基于太阳能的智慧照明系统设计

王坤阳，刘 洋

（南京林业大学，江苏 南京 210000）

0 引 言

智慧照明系统上集成了太阳能供电部分，太阳能电池板由32个电池片串联组成，使用的电池有2类，具体有铅酸电池和锂电池。

4G网络改变了人们的交流方式，但是难以应对新业务不断涌现，5G应运而生，有效保障了低时延数据传输。5G作为一种新型移动通信网络，不但解决了人与人之间的通信，而且还满足远程医疗、工业控制的需求[1]。

灯杆的智慧化改造，使管理人员可以对每盏路灯进行联网控制。智慧照明系统中使用了5G技术，从4G到5G传输速率成百上千倍提升，高速率促进了移动互联网的普及和繁荣。

1 智慧照明系统主要功能

1.1 视频监控功能

智慧照明系统通过在灯杆上集成安防监控设备，实现对城市各类设施和事件的智能监控[2]。

1.2 紧急救助功能

智慧照明系统有紧急求助功能，便于户外紧急呼叫。当群众遭遇突发情况，可以使用求助功能，及时呼叫监控中心，获得援助。

1.3 Wi-Fi功能

智慧照明系统为市民提供免费Wi-Fi上网服务，市民通过手机扫码自动连接网络，享受便捷上网服务。

1.4 充电功能

智慧照明系统集成了充电装置，方便新能源汽车充电。智慧照明系统支持扫码支付，为市民带来便利。智慧照明系统充电桩的具体优势有，支持纯电动和混动充电、支持扫码支付、支持快速充电。

1.5 环境监测功能

智慧照明系统可以监测多种环境信息，具体有温湿度、PM2.5、PM10等。气象传感器应用广泛，可实时监测城市环境信息，实现数据同步共享。

1.6 广告发布功能

LED屏幕在智慧照明系统中发挥着重要的作用，体现出智慧照明系统的智慧与共享。在LED屏幕上可以实时显示气象信息、交通信息、市政信息、公益宣传等，同时LED屏还是一个户外广告媒体投放设备，通过投放广告获得项目收益。相比于传统的广告牌，它更加满足广告投放的精准度与个性化需求[3]。

1.7 广播功能

智慧照明系统具有广播功能，可以让群众及时获知信息。该系统可起到公益宣传、消息通知、应急指挥的作用，有效提高城市的应急管理能力。

2 智慧照明系统的架构设计

2.1 智慧照明系统的硬件构成

图1为智慧照明系统的框架图。智慧照明系统的硬件由主板、传感器、外接设备和服务管理平台等部分构成。其中，主板包括各类模块、电路和接口，是核心控制系统；传感器用于捕捉环境中的各类参数；外接设备则实现供电和图像采集等功能；服务管理平台用来实现运维和监控等管理功能[4]。

图1 智慧照明系统框架

2.2 后台框架设计

本系统采用分布式架构，支持设备通信、数据存储及用户服务的集群部署。考虑到软件版本、安装步骤、启动顺序等问题，使用目前市场常用的Docker部署方式[5]。

2.2.1 用户管理

（1）支持多级用户。平台将用户分为3个等级，分别为生产商、集成商、运营商。生产商可以创建并管理集成商账户，管理生产设备的基础数据如型号、模式等，查看系统的所有接入设备。集成商可以创建并管理运营商账户，查看创建的运营商所管理的所有设备。

（2）支持用户增删改查。用户都是由上级用户创建管理，通过用户中心修改个人资料如密码等信息。

2.2.2 首页统计

用户登录系统，根据用户级别查看相应设备数据统计数据，如地图展示、图形报表等。

其中地图展示包括以下内容：（1）设备坐标展示；（2）设备状态展示，基于约定颜色标识各种运行状态，如故障、亮灯、关灯；（3）点击图标弹出设备实时数据。

2.2.3 数据分析

数据分析主要包括：（1）支持时间区间查询；（2）支持单个设备查询；（3）支持图表展示；（4）支持详细数据展示；（5）统计设备能耗。

2.2.4 故障管理

故障管理主要包括：（1）支持故障查看，并提供有效的解决方案；（2）故障上报频率是一天一次；（3）按灯具故障进行细分。

2.2.5 设备管理

设备管理主要包括：（1）设备导入；（2）设备分组；（3）设备数据编辑；（4）设备地图定位。

2.2.6 用户交互服务的部署

用户可以通过浏览器查看和操作设备。

2.2.7 缓存数据存储集群

缓存在平台系统中很重要，它负责很多功能，比如设备上电记录、照明方案、交互模式存储等，所以缓存服务器必须保证稳定运行。

Redis集群部署原理如图2所示。由于考虑后期数据量比较大，要保证其安全稳定，采用Rediscluster方式部署。并且使用一主多从的方式。当一台主机宕机后备机能够及时替换。保证服务不间断进行。

图2 Redis集群部署原理

本系统选择的内存数据库是Redis，其包含以下优点：（1）数据结构简单，易于扩展；（2）支持海量数据读写；（3）处理速度快；（4）响应速度快；（5）支持高并发；（6）支持多种语言进行开发；（7）支持多种数据类型。

2.2.8 持久化数据远程备份

如图3所示，关系存储选择MySQL数据库，作为业务数据的存储，为用户交互提供可靠的数据保障。建议使用双主机模式，保证数据实时同步备份，出现宕机能够及时替换。离散存储选择InfluxDB数据库,负责存储传感器等离散数据。

图3 Redis集群部署原理

3 智慧照明系统的应用场景

智慧照明系统在多种场景下均可运用，具体如下。

3.1 智慧社区

智慧照明系统应用在社区中，不但可以为居民提供照明服务，而且可以对治安复杂区域进行实时监控。通过对高清图像智能识别，可有效维护社区安全。智慧照明系统通过物联网与智慧垃圾桶实现互联互通，智慧垃圾桶安装有各类传感器，可以帮助居民实现垃圾分类和循环利用，维护社区环境卫生。智慧垃圾桶会对桶内的垃圾量进行检测，计算出桶内垃圾的累积量，保证垃圾桶资源的合理配置[6]。

3.2 智慧校园

在幼儿园应用智慧照明系统，搭建物联网平台，借助智慧照明系统的广播、视频监控功能，方便家长和老师实时监控幼儿园小朋友的学习、生活、玩耍状态。

3.3 智慧景区

在旅游景区应用智慧照明系统，构建物联网平台，可以动态监测景区的人流量和车流量，智慧引导交通，科学疏导游客。人脸识别技术有助于快速查找失散游客。

3.4 智慧交通

智慧照明系统可应用于道路交通领域，借助智慧照明系统的照明和视频监控功能，可以为夜间交通运行提供照明服务。智慧照明系统可以协助电子警察智能执法，规范交通秩序。智慧照明系统可以在服务区为车主提供免费Wi-Fi上网服务和道路交通信息指南。

4 结 论

本系统结合智慧照明系统的特点，灵活运用数据库技术、嵌入式开发技术、软件开发技术，实现智慧照明。