CN110535905A

CN110535905A - 一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统

Info

Publication number: CN110535905A
Application number: CN201910669710.6A
Authority: CN
Inventors: 卫成兵
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2019-12-03

Abstract

本发明公开了一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统，属于物联网技术领域，其包括的数据传输层用于将数据感知层获取的数据通过Arduino传给LoRa，LoRa再通过无线将数据传输给树莓派；数据处理模层通过树莓派将数据存到Mysql数据库，再用Json把数据打包传到Web服务器；应用显示层包括web电脑端和安卓手机端显示，通过温湿度、光照、声音、人体红外感应等传感器和监控设备进行环境参数的采集，并对数据进行处理来控制路灯的开关和明暗程度，而且将监控设备采集的视频信息上传Web并显现在电脑上，实时监控每一盏路灯的状态，当路灯出现故障的时候，工作人员通过定位和监控视频获得故障路灯的具体位置，及时通知维修人员进行修理。

Description

一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统。

背景技术

伴随着经济化建设和城市的智能化建设步伐的加快，城市对道路照明设备的需要逐步加大，为城市景致增添了许多生机。但是随着城市建设的不断推进，城市路灯的数量与日俱增，城市道路照明设备对电能的需求越来越大。据不完全统计，我国现在道路照明设备的耗电量约为全国总耗电量的15％。巨大的路灯耗电量不得不引起人们对传统路灯系统的思考，传统的道路照明体系已经无法适应时代的发展，反而成为制约城市化建设的很大因素。巨大的耗电量让原本紧张的供电局势雪上加霜，因为路灯的数量不减反增，能耗会越来越大，试探的挑战供电局势的底线。因此解决城市路灯造成的巨大能耗已经是箭在弦上不得不发的事情，加快解决这一难题能够促进城市的快速发展，百利无一害。此外，传统的路灯系统的管理和维护模式不仅要花费了大量的人力、物力和财力，繁琐的工作还给城市管理增加了很大的负担。

城市的路灯管理机构急需更加智能，高效且节能的管理方案，传统的道路照明系统的弊端主要体现在以下几个方面：

⑴耗电量很大和高昂的成本开销。很多大中型城市都会通过大量的灯光来装扮城市的夜晚，为城市景致增添了许多生机。但是传统的路灯控制方式造成了巨大的能耗，威胁着紧张的供电局势。我们要着力于解决照明程度在不同区域分布不均匀引起的矛盾，并且在保障照明质量的条件下，按照不同的道路的实际需要来调节路灯的照明程度，从而达到降低能耗的目的。目前，国内大部分的城市与地区的道路照明采用的是时间控制，路灯控制系统依旧延续着传统的控制方法，按照固定时刻的人工控制，以及单一的控制方式耗费了大量的电能。并且路灯在出现故障时不能及时得到修理，常常会有路灯长时间处于故障状态搁置的情况。发生意外灭灯和意外亮灯的情况时，管理人员无法在第一时间获得信息。很多时候都是很多天以后，有群众打电话投诉时，管理部门才知道，没有办法保证城市道路的正常照明。当前的路灯照明系统功能单一，只能实现路灯的开关状态，并且对所有的路灯全部同时开关，全亮或全灭，在夜晚路灯恒亮，不能实现特殊路段的特殊控制，并且没有评估道路对路灯的实际需求，造成不必要浪费，导致照明成本增高。

例如一些人流量比较少或车流量比较少的道路，可以采用一定时间间隔闪亮的路灯，或者通过声音、光照、人体红外灯等传感器来判断是否有人或车辆经过，进而调控路灯的开关明暗，在没有人和车辆经过时关闭路灯或将路灯的光照调暗，达到节省电能和降低成本的目标，避免造成不必要的能源浪费[2]。同时，按时人工控制路灯的开关，会造成能源的浪费。例如路灯在黄昏时刻已经全亮了，在天已经亮了以后依旧保持恒亮，并且不同的季节和天气自然光的情况会很不同，如果单一的采用按时的开关控制是不合理的。而是应该在黄昏时刻，根据自然光的逐渐减弱，来控制路灯相反的逐渐变亮。在黎明时刻，根据自然光的逐渐加强，来控制路灯相反的逐渐变暗。在阴雨天通过传感器采集自然光照信息，进而控制路灯的亮暗程度，保持恶劣天气的道路照明，防止因路灯造成交通事故，增添了人们出行的风险。

