城市智能照明系统作为智慧城市的核心子系统，运用无线Zigbee、WiFi、GPRS等多种物联网和IT技术，实现了远程单灯开关、调光、检测等管控功能，开辟了城市照明“管理节能”的新篇章。
本系统整合了路灯、隧道灯、景观灯、商业照明、学校机关照明等照明系统，用一个统一的平台来进行管理。本系统是一个开放的系统，预留了各种接入方式，可进一步打造成智慧城市“云 ”系统。
系统特点：
1、 回路控制和控制箱门开报警、水浸报警;
2、 回路电流、电压、功率因数、电量检测等;
3、 单灯开关和调光;
4、 单灯电流、电压、功率因素、电量和温度检测等;
5、 根据天气情况和实际的光照度，实现灯具的自动开、关和调
光;
6、 灵活的亮灯组合管理、精确控制每一盏灯;
7、 现场管理功能
8、 预设管理功能
9、 每天可进行自动通、断电 *** 作;可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电;可对用电设备进行分区、分线路管理或单独管理;
10、集成无线抄表功能，为能耗管理打下基础;
11、监控灯具的开、关和亮度，从而显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境;
目前我国的城市道路照明管理信息化程度还较低，基于物联网和云计算的系统管理软件为路灯管理部门的信息化建设提供了一套全面的解决方案。
1、路灯自动巡检：监控中心能对安装了路灯监控器的路灯进行自动巡检，查报故障并自动生成报修单;
2、路灯查控：能实时对安装了路灯监控器的路灯进行开、关、调节亮度等功能，或预设控制方案，使路灯按照预设方案进行亮灯。
3、设备管理：对灯杆、灯具、电线、控制箱、变压器、电表、开关、监控器等路灯设备实现计算机信息化管理，具有设备安装、报废、维修、更换、出入库等功能。
4、多媒体功能：具有库管理功能、视频管理功能，使管理更具直观化、形象化和亲和化。
5、GIS地理信息系统：具有地形、设施空间、行政区划、街区、道路、建筑物、水系、管沟、路灯线路、控制线路、敷设情况等功能。
6、辅助分析模块：具有统计、报表、分析、查询、负荷计算、实时读表、用电分析、电缆长度计算等功能。
7、Web信息发布模块：与网站实现无缝对接，进行远程管理的功能。
性能特点：
控制路灯开关、亮度调节、电流、电压采集、被盗报警等，并预留了温度采集、灯杆倾斜检测等功能。
路灯管理器分为模块式(内置灯具中)和外挂式(可内置灯杆中)，可分别满足路灯企业和工程企业的使用需求。
1、通过Zigbee无线自组网进行通信连接，实时在线收信息;
2、高性能嵌入式微处理器技术，先进的电能测量计量专用芯片，大容量存储器技术;
3、自诊断和自恢复功能;
4、断电数据保持功能;
5、远程或就地自动调光实现路灯的亮灯、暗灯的节能控制;
6、无线路由功能，实现通信的中继功能。
技术参数：
无线频率：24G ISM免费频段
平均功耗：04W/05W/07W
工作温度：-40℃～85℃
性能特点：
智能照明网关是实现路灯单灯监控的重要硬件设备，它使用Zigbee无线技术和灯控器通信，与系统中心的通信可以使用GPRS /CDMA、以太网、Wi-Fi网络或ADSL modem等一般安装在户外路灯控制箱内。
智能照明网关内置多种功能，包括：时序调度功能、报警功能、类型转换功能、内部实时时钟等功能。
一般情况下，一个可以管理300个左右的灯控器。
可以通过网关接入的产品有：控制箱管理器、灯控器、光感检测器、电缆防盗器、雨雪传感器等。
1、通过Zigbee无线自组网进行通信连接，实时在线收发信息;
2、进行路灯回路控制，具有自诊断和自恢复功能;
3、具有GPRS/CDMA、以太网、232、485、USB、CAN等通讯接口;
4、高性能嵌入式微处理器技术，高精度的电能测量计量专用芯片，大容量存储器技术;
5、具有时钟和预设控制的功能;
6、具有和三相电流、电压、功率因数、电量的测量功能;
7、具有水浸报警、控制箱门开报警功能。
技术参数：
无线频率：24G ISM免费频段
工作温度：-40℃～85℃ 智能照明是智能家居范畴的重要组成部分，自苹果iPhone,iPad，及Android手机和平板日益普及后，智能照明离普通消费者的家庭越来越近，从智能灯泡，到智能灯座和智能控制盒产品已经曝光，其中Philips Hue灯泡的出现，第一次打开了普通家庭的智能照明场景变化的神奇面纱，揭开了低耗，环保，调光，配色的智能化家居照明新篇章。
