摘 要

本文利用物联网相关技术针对当前高速公路路灯网络设计了一个能够对周围环境状况如车流，环境明暗度等做出智能调控路灯灯光等的系统，该系统具有智能识别，大雾预警，环保节约，维修报警等功能，对我国高速公路发展现状具有一定实际意义。

论文主要研究了将物联网运用于高速公路路灯的路灯智能控制系统的实现，运用传感器检测车流以及环境明暗度，再通过单片机控制路灯的开启与关闭，而不必使路灯处于常开的情况从而达到节能的目的，同时辅以pwm恒流源驱动模块，摄像头，故障检测模块，led显示模块等实现更为精确且节能的智能控制。

研究结果表明物联网在路灯控制系统方面的运用是十分有效的，它能将各种信息及时汇总并传输处理，不用怀疑它将在会在未来有一个更加美好的应用前景。

本论文的特色在于将物联网与单片机等结合来实现信息的及时接收与处理，达到智能控制路灯的目的。还可以在本设计的基础上进行一系列的扩展设计，最终可以较好的设计出一个符合我国高速公路路灯现状的完备系统。

关键词：物联网 路灯 智能控制

Abstract

This paper uses the Internet of things, single chip computer, monitor and so on to design a system that can make intelligent control of street lights and so on to the current highway street light network, this system has the function of intelligent identification, fog early warning, environmental protection saving, maintenance alarm and so on. It has some practical significance for the development of expressway in our country.
The paper mainly studies the current situation of the street lamp intelligent control system that applies the Internet of Things to highway street lights, uses sensors to detect traffic flow and environmental darkness, and then controls the opening and closing of street lights through a single chip microcomputer, without having to keep street lights on the regular switch. The purpose of energy conservation, At the same time, PWM constant current source drive module, camera, fault detection module, led display module to achieve more accurate and energy-saving intelligent control.

The feature of this thesis lies in the combination of the Internet of Things and the single chip microcomputer to realize the timely reception and processing of information, to reach the intelligent control of the street lamp mother. It is also possible to carry out a series of extended designs on the basis of this design. Finally, it is possible to design a complete system that conforms to the current situation of highway street lights in China.

Key Words：Internet of Things Single chip Intelligent control

目录

第一章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3物联网概述 2

第二章 设计的内容及方案选择 4

2.1设计的主要研究内容 4

2.2设计方案 5

2.3系统整体方案选择 7

第三章模块电路的设计 8

3.1主控单元设计 8

3.2 显示模块设计 8

3.3 外界环境检测模块设计 9

3.4 时钟模块设计 10

3.5 故障检测电路 10

3.6 通信模块 11

3.7恒流驱动源模块 12

3.8人工控制模块 12

第四章 系统设计 13

4.1系统框图 13

4.2软件流程图 14

4.3模块电路 15

4.3.1晶振电路 15

4.3.2光电检测电路 16

4.3.3 LCD 液晶显示电路 17

4.3.4 DS1302 时钟芯片电路 18

4.3.5按键电路 18

4.3.6 路灯控制电路 19

4.3.7整体电路设计 20

4.4 软件仿真 21

第五章 总结 24

5.1设计结论 24

5.2 遇到的问题 24

5.3 感想及收获 24

参考文献： 25

第一章 绪论

1.1目的及意义

当前我国的高速公路仍然处于快速发展的阶段，近年来愈来愈多的高速公路陆续出现在在城与城省与省之间，带给了我们时间与空间的便利，在车流日益增加的今天，交通事故的发生率更加不容小视。但大多数高速公路确实呈现一种几乎或是完全没有路灯的状况，这是由于高速公路的路程及其漫长，高速公路路灯的耗能极其恐怖，对环境也存在破坏，高速公路路灯的设置与能源以及环境保护有着难以调和的矛盾。高速公路的车辆速度很高一些恶劣的天气，如大雾和大雨往往是交通事故的主要原因。因此，高速公路路灯是必不可少的。物联网可以控制路灯。如果你安装相机或其他设施，你可以实现更多的功能。如远程监控和雾警等等。随着中国经济的持续发展，在高速公路上奔跑的车辆也将会越来越多，但于此同时，迫切需要解决车辆与道路、交通与环境的矛盾，物联网在高速公路上的应用将更加广泛。随着社会的发展，能源问题越来越受到人们的关注。在许多沿海城市，电力供应相对紧张。因此，国家利用西部地区的电力资源，加大对东部沿海城市电力需求的调控力度。在如此广域的高速公路应用范围里，智能化路灯将发挥非常强大的节能、调控作用，高速路灯智慧化会是成为必然。