⑵道路监控系统不够完善。随着城市的智能化建设的步伐不断加快，传统的道路监控系统已经无法满足日益增加的城市管理要求和人们的高品质生活需求。

⑶路灯管理范围大，人力有限。城市路灯的数量非常多，规模宏大，分布范围非常广，因此城市照明系统的管理工作是一个庞大的工程。现有的路灯管理采取的方式定期检查和维修的方式，大多工作需要人工完成。然而路灯的数量很大，这项检查的工作量大，过程繁琐，工作效率低，但是即便这样也无法保证道路每时每刻的正常照明，增加了故障修理的周期，导致群众满意度下降，路灯维护工作常常处于超量状态，增加了维护费用。

⑷路灯控制的灵活性差。传统的路灯管控是靠人工的按时调控，无法实现对路灯的智能化调控。靠人工的按时调控，容易出现较大的时间偏差，无法实现对路灯的精确调控，无法根据自然光照的强弱和特殊天气的情况进行路灯亮度调节，无法满足临时活动的照明要求，特别是在重大节日、迎接贵宾、举办大型活动等特殊情况。例如路灯在黄昏时刻已经全亮了，在天已经亮了以后依旧保持恒亮，并且不同的季节和天气自然光的情况会很不同，如果单一的采用按时的开关控制是不合理的。

发明内容

本发明提供一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统，通过温湿度、光照、声音、人体红外感应等传感器和监控设备进行环境参数的采集，并对数据进行处理来控制路灯的开关和明暗程度，而且将监控设备采集的视频信息上传Web并显现在电脑上，实时监控每一盏路灯的状态，当路灯出现故障的时候，工作人员通过定位和监控视频获得故障路灯的具体位置，及时通知维修人员进行修理。

本发明提供的具体技术方案如下：

本发明提供的一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统包括数据感知层、数据传输层、数据处理层和应用显示层，其中，所述数据感知层包括温湿度检测模块、光照检测模块、声音采集模块、红外感应传感器和监控模块；所述数据传输层用于将所述数据感知层获取的数据通过Arduino传给LoRa，LoRa再通过无线将数据传输给树莓派；所述数据处理模层通过树莓派将数据存到Mysql数据库，再用Json把数据打包传到Web服务器；所述应用显示层包括web电脑端和安卓手机端显示。

可选的，所述温湿度检测模块用于检测空气温湿度并根据空气温湿度检测空气可见度，所述光照检测模块用于检测自然光强度以实现根据自然光的强弱变化调节路灯的亮度，所述声音采集模块用于采集道路上的声音信息并根据声音信息检测路上的行人和车辆，所述红外感应传感器用于检测道路上的人流量信息和车流量信息。

可选的，所述监控模块包括细颗粒物检测模块和图像采集模块，其中，所述细颗粒物检测模块用来定性的检测空气中的PM2.5数值以定性分析空气能见度，所述图像采集模块采用摄像头采集道路视频信息并通过高覆盖率的监控网络实现对路灯和道路的实时监控和精准定位。

可选的，所述数据传输层通过Arduino端口与所述数据感知层的传感器连接，并将所述数据感知层采集的数据上传到Arduino，进而实现根据环境参数控制路灯的明暗程度。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例提供一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统包括数据感知层、数据传输层、数据处理层和应用显示层，其中，数据感知层包括温湿度检测模块、光照检测模块、声音采集模块、红外感应传感器和监控模块；数据传输层用于将数据感知层获取的数据通过Arduino传给LoRa，LoRa再通过无线将数据传输给树莓派；数据处理模层通过树莓派将数据存到Mysql数据库，再用Json把数据打包传到Web服务器；应用显示层包括web电脑端和安卓手机端显示，通过温湿度、光照、声音、人体红外感应等传感器和监控设备进行环境参数的采集，并对数据进行处理来控制路灯的开关和明暗程度，而且将监控设备采集的视频信息上传Web并显现在电脑上，实时监控每一盏路灯的状态，当路灯出现故障的时候，工作人员通过定位和监控视频获得故障路灯的具体位置，及时通知维修人员进行修理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统的架构示意图；