目前智能控制系统具有以下功能：1，智能系统设有中央监控装置，对整个系统实施中央监控，以便随时调节照明的现场效果，例如系统设置开灯方案模式，并在计算机屏幕上仿真照明灯具的布置情况，显示各灯组的开灯模式和开/关状态。2，具有灯具异常启动和自动保护的功能；3，具有灯具启动时间，累计记录，和灯具使用寿命的统计功能；4，在供电故障情况下，具有双路受电柜自动切换并启动应急照明灯组的功能；5，系统设有自动/手动转换开关，以便必要时对各灯组的开、关进行手动 *** 作。6，系统设置与其他系统连接的接口，如建筑楼宇自控系统（BA系统），以提高综合管理水平。7，具有场景预设、亮度调节、定时、时序控制及软启动、软关断的功能。 随着智能系统的进一步开发与完善，其功能将进一步得到增强。
采用智能照明控制系统总的效应如下：1，实现照明的人性化； 由于不同的区域对照明质量的要求不同, 要求调整控制照度，以实现场景控制、定时控制、多点控制等各种控制方案。方案修改与变更的灵活性能进一步保证照明质量。2，提高管理水平 将传统的开关控制照明灯具的通断，转变成智能化的管理，使高素质的管理意识用于系统，以确保照明的质量。3，节约能源 利用智能传感器感应室外亮度来自动调节灯光，以保持室内恒定照度，既能使室内有最佳照明环境，又能达到节能的效果。根据各区域的工作运行情况进行照度设定，并按时进行自动开、关照明，使系统能最大限度地节约能源。4，延长灯具使用寿命 众所周知，照明灯具的使用寿命取决于电网电压，由于电网过电压越高，灯具寿命将会成倍地降低，反之，则灯具寿命将成倍地延长，因此防止过电压并适当降低工作电压是延长灯具寿命的有效途径。 系统设置抑制电网冲击电压和浪涌电压装置，并人为地限制电压以提高灯具寿命。采取软启动和软关断技术，避免灯具灯丝的热冲击，以进一步使灯具寿命延长。
基于24G无线控制智能家居照明系统的研究与设计
随着科技的发展，越来越多的自动化、智能化的产品进入到人们的生活，智能家居正逐渐取代传统家居，成为一种行业发展潮流。智能家居照明系统作为智能家居系统的一个重要子系统，具有高效节能、管理简单、控制多样、成本较低和容易进入市场的优势。本文对面向智能家居的智能照明系统进行研究和开发，完成了一种单片机控制的、低成本的智能家居照明系统。
1概述
智能家居照明系统隶属于智能家居中的一个子系统，也可以单独使用。智能家居照明系统能控制不同生活区域不同场合的各种照明效果轻松解决家居节能问题、提高生活品质。生活中常常遇到这样的问题，当在客厅中看电视或读书时并不需要太强烈的照明光线不得不关掉客厅大灯开启光线相对较暗用于满足看电视或读书需要的其他灯具。为了满足不同场合的照明要求，需要安装多种灯具，这给灯具控制带来极大的不方便，智能照明系统能轻松解决这个问题。只要按下手中的遥控器就能换转场景灯光照明。
智能家居照明系统控制方式的解决方案分为有线方式和无线方式。有线方式包括电力线载波的X-10 和CEBUS、电话线方式的HomePNA、以太网方式IEEE8023 以及专用总线方式的LONWORKS 和IEEE1394 等等。其中用电力线作为网络信息的传输介质的优点是：不需要另外布设电缆，降低施工难度;缺点是传输速率只有300Kbps,难以满足视频和音频信号的传输，保密性差，接入设备昂贵等。无线方式包括红外线方式的IrDA、无线局域网方式的IEEE80211 系列、家庭射频技术的HomeRF、蓝牙的IEEE802151、ZigBee 的IEEE802154 等等。
无线方式解决了布线的难题，同时也能满足视频和音频信号的传输。本文以24G 射频技术为基础介绍一种智能家居照明系统。
2系统方案
系统方案框图如图1 所示。本方案采用STC12C5A08AD 作为MCU控制器，STC12C5A08AD 是宏晶科技公司最新一代单片机，采用第6 代保密技术，程序烧写后无法解密，增强了保密功能。速度比普通的8051单片机快8~12 倍，内建4 个16 位定时器，功耗比较低。MCU 的控制信号通过光耦控制可控硅来控制灯具的明亮程度，在强电控制接口加有电流检测回路，检测强电电流的大小，用作检测反馈。通讯方式采用24G 无线通信模块，无需布线，降低成本，控制方式灵活，遥控范围广，通讯速度快。本方案一共可以控制12 路灯具，适用于家庭照明控制。
3 24G模块
