展提供一份新的借鑒和參考。

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[4]徐暉.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能路燈系統(tǒng)[J].信息通信技術(shù),2018,12(04):47-52.

作者：徐舒成 謝春堯 張佳 杜文兵 鄭鈺婷 周朕 單位：江蘇海洋大學(xué)理學(xué)院