1.2国内外研究现状

事实上，物联网技术在欧美的应用已经有了一些成熟的技术。表现主要有以下几个方面：驾驶辅助、交通监控与协调、货运跟踪、电子收费与停车管理等。如果你想它能智能控制汽车灯光亮度。在欧洲和美国的一些道路上，自动交通灯可以通过各种传感器或摄像机检测各个方向和车道上的交通流量，从而相应地调整相应交通灯的时间间隔。例如，在美国的许多十字路口，当夜间交通稀少时，左转灯通常在红灯下很长一段时间，当有车辆向左转时，系统可以自动将左转灯转绿。这不仅有助于直接车辆的顺利通过，而且还保证了左转弯车辆的快速通过。在中国物联网应用也有成功的例子。关沈高速公路，长约56公里。原来的路灯已经建成10多年了。旧路灯使用时间长，设备陈旧，灯具老化严重，能源利用率低。此外，照明控制自动化程度低，信息水平低，不仅严重浪费电力，而且还需要投入较高的日常维护成本。关深高速公路完成了一段智能化路灯改造，每年可节约用电1.5748度，路面亮度提高10%以上。随着中国公路工业的快速发展，公路也向智能化公路发展。，为解决交通与环境的矛盾，引入物联网技术设计基于物联网的高速路灯智慧路灯控制系统，达到智慧节能以及特殊路段和特殊天气的指示灯的控制等目的。

1.3物联网概述

物联网(物联网)技术是结合互联网和传统电信网络来实现信息的传输，通过网络它可以将所有独立的对象联合在一起。物联网包含了无线网络，因为任何一个人都可以处于一个被2000到6000台设备包围的环境，所以物联网能够覆盖方圆至少400到1000的地域^【3】。在这个物联网上，任何一个人都可以通过电子标签即rfid将物体连接到这样一个网络上，然后通过物联网就可以确切地找到它们的准确位置。通过物联网，中央计算机可以实现集中管理、控制和修改机器、设备、人员和物品，远程控制家用设备、汽车等，以及查找指定地点，有效防止物品被盗等功能。这是一种集自动收集和管理的系统，它将来自移动电话的微小数据合并成一个庞大的数据库网络，包括重新设计道路以进行重大社会变革以减少车祸、灾害预测和犯罪预防、流行病管理和控制等。

有了物联网，现实生活变得数字化，物联网也因此具有十分广泛的应用。物联网将分散的信息连接起来，更好地管理对象之间的数字信息，物联网的应用主要包括物流、交通、医疗、家庭、办公、工厂、个人、社会等领域，具有非常广阔的应用前景和市场。。

在物联网的基础上，利用RFID等技术，建立了一个包含世界上所有对象的网络。在这个网络中，对象可以在没有人为干预的情况下“交谈”。其实质是利用射频自动识别技术，通过计算机互联网实现货物的自动识别和信息共享。

射频识别(RFID)技术是一种能使物体“说话”的技术，在物联网中，将有效的操作信息存储在RFID标签中，通过无线数据网络传输到中央信息系统，从而实现对象和对象的识别。通过开放的计算机网络，实现信息的交换与共享，以及商品的透明管理。

物联网概念打破了之前的传统思维。过去的思路一直是把独立的实体基础设施和IT基础设施相互分开:一方面是机场、公路、房屋等,另一方面是数据中心,个人电脑、宽带等。在物联网时代,电缆与芯片、宽带融合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的平台,世界的运转在它的上面完成,其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至人类生活等。

特征:

（1）全面感知功能，它是利用rfid和传感器等技术，再通过对qr码的扫描，可以随时随地获取信息。;

（2）可靠传输功能，它通过与各种电信网和因特网的信息交换集成，及时准确地传送物体的信息;