图2为本发明实施例的一种数据感知层的框架结构示意图；

图3为本发明实施例的一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统的框架结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1～图3对本发明实施例的一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统进行详细的说明。

参考图1、图2所示，本发明实施例提供的一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统包括数据感知层1、数据传输层2、数据处理层3和应用显示层4，其中，数据感知层1包括温湿度检测模块101、光照检测模块102、声音采集模块103、红外感应传感器104和监控模块105；数据传输层2用于将数据感知层获取的数据通过Arduino传给LoRa，LoRa再通过无线网络将数据传输给树莓派；数据处理层3通过树莓派将数据存到Mysql数据库，再用Json把数据打包传到Web服务器；应用显示层4包括web电脑端和安卓手机端显示。

物联网是指将物理层面的物体通过电子线路连接到一个个节点上，再通过无线将节点与网络连接，形成一个巨大的网络，进而通过网络控制和管理物品。LoRa通信技术是一种物理层面的通讯技术，它使用预基扩频技术在亚GHZ ISM波段对信号进行调制。LoRa的双向通讯可以在更宽的信道带宽上传送窄带信号的Chirp扩频调制，因此产生的信号具有低噪音水平，使得其具有很强的抗扰力，并且很难被检测或干扰。

具体的，温湿度检测模块101用于检测空气温湿度并根据空气温湿度检测空气可见度，进而可以在大雾天气等特殊天气增加路灯的亮度，提高路灯照射下的能见度，防止造成交通事故，避免造成经济的损失和安全事故，降低人们出行的风险。

具体的，光照检测模块102用于检测自然光强度以实现根据自然光的强弱变化调节路灯的亮度，进行自然光和路灯照明相互调和，此强彼暗，保持道路照明的稳定亮度。如在黄昏时刻，根据自然光的逐渐减弱，来控制路灯相反的逐渐变亮。在黎明时刻，根据自然光的逐渐加强，来控制路灯相反的逐渐变暗。在阴雨天通过光照检测模块102采集自然光照信息，进而控制路灯的亮暗程度，保持恶劣天气的道路照明，防止因路灯过暗而造成交通事故，同时还可以避免造成经济的损失和安全事故，降低人们出行的风险。

进一步的，声音采集模块103用于采集道路上的声音信息并根据声音信息检测路上的行人和车辆，实现声控路灯的设计。在一些人流量比较少或车流量比较少的道路，可以实行一定时间间隔闪亮的路灯控制，通过声音传感器来判断是否有人或车辆经过，进而控制路灯的开关和明暗程度，在没有人和车辆经过时关闭路灯或将路灯的光照调暗，从而节约电能，降低成本，降低能耗。

进一步的，红外感应传感器104用于检测道路上的人流量信息和车流量信息。示例的，红外感应传感器104可以采用人体红外感应传感器。在一些人流量比较少或车流量比较少的道路，可以实行一定时间间隔闪亮的路灯，通过红外感应传感器来判断是否有人或车辆经过，进而控制路灯的开关和明暗程度，在没有人和车辆经过时关闭路灯或将路灯的光照调暗，从而节约电能，降低成本，降低能耗。

具体的，监控模块105包括细颗粒物检测模块和图像采集模块，其中，细颗粒物检测模块用来定性的检测空气中的PM2.5数值以定性分析空气能见度，示例的，细颗粒物检测模块可以是PM2.5检测设备，用来定性的检测空气能见度，通过定量的检测空气中的PM2.5值来定性的分析空气的能见度，在雾霾天气等特殊天气增加路灯的亮度，增加路灯照射下的能见度，防止造成交通事故，避免造成经济的损失和安全事故，降低人们出行的风险。图像采集模块采用摄像头采集道路视频信息并通过高覆盖率的监控网络实现对路灯和道路的实时监控和精准定位，当有故障出现时，更加能够精准定位到故障位置，及时派遣维修人员进行维修，以免造成不必要的麻烦和事故，实现智能化监控和管理。通过摄像设备图像采集模块对道路照明系统进行实时监控管理的方式，可以对症下药，在出现故障时及时处理，既能减少人力、物力和财力的浪费，方便道路工作人员的管理，又能及时处理故障，保证正常的道路照明。