用于24GHz 通讯的通用芯片常见的有挪威Nordic 公司的nRF2401无线芯片模组，以色列RFWave 公司的RFW102 无线芯片模组等[5]根据设计需求及成本考虑，本设计中采用Nordic 公司的nRF2401进行无线数据传输。
nRF2401 是一个单片无线收发一体芯片，工作在24GHz ISM 频段，完全集成功率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调整电路。采用QFN24 5×5 毫米封装，应用电路使用外围元件少(见图2);采用FSK 调制方式，125 个频道，能满足多频及跳频需要;传输速率高达1Mbps,具有高数据吞吐量;功耗低，电源电压19V~36V 满足低功耗设计需要;芯片内部设有专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC 开关电源均有较好的通信效果。
4照明控制
常用的调光方法有：脉冲宽度调制(PWM)调光法、改变半桥逆变器供电电压调光法、脉冲调频调光法、脉冲调相调光法和可控硅相控调光法。可控相控调光法具有体积小、价格合理和调光功率范围宽等优点，本系统最终采用可控硅相控调光来调节灯具的明亮程度。
应用可控硅相控原理，通过控制可控硅的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，以降低输出电压的平均值，达到控制灯具供电电压，从而实现调光。可控硅相控调光对照明系统的电压调节速度快，调光精度高，调光参数可以分时段实时调整。由于调光电路主要是电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、成本低。
可控硅相控调光电路如图3 所示。单片机的控制信号经74HC04反相后送到光耦MOC3023,光电隔离后输入到可控硅T16C6F 的控制极，控制可控硅的导通角，实现调光。
5结束语
基于单片机控制的智能家居照明系统，具有成本低、开发时间短、安装维护方便、容易满足客户不同需求等优点，市场前景广阔。目前我国的消费水平并不高，对于系统庞大的高档智能家居需求并不大，而智能家居照明系统的低成本，在家居市场上应用越来越广泛。本文介绍的基于单片机控制的智能家居照明系统具有一定的市场推广价值。
1、通过手机APP来 *** 作继电器通断控制电灯
2、通过电脑发送物联网的AT指令来控制电灯
3、两个控制器相互通信，一个控制器给另一个控制器发送开关灯的信息，来控制一个机器的继电器通断，从而控制电灯的开断。
4、通过网页给物联网设备下发指令，从而控制电灯的开断，也是通过控制继电器的吸合。
以下是物联网控制电灯的原理：
我们以网页给物联网设备下发开关灯信息来控制电灯为例。我们在网页端做好一个开关键，一个关灯键，且开灯的键值为A，关灯的键值为B作为演示讲解。当我们点击我们网页端的一个开关键。此时我们的网页会通过网络将A发送给下位机，也就是物联网的设备。当物联网设备收到这个键值A后。物联网设备就可以通过控制继电器的吸合从而开灯；当我们按下网页上的关灯键时，此时电脑网页端会通过网络给物联网设备发送一个B，物联网设备可以通过断开继电器，从而使电灯关闭。
一、主体不同
1、智慧路灯：是指通过应用先进、高效、可靠的电力线载波通信技术和无线GPRS/CDMA通信技术等，实现对路灯的远程集中控制与管理的路灯。
2、物联网路灯：又叫智能路灯，是采用物联网和云计算技术，对城市公共照明管理系统进行全面升级，实现路灯集中管控、运维信息化、照明智能化。
二、特点不同
1、智慧路灯：具有根据车流量自动调节亮度、远程照明控制、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能。
2、物联网路灯：采用基于3G和物联网技术的公共管理平台，结合了LED等高新技术。
三、作用不同
1、智慧路灯：能够大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，节省维护成本。
2、物联网路灯：通过各类终端设备，在系统 *** 作界面对路灯回路或单灯进行实时控制，按照明策略执行定时任务。
参考资料来源：百度百科-智慧路灯
参考资料来源：百度百科-智能路灯
