物联网技术在城市照明控制系统中的应用

方菲菲

摘 要：将物联网技术应用到城市照明控制系统中，充分发挥了城市照明控制系统的重要作用，实现了有效的监督管理，为城市照明系统的节能控制提供技术支持，具有良好的社会效益和经济效益。分析了物联网技术和Zigbee通信协议，阐述了物联网技术在城市照明控制系统中的应用。

关键词：物联网技术；城市；照明控制系统；Zigbee通信协议

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.137

随着现代化科学技术的快速发展，物联网技术的应用优势受到了人们的广泛关注。城市照明体现出了城市竞争力和科技实力，将物联网技术应用于城市照明控制系统中，可以远程控制和管理城市照明系统，节省能源消耗。近年来，很多城市在照明工程中投入了大量的资金和技术，在给人们带来便利的同时，城市照明的维护管理费用也在不断增加。在城市照明控制系统中应用物联网技术，能够优化和改进控制系统的结构，实现城市照明控制系统的节能性。

1 物联网技术和Zigbee通信协议

1.1 物联网

物联网是一种重要的信息技术，其名字有两方面的含义，一方面，物联网是以互联网为基础的，它是一种基于互联网进行扩展和延伸的网络；另一方面，物联网任何节点都可以延伸或者加入其他模块实现用户端的扩展，数据信息通信的稳定性比较高。在实际应用过程中，可以将物联网应用于多个领域，主要包括射频识别、红外感应和激光扫描等。按照标准的通信协议，可以实时建立与其他网络之间的数据连接，全面智能化地监控和管理网络节点。

1.2 Zigbee通信协议

Zigbee无线连接技术相对比较简单，能源消耗少、造价成本低，适用于近距离的无线网，特别对于物联网中的各种电子设备，在传输间接性和周期性信息数据时，它具有良好的应用价值，虽然传输速率不高，但是，相对于其他无线接线，其功耗比较低。近年来，Zigbee联盟和IEEE802.15.4工作组在多个领域积极推广这种无线连接技术。Zigbee联盟主要负责市场推广和高层应用，IEEE802.15.4工作组负责制订MAC层和Zigbee物理层通信协议，其他协议则采用当前的通信标准，便于不同生产厂家的通信设备之间进行互通互联。Zigbee通信协议以IEEE802.15.4协议为基础，具有完整的设备联网性能，全面支持簇状结构无线网络、网状结构无线网络和星状结构无线网络。由于它是网状结构的无线网络，所以，具有较高的系统完整性和可靠性，非常适合应用在城市照明控制系统中。例如，城市路灯之间的距离一般都在50 m以内，所以，可以将Zigbee无线传感器安装在每个路灯上，各个模块之间相互连接，通过GPRS网络实现城市照明控制系统与网络集中协调器之间的信息交换和数据传输。

2 物联网技术的应用

2.1 系统结构

在城市照明控制系统中应用物联网技术，不仅可以优化照明控制系统结构，还可以设置路灯信息终端、网络集中协调器和城市照明控制中心。城市照明控制中心利用GPRS无线通信网和Internet实现与网络集中协调器之间的信息通讯，收集网络集中协调器接收的信息数据，之后再发送给Zigbee无线传感器。Zigbee无线传感器基于2.4 G频段，将信息数据发送给路灯信息终端，路灯信息终端根据专门的信息通讯协议和接收到的信息数据执行命令，调整城市照明灯具的运行功率或者改变单灯的运行模式。

2.2 用户管理软件

城市照明控制系统主要包括网络客户端和控制中心，基于XML通信标准实现各个网络接口的数据传输和交换以及网络数据库的共享和连接。物联网技术在城市照明控制系统中的应用是基于.NET平台架构，应用Windows XP软件操作系统设计视窗化模块，并结合城市照明灯具的GIS信息系统设计良好的人机交流界面。

2.3 单灯信息终端

将单灯信息终端安装在各个照明灯具上，可以实时采集照明灯具的运行参数，比如温度、电流和电压等，以此分析照明灯具的运行状态，网络集中协调器接收路灯的相关信息数据，控制单个照明灯具的亮度和开关，还可实现报警功能。在单个照明灯具上设置Zigbee无线传感器，可以实现与网络集中协调器的数据交换。对于城市照明控制系统的硬件设计，采用单片机和Zigbee无线传感器实现串口数据的通信。同时，在设计单灯信息模块时，应用低功耗设计。

2.4 丰富城市照明控制系统的应用功能

在城市照明控制系统中应用物联网，主要可以实现以下几个功能：①集成控制或单点控制。结合不同季节对城市照明的需求，自动定时城市照明系统中的半夜灯和全夜灯，也可通过物联网技术实现对半夜灯和全夜灯的遥控，或者通过单点控制城市照明系统的各个路灯信息终端，以实现其特殊要求，并且利用GPRS模块可以实时采集灯具的运行参数，实现单点监测。②自动控制。自动实现城市照明系统的巡测，全面监测城市各个区域的照明情况，根据预先设定的系统程序调光节能，实现开关灯操作。③远程控制。对城市照明系统进行远程控制，工作人员通过遥控实现足不出户控制和管理城市照明系统，极大地减轻了工作人员的工作量，提高工作效率。例如，控制LED驱动器来适当调节城市照明的灯光亮度，在保障城市基本照明功能的基础上，实现最大化的降耗节能。④精确定位。一旦城市照明系统发生故障，Zigbee无线传感器会及时将信息数据发送给网络集中协调器，然后由网路集中协调器再将信息数据发送给城市照明控制中心，这时，工作人员就可以直接了解城市照明系统发生故障的具体位置，快速到达现场进行检修维护。

3 结束语

随着可持续发展理念的深入，城市照明控制系统的节能减排受到了人们的广泛关注。物联网技术作为一种现代化的信息技术，可以实现对城市照明系统的远程控制和监测，同时，还可以根据实际要求实时调整城市照明系统，节约城市照明系统的电能消耗。在未来的发展过程中，应进一步推广物联网技术在城市照明控制系统中的应用，充分发挥物联网技术的优势，以推动我国现代化城市的快速发展。

参考文献

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[2]于海成.物联网在智能化城市照明节能监控管理系统中的应用[J].自动化博览，2013（04）：50-52.

[3]车都.城市路灯智慧照明系统的设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

〔编辑：白洁〕

Abstract： The Internet of Things technology to urban lighting control system， give full play to the important role of urban lighting control system to achieve an effective supervision and management， to provide technical support for the energy-efficient lighting system control of the city， with good social and economic benefits. Analysis of Internet of Things technology and Zigbee protocol， elaborated Internet of Things technology in urban lighting control system.

Key words： internet of things technology； urban； lighting control systems； Zigbee protocol