数据传输层2通过Arduino端口与数据感知层1的传感器连接，并将数据感知层1采集的数据上传到Arduino，进而实现根据环境参数控制路灯的明暗程度。具体的，首先将温湿度检测模块101、光照检测模块102、声音采集模块103、红外感应传感器104和监控模块105等传感器及摄像头和LED灯通过接口与Arduino Uno模块连接，再通过各种传感器和摄像头采集环境参数，然后将环境参数数据传输到Arduino Uno模块，在Arduino Uno模块内编写程序，通过各种环境参数来控制LED的开关和亮暗程度。

Arduino Uno模块将传感器收集的数据传输给树莓派之后，树莓派再将数据存储到MySQL数据库。树莓派自带WiFi模块，可以将树莓派与本地局域网连接，并在树莓派上用Flask搭建Web，并将MySQL数据库中的数据用python中的工具JSON打包上传至Web界面。在运行完JSON打包程序后，再次在局域网下的浏览器输入“127.0.0.1：9995”就会发现Web界面上有了数据。接下来，安卓端再将数据从web上下载数据解包，通过连接同一个网络，ping网络的IP地址进行Web服务器与安卓端的连接，构造手机界面中的分类，其中包括光照、温度和时间的显示。MySQL数据库的原理像一个大的仓库一样，仓库里保存着很多不同的数据表，将数据分类放进不同的数据表中，这样井然有序的数据存储方式提高了数据存储的速度，而这个大的仓库就叫做MySQL数据库，是一种根据数据关系进行数据存储的数据管理系统。

参考图3所示，本发明实施例通过温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器、人体红外感应传感器和PM2.5传感器和摄像头实时地采集环境参数，并进行数据的传输和处理，进而控制路灯的亮暗和明灭。通过各种传感器进行数据采集，将数据通过Arduino传给LoRa，LoRa通过无线将数据传输给树莓派，树莓派把数据存到Mysql数据库，再用Json把数据打包传到Web，安卓端再解包数据图形化处理，手机端可以实时显示环境参数。将监控设备采集的视频信息上传Web并显示在电脑上，实时监控每一盏路灯的状况，出现故障的时候，工作人员锁定故障路灯的具体位置，及时通知维修人员去修理，避免因路灯故障而引起事故和麻烦，保证道路的正常照明。在关键的路口安装树莓派进行人流统计，通过对路灯的灵活控制和实时监测，不仅节省了能源损耗，还节省了人力，物力和财力，符合了“绿色照明，低碳经济”的理念。智能路灯的设计将进一步加快现代化智能城市的建设，方便人们的出行，同时路灯系统中大量的传感器应用，有利于促进我国传感器产业的发展。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种基于Lora网络的具有环境监控的路灯物联网系统，其特征在于，所述路灯物联网系统包括数据感知层、数据传输层、数据处理层和应用显示层，其中，所述数据感知层包括温湿度检测模块、光照检测模块、声音采集模块、红外感应传感器和监控模块；所述数据传输层用于将所述数据感知层获取的数据通过Arduino传给LoRa，LoRa再通过无线将数据传输给树莓派；所述数据处理模层通过树莓派将数据存到Mysql数据库，再用Json把数据打包传到Web服务器；所述应用显示层包括web电脑端和安卓手机端显示。

2.根据权利要求1所述的路灯物联网系统，其特征在于，所述温湿度检测模块用于检测空气温湿度并根据空气温湿度检测空气可见度，所述光照检测模块用于检测自然光强度以实现根据自然光的强弱变化调节路灯的亮度，所述声音采集模块用于采集道路上的声音信息并根据声音信息检测路上的行人和车辆，所述红外感应传感器用于检测道路上的人流量信息和车流量信息。

3.根据权利要求1所述的路灯物联网系统，其特征在于，所述监控模块包括细颗粒物检测模块和图像采集模块，其中，所述细颗粒物检测模块用来定性的检测空气中的PM2.5数值以定性分析空气能见度，所述图像采集模块采用摄像头采集道路视频信息并通过高覆盖率的监控网络实现对路灯和道路的实时监控和精准定位。

4.根据权利要求3所述的路灯物联网系统，其特征在于，所述数据传输层通过Arduino端口与所述数据感知层的传感器连接，并将所述数据感知层采集的数据上传到Arduino，进而实现根据环境参数控制路灯的明暗程度。