（3）智能处理,它利用云计算与模糊识别等各种智能识别技术,对海量的数据和信息加以分析、处理,对物品实施智能化的控制与管理。

物联网在高速公路智慧路灯控制系统上的应用,从技术架构上来看,可分为设备层、感知层、网络层、应用层四层。设备层为各种智慧交通系统设备,通常包括交通同信息采集设备、交通信息处理设备、交通信息发布设备和交通信号控制设备。感知层由各种传感器以及传感器网关构成,包括RFID标签和读写器、非接触式IC卡和IC卡读写器、M2M终端和传感器、摄像头、GNSS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢,它是物联网获识别物体,采集信息的来源,其主要功能是识别物体、采集信息,并且将信息传递出去。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成,相当于人的神经中枢和大脑,负责传递和处理感知层获取的信息。

应用层是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口,它与智慧交通需求结合,实现物联网在智慧交通方面的应用。

国际电信联盟(ITU)将射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术列为物联网关键技术。其中,RFID也被公认为是物联网的构建基础和核心。中科院软件研究所专家认为,物联网的关键技术包括物体标识、体系架构、通信和网络、安全和隐私、服务发现和搜索、软硬件、能量获取和存储、设备微型小型化、标准。

物联网是在计算机互联网的基础上,利用RFID等传感器、无线数据通信等技术,构造一个覆盖世界上万事万物的网络。网络中物品能够彼此进行"交流",无需人干预。实质是利用RFID技术,通过计算机互联网实现物品自动识别和信息互联与共享。而RFID是让物品相互沟通的一种技术。物联网中,RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的"透明"管理。

目前,美国的IVHS、日本的VICS等系统通过车辆和道路之间建立有效的信息通信,已经实现了智慧交通的管理和信息服务。而Wi-Fi、RFID等无线技术近年来也在交通运输领域智能化管理中得到了应用,如在智能公交定位管理和信号优先、智能停车场管理、车辆类型及流量信息采集、路桥电子不停车收费及车辆速度计算分析等方面取得了一定的应用成效。

据物联网在线了解,未来车联网将主要通过无线通信技术、GNSS技术及传感技术的相互配合实现。在未来的车联网时代,无线通信技术和传感技术之间会是一种互补的关系,当汽车处在转角等传感器的盲区时,无线通信技术就会发挥作用;而当无线通信的信号丢失时,传感器又可以派上用场。

第二章 设计的内容及方案选择

2.1设计的主要研究内容

本设计的主要研究内容是运用物联网技术来实现高速公路路灯的智能化，即能够实时地获取高速公路环境信息，并及时针对性地采取对路灯亮度，开关等调控措施，达到节约能源或者降低高速公路交通事故发生的可能性等目的。其核心在于对环境信息的感知及处理，这就要运用到物联网技术里的传感器，射频识别，电信网络等技术将信息收集，传递并处理。一般情况，高速公路车流量较小，可以让路灯进行自动化的控制，自行根据天气，车流来控制自身亮度，以减少人的工作量，提高管理效率，而当节假日等高峰期，车流量较大时加以人工调控，这就需要对每盏路灯进行即能独立又可统一的调控设计。

物联网技术即传感技术、通信技术与嵌入式计算技术的发展,使物理空间中越来越多的物品具有了信息处理、感知执行、数据存储和通信等能力,它们不仅能够标识自身相关的属性信息,而且还能采集所处环境的物理信息,不仅如此，可以设置一定的命令执行对物理环境的操作，将这些物体成为智能物体。各种智能物体能够基于现有的通信基础设施(一般指互联网)并与之互联起来,形成动态的松耦合系统,此系统也被称作被称为物联网.物联网不仅可以使物理空间中的物品之间可进行信息交换,还可以使它们与信息空间中的计算资源、社会空间中的用户进行融合计算,进而实现用户对物品的精确识别、定位与跟踪,以及对物理世界的实时监控和智能管理.因此,物联网系统也被认为是建立在互联网之上,融合了物理空间、信息空间和社会空间的叠加网络。将物联网技术引用到高速公路路灯控制之中，实现对路灯的智能控制。

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