導語：城市路口燈光互聯系統設計研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創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網技術的飛速發展，越來越多智慧型產品涌向市場。針對城市路口照明不良的現狀，基于物聯網技術設計了一款城市路口燈光互聯系統，通過燈光互聯系統提高了路口照明的照度及其均勻度，從而達到增加夜間行車時路面亮度，進而加強出行安全性的目的。希望本系統的應用能夠為發展智慧城市提供一份新的助力。

關鍵詞：路口；物聯網；燈光互聯；交通安全

21世紀以來,我國正在加速經濟和社會的建設,大量的社會基礎設施建設也正在逐步得到完善。隨著城市現代化的發展，照明有關設施也逐漸發展起來，在“互聯網+”的時代背景下，道路的智能照明是物聯網的必然趨勢[1]。經過調研發現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，道路環境復雜，是交通事故多發之地[2]。隨著城市化的進程，如何在有限的道路路況條件下，借助有限的公共基礎設施創造出最大化的交通體驗是當今智能交通管理系統需要去研究的方向[3]。智能路燈作為智慧城市建設的重要組成部分將發揮更大的作用，將城市路燈作為智慧城市的入口，可以解決城市日益增長的公共照明規模與落后的傳統管理方式之間的矛盾[4]。針對城市路口照明不良的現狀，基于物聯網技術設計了一款由路燈、護欄燈和交通信號燈組成的城市路口燈光互聯系統，通過該系統可以使路口照明獲得更好的照度及均勻度，從而進一步的保障了車輛和行人的安全。

1方案設計

該系統主要包括路燈、護欄燈、信號燈以及附屬功能部分。其中路燈、護欄燈和信號燈構成互聯系統，附屬功能部分包括廣告投放、空氣質量檢測、車流量檢測和應急交通指揮部分。燈光互聯系統進行了合理設計后，具有如下主要功能：（1）混合調光：利用傳感器對外界照度的變化進行實時的檢測，不斷調節護欄燈的發光強度，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：在護欄之間設置電子廣告屏，進行一些商業或者公益電子廣告的宣傳。（3）空氣質量檢測：在護欄和路燈上分別設置了空氣質量檢測模塊，對路口的空氣質量狀況進行了立體式的監測。（4）應急交通職能：檢測交通信號燈是否正常運行，若無法正常運行則開啟護欄上的應急交通信號燈，代替原本的交通信號燈行使交通指揮的職能。（5）車流量監測：對路口通過車輛進行監測，從而知曉路口的交通狀況。

1.1模擬分析

為更好的設計城市路口燈光互聯系統，對城市路口的照明情況情況進行了仿真模擬。使用的光學軟件是DIALux，在對路口一比一的還原建模后，分別進行了兩次分析，分別是無護欄燈和有護欄燈的情況下，路口模型如圖1所示。具體參數如下：路口模型總體大小為92.0m*88.0m，其中機動車道總寬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，護欄燈高為1.2m，相鄰護欄燈間隔為1.2m，護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，型號為SGP619P-A11xSCON-TPP250W，光通量為33200lm，功率為276W，護欄燈的模型是自行設計，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的矩形平面作為計算平面，得到了點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)為無護欄燈的情況，(b)是有護欄燈的情況。從圖2可以發現，在增加了護欄燈后，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，經過護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區域更大了，路口的照度分布均勻性得到了改善。

1.2結構設計

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協議棧，極大的方便了自組網從而實現模塊之間的通訊；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電流監控模塊等。1.2.1主機模塊主機模塊使用電腦作為上位機，CH340USB轉串口模塊將ZigBee模塊與電腦連接，電腦上有用Python編寫的GUI界面，由護欄模塊和路燈+紅綠燈模塊傳送過來的數據將在界面上顯示（近、遠地空氣質量、車流量、信號燈狀況），同時還能在此GUI上對路燈的發光強度進行調節，如圖5所示。圖4系統結構圖圖5GUI界面1.2.2護欄模塊護欄模塊主控芯片采用STM32F103ZET6，通過BH1750FVI光照傳感器模塊對外界光強進行監測得到外界環境實時的照度值，利用PWM技術調節護欄燈的發光強度來將照度值維持在一個特定范圍內。利用GP2Y1014AU粉塵灰塵傳感器模塊檢測近地空氣的PM2.5含量，此外使用紅外傳感器模塊對車流量進行記錄，繼而通過ZigBee模塊將必要信息發送給主機。系統模型上護欄的廣告屏所用的是LCD觸摸屏，將所需顯示的廣告存儲在SD卡內，系統運行時由主控芯片進行調用顯示。當護欄收到信號燈故障的信號時自動開啟應急交通信號燈進行臨時的交通指揮，直至原有的交通信號燈恢復正常。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，為了模擬外界光強的變化，對路燈加入了PWM調節的功能，同樣是使用GP2Y1014AU粉塵灰塵傳感器模塊檢測遠地空氣的PM2.5含量并進行數據發送，INA219電源監控傳感器模塊可以有效的探測紅綠燈線路中的電流變化從而判斷紅綠燈運行正常與否。

2系統測試與分析

路口燈光互聯系統的實物模型如圖6所示，首先將系統連接電源，CH340模塊連接ZigBee模塊后插入電腦的USB接口，電腦上運行用Python編寫并且已經打包好的exe程序，彈出一個GUI界面，GUI界面如圖5所示，GUI界面上已經搜尋到當前存在的端口號并自動選擇，波特率使用默認的15200，單擊建立連接按鈕，按鈕上文本顯示成功建立連接。打開模型系統的總電源開關，系統穩定后相關的數值參數將會在GUI上顯示。調節滑塊的位置，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，護欄燈的發光強度也隨著路燈發光強度的變化而改變，燈光互聯功能正常。同時TFT-LCD能夠不斷的更換顯示圖片，廣告功能正常。交通信號燈出現故障，GUI界面會顯示信號燈故障，應急信號燈隨即打開；如果交通信號燈故障解除，GUI界面顯示交通信號燈正常，應急信號燈也隨之關閉。當車輛駛過路口，GUI界面車流量數量自動加一，實現車流量檢測功能。

3結語

本設計從最初對路口燈光環境不良容易誘發交通安全這一問題出發，響應國家建設智慧城市的號召，基于物聯網技術，立足于燈光互聯這一基準點，通過設計改善路口燈光照明環境，為司機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。路口燈光互聯系統是一個嶄新的多功能的基于物聯網的燈光設計，其還具有空氣質量檢測、公益公告投放、車流量狀況采集以及應急交通燈的功能。希望通過本路口燈光系統的設計和開發，為我們國家智慧城市的建設和發展提供一份新的借鑒和參考。

參考文獻

[1]陳曉莉,王志鐸.基于ZigBee的道路智能照明控制系統設計[J].現代電子,2019,42(12):72-75.

[2]南慧輝.道路交叉口行人出行安全分析——以美國佛羅里達州為例[C].2018中國城市規劃年會.

[3]步春江.基于5G+智慧燈桿的區域交通協調優化控制系統功能分析與研究[J].城市道橋與防,2021(04):45-48+12

[4]徐暉.基于物聯網技術的智能路燈系統[J].信息通信技術,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：江蘇海洋大學理學院