随着社会的发展和人们对于照明要求的不断提高，智能照明系统朝着结构多样化、应用扩大化的方向快速发展。将物联网技术被结合到智能照明系统中，一个智能化的照明新时代正在向我们走来，人类的照明生活将会更加智能和舒适。物联网的智能照明系统内置的传感器感知外部环境变化后，根据自身条件、不同的情况做出不同的工作方案，以适应不同的需求、时刻保持最佳状态。物联网的智能照明系统还可通过对用户习惯的学习，替用户省去大量状态设定的 *** 作，使用起来更加轻松便捷人性化，而且一旦用户习惯改变，物联网的智能照明系统也能随之产生新的设定。
随着经济和 社会 的发展，城市公共照明已经成为城市现代化水平的重要标志之一，城市照明设施规模日益增大，用电量节节攀升， 社会 各方对城市公共照明的要求和希望越来越高。而目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，主要表现在以下几个方面：
监控管理方式相对粗放。传统“三遥”系统只能实现回路级别的采集和控制，对单灯运行情况无法实时、准确监控，不能实现智能化监控和精细化管理；部分城市仍停留在“时控”时代，缺少基本的信息化管理手段。
运行维护效率低、成本高。现有的照明设施故障发现机制主要采用人工巡查模式，工作量巨大，需要投入大量的人力物力，并且还可能留有盲区，运维效率低、成本高，难以实现主动服务、保障服务质量。
照明能耗偏大。缺少灵活有效的节能控制手段，过度照明和照明不足的矛盾难以调和，无法实现按需照明，从而在保障照明质量的前提下有效降低照明能耗设施安全难以保障。缺少实时监管措施，设施被盗时有发生，给照明管理部门造成直接的经济损失，严重影响城市照明的正常运行，同时带来安全隐患。
1 设计与实现
本系统由3大部分组成：NB-IoT通信模块、云端控制系统、手机端APP。
图1
11 NB-IoT通信模块
基于高通MDM9206平台高性能、低功耗的CAT-M1/CAT-NB1/GSM三模无线通信模块，支持全球各主流定位系统GNSS，不仅支持当前运营商的主流物联网频段，对未来可能会部署的频段也最大可能性的支持 ，其尺寸仅 为 225mm265mm27mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，
通过该模块实现路灯信息传输、调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明节约电能，真正实现节能、环保、安全、舒适的照明，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。
12 云端控制中心
是根据路灯管控开发的一款远程 *** 作与监控管理平台，方便了管理人员的管理与维护。通过灯联网集中监控管理平台可以远程控制每一个回路的开、关状态，也可以实时监测每个设备的当前信息，并根据采集到的参数的情况，实时判断线路情况，给用户直观的解析。系统同时还具备短消息报警和声音报警的功能。
13 手机端APP
一种基于智能手机APP应用的城市路灯控制方法，包括将智能手机APP应用与路灯管理系统相关联，形成APP调节城市路灯的架构，构建智能手机 APP 节点，每个 APP 节点代表一个APP 注册用户；当用户登录 APP 应用时，APP 应用将包含用户地理位置、行进方式的 APP 应用信息传送到路灯管理系统；路灯管理系统根据APP应用信息，查询用户所属路段的路灯实时状态，并对路灯进行调节控制。采用NB-IoT物联网概念，通过手机 APP 应用按照用户实际需求开启路灯、调节路灯亮度，合理分配路灯照明资源，降低了路灯能耗、节约了路灯使用成本。
2 测试与分析
硬件调试：分为电源电路、通信链路、LED驱动电路调试。
21 电源电路
图2 电源电路
图 2 中，EUP3420 是一款恒定频率，采用电流模脉宽调制（PWM）架构的降压型变换器。芯片集成了主开关和同步整流开关，可以获得更高的效率。本系统采取5V适配器输入，转化给NB-IoT无线通讯模块VBAT网络33V供电。
C1000：适配器的输入端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为5V。
L1000：开关电源 buck 电感输出端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为33V，通过调整R1000和R1007阻值调整VBAT输出的大小。
22 通信链路
NB-IoT模块上电后sim卡状态测试。
