基于无线传感网的高速公路防大雾路灯控制系统设计

陈 新

（福州工商学院信息工程系 福建 福州 350715）

1 引言

近年来，我国部分地区，特别是北方，高速公路事故发生率较高，究其原因，就是高速公路在大雾等恶劣天气环境下，能见度很低，司机实现受阻导致的。本文采用物联网技术和路灯控制技术，使得在极端天气下，智能控制路灯开启和调亮，从而避免交通事故的发生。该路灯控制系统采用ZigBee 技术，ZigBee 是一组基于IEEE 批准通过的802.15.4 无线标准，是一个有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。ZigBee 是一种短距离、低复杂度、低耗能、低速率、低成本的无线短距离双向网络通信技术。因此非常适合在照明系统中应用[1]。

ZigBee 技术可构建由数万个无线数据传输模块组成的无线数据传输网平台，类似CDMA 网或GSM 网。网络节点间距可从75 米到几百米不等，最长可达到几公里。另外，ZigBee 网络可实现与现有各种网络平台互联互通，这就使得它与物联网云平台连接一起协同工作成为可能。目前，基于ZigBee 无线网络的应用已渗入到医疗、家居、交通、室内定位等各种领域[2-6]。

ZigBee 是可以支持大量节点的无线通信技术，在无线传感器组网方面已经得到广泛的研究和应用，因此也正适合高速公路路灯场景的应用[7]。

2 系统设计

2.1 设计原理

高速公路上无市电，可以设计每隔固定距离（比如50 米）安装一台LED 照明灯，每台照明灯配备一个安装有传感器的ZigBee 节点模块。这样，总共安装了多个ZigBee 节点模块，通过无线传感网络与ZigBee 无线通信模块通信，并将传感器实时获得的温湿度等数据发送给无线通信模块，无线通信模块则通过串口与上位机连接，并把接收到的温湿度等数据发往上位机，系统管理员根据上位机接收到的温湿度数据发出控制路灯开灭和亮暗指令，控制指令被发送到无线通信模块，再由无线通信模块转发到各个节点模块，节点模块的微控制器则通过电源模块和LED 驱动模块实现对路灯的控制。本系统架构图见图1 所示。

图1 系统架构图

2.2 系统硬件设计

本系统主要分为三大组成部分：上位机、ZigBee 无线通信模块、若干ZigBee 节点模块。上位机主要由PC 机构成；ZigBee 无线通信模块主要由通信模块、LED 灯组成；ZigBee 节点模块主要由通信模块、温湿度传感器和LED 路灯模块组成。

每个ZigBee 节点模块既可以向ZigBee 无线通信模块发送自己收集到的温湿度数据，还可以广播方式转发其他节点模块的温湿度数据，这样，ZigBee 无线通信模块可以获得最远距离的ZigBee节点模块搜集到的温湿度数据，最后打包发给上位机。

2.3 系统软件设计

控制系统从下而上分为数据采集、数据处理和数据展现三个层次。数据采集就是通过若干ZigBee 节点模块分别采集现场的温湿度数据，并把这些温湿度数据通过ZigBee 无线通信模块传给上位机；数据处理就是上位机把这些温湿度数据存储到MySQL 数据库中保存，并把超过限度的数据重点找出来；数据展现就是把超过限度的温湿度数据及其对应的位置号码显示在上位机屏幕上，供管理员参考并报警。

3 系统测试

实验过程中，笔者注意到每个ZigBee 节点模块都会自动采集现场的温湿度数据，并实时发给ZigBee 无线通信模块，再发给上位机，显示在上位机调试助手软件上，相关数据可以存储在MySQL 数据库中，超过限度的温湿度数据和位置号会显示在相关软件的界面上，并发出警报提醒管理员注意。

4 结语

本人在实验室中模拟了高速公路在大雾等极端天气环境中，路灯控制系统可以根据实时监测的温湿度数据来控制路灯开灭和亮暗。因而，它可以满足高速公路防大雾的照明需求。在无市电环境下，本系统还需要配备太阳能电池板和蓄电池作为供电电源。