图3 NB-IoT模块Sim卡状态查询
23 LED驱动电路
图4 LED驱动电路
上图中，三极管驱动电路由Q11、R128、D30、J26（焊接LED模组）组成，NB-IoT通信模块通过GPIO口控制三极管的基集，使三极管Q11工作在开关状态，实现对LED的开断。
3 软件测试
安卓手机端可以控制指定路灯的亮与灭以及全开全灭。
图5 手机控制端界面
PC端实现对各个端口的控制。
图6 云端控制端界面
4 控制系统特性
41 管道NB-IoT设计
一是广覆盖：NB-IoT 覆盖能力强，在同样的频段下，NB-IoT 比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍。它不仅可以满足广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。因此不只是道路照明，在室内、工业照明领域的应用前景也十分广阔。
二是强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。这将意味着，基于 NB-IoT 通信技术的照明控制系统，将能够管控更多的终端设备，满足未来智慧城市中大量设备联网需求。
三是低功耗：低功耗特性是智慧照明应用一项重要指标，NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，终端模块的待机时间可长达10年，特别适用于智能家居的应用。
四是低成本：低速率、低功耗、低带宽同样给 NB-IoT 芯片以及模块带来低成本优势。单个接连模块预期价格不超过 5美元，最终低至 1 美元，这对降低智慧照明应用的成本起到关键性作用。
42 云端智能管理
采用单灯控制技术，构建路灯物联网，精准控制每一盏路灯，在保证照明需求的前提下，根据季节、路段、天气、特殊场合等条件设定路灯运行方案，真正实现“按需照明”，深化节能减排。因本项目范围内 LED 路灯电源不具备调光接口，单灯节能方式采用开关灯控制方式。
通过单灯“在线巡测”，及时发现路灯故障并在地图上进行精准定位，转变“人工巡检、热线报修”的传统运维方式，实现定向运维、主动服务，减轻劳动强度，提高路灯运维效率，降低运维成本。
43 客户端APP
智慧公共照明管理平台具有全面和优化的路灯智能控制功能，为路灯管理人员提供更高效的管理和维护手段，主要体现为：实时监控：可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光。同时支持多终端，支持基于 Android *** 作系统的移动终端远程控制，可采用平板电脑、手机等终端下发开关灯、调光等控制命令等。
5 应用前景分析
对于 NB-IoT 产业的发展，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商皆就NB-IOT发布了各自的发展计划。工信部也发文要求加快 NB-IoT 在国内落地，到今年年底建成基站规模 40万个，到 2020 年建成基站规模 150 万个。中国 NB-IoT 产业加速布局，将是全球 NB-IoT 产业领跑者。目前在上海、广州、江
门、鹰潭、长沙落地了NB-IoT智慧路灯项目，实现了到处开花、处处结果。
6 结束语
城市智慧照明是智慧能源的开端，以 NB-IoT 新一代通信技术为支撑，实现整个城市一张网，对城市道路每盏灯实现全面的感知、智能的控制、广泛的交互和深度的融合，在满足市民正常照明需求的前提下，通过智能调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明，电能节约率可达30% 60%，真正实现节能减排，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。同时通过对城市照明设施实现精细化管理，通过对城市道路每个灯具的运行状态进行准确分析和故障报警，并根据故障等级启动相应的处置流程，将被动巡检改为定点维护，反应更加敏捷处置效率更高，将使城市的灯光管理水平与现代化的大都市相适应，提高亮灯率，减少各种故障，合理照明，美化照明，安全照明，营造出现代城市科学和艺术完美结合的照明效果，树立和提升城市的品牌形象。
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）