路况检测与分析的校园道路照明物联网系统路况感知终端设计
为了在保证照明安全的前提下减少校园照明浪费资源的情况，针对主干道路照明，开发了一种基于路况监测与分析的道路照明系统。本设计是上述系统的感知终端，设计是利用雷达传感器，光照传感器实现对车辆及行人信息的采集与传输，雷达传感器是利用多普勒频移效应及FFT算法实现车速测量。光照传感器则用于感知自然光线强度。再通过无线传输设备GSM将相关数据传送到后台。所传送数据包括代表感知终端节点身份的数据“1”，表示感知所在路段，路型的数据，其中路型包括T字型路型，+字型路型，直线型路型。还包括雷达传感器和光照传感器感知的路况信息数据。本设计能灵活、快速地感知节点附近的物体变化，并有效地将数据传递至后台。关键词 校园智能道路照明，LED，感知终端，雷达传感器，GSM通信
目 录
1 绪论 1
1. 1研究背景与意义 1
1. 2所涉及技术发展状况 1
1. 3国内外路灯照明感知终端关键技术 2
1. 4设计创新点 4
1. 5设计主要研究内容 4
1. 6本章小结 4
2 系统总体设计方案 4
2. 1需求分析 4
2. 2器件参数对比与选择 5
2. 3总体设计方案 7
3 感知终端硬件设计 10
3. 1硬件总体设计方案 10
3. 2各个模块硬件设计 10
4 程序设计 16
4. 1软件总流程图 16
4. 2双串口通信子流程图 18
5 系统测试与调试 20
5. 1硬件测试 20
5. 2软件程序测试 26
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录A设计电路原理图 31
附录A．1处理器最小系统原理图 31
附录A．2烧录模块原理图 32
附录A．3无线通信模块原理图 33
附录A．4雷达传感器模块&通信口指示灯原理图 34
附录A．5转换电压模块原理图 35
附录A．6光照模块&备用引脚原理图 36
附录B *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
感知终端PCB图 36
附录B．1 PCB图底层图 36
附录B．2 PCB图顶层图 37
附录C 感知终端实物图 38
1 绪论
1. 1研究背景与意义
近年来，基于路况监测与分析的智能路灯照明系统在世界各地迅猛发展[12]，特别是国内研究很多，也有一些运用于校园中，但成熟的技术较少。真正实际投入使用的基于路况监测与分析的校园智能路灯照明基本没有。
就目前我国大部分高校而言，主要路段路灯还采用传统高强度气体放电灯，消耗能源较多，且产生大量的热量，对环境产生负面影响。但为了保证道路照明安全大部分高校尚未替换该种路灯。有些高校也引进了太阳能LED灯，像我校在体育场及其附近使用的是太阳能LED灯，但并未用于主要路段，主要因为该路灯还存在道路照明安全方面的隐患。基于路况监测与分析的智能路灯照明系统可以满足大学校园对节能和保证道路照明安全的需求。
1. 2所涉及技术发展状况
1. 2.1路灯交通的发展现状
随着全球城镇化建设的推进，城市中路灯的数量越来越多，随之而来的是能源消耗越来越高，供电趋于紧张，节能的需求越来越强烈[3]。而在学术研究方面，关于节能路灯的学术关注从2007年开始逐渐增多，近两年趋于平缓，但属于高关注度行列。因此，建立智能照明调控系统势在必行。
而智能路灯照明是一个快速增长的市场。目前，世界上许多国家正在用智能LED路灯灯具取代传统的路灯。在全球范围内，世界上大约有2.814亿个路灯，预计到3.389亿年将达到3.389亿。传统的高强度气体放电灯(HID)消耗大量的能源，产生大量的热量。因此，越来越多的人意识到，全球需要减少煤能源的使用。波兰可以通过智能设备“打开”或“关闭”智能路灯。波兰最先进的智能路灯启用运动传感器，根据传感器极点附近有人或车辆运动调节光亮。据分析，2016年至2022年期间，智能路灯市场预计将会以40.3%（复合年增长率）的速度增长。目前，欧洲市场是智能路灯照明的最大市场，其次是美国。智能路灯照明市场的引领者是德国，英国和美国市场[4]。
我国智能路灯照明市场中原有的路灯节能控制方法，主要包括辅助节能设备和控制方法的完善两种，通过两种措施来实现节能目的。辅助节能设备运用节能光源和降压装置实现节能。控制节能选择时控节能。智能路灯节能控制系统设计方案的提出以原有路灯节能控制为原理，利用智能化的运用，实现路灯节能的简易化控制[5]。
市面上虽然也出现了不少LED路灯智能控制系统，但在实际工程应用中依旧以时控、光控居多，并且这些智能控制系统质量参差不齐、规格千变万化，与LED路灯的兼容性不足，一般都是LED灯具厂商给自己的灯具定制的系统，或者是灯具厂商与控制技术厂商之间紧密合作的成果，这就无形中阻碍了智能控制技术的推广和应用。
1. 2.2国内外技术发展
关于基于路况感知的照明节能研究方法大致有：1.根据一些算法安置照明设备，如kmeans聚集算法[6]，该算法能根据灯与路面距离，灯的亮度等因素最大限度地计算出一盏灯所能照亮的范围，以此来确定两盏灯之间的距离，从而在满足照明需求的同时最大限度地实现节能目的；2.采集大量数据，分析出不同时间段的同一路段的交通流量，建立相应算法调节灯光亮度，如文献[7]，该研究通过摄像头记录大量数据，并分析这些数据，得到一天内的路段流量分布，在此基础上调节路灯亮度。3.使用传感器智能调控照明设备实现节能，如2013年IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY发表的文献[8]，每盏灯都上都使用了存在传感器，光敏传感器感知路灯节点附近是否有人或车靠近，以此调控照明设备光亮，从而实现节能。
而路灯监控系统多采用无线通信智能化控制。目前，根据道路照明专业委员会的统计，全国811座城市中已有263座城市的道路灯管理监控采用了“无线三遥（遥控、摇信、遥测）智能化控制系统”[9]。
目 录
1 绪论 1
1. 1研究背景与意义 1
1. 2所涉及技术发展状况 1
1. 3国内外路灯照明感知终端关键技术 2
1. 4设计创新点 4
1. 5设计主要研究内容 4
1. 6本章小结 4
2 系统总体设计方案 4
2. 1需求分析 4
2. 2器件参数对比与选择 5
2. 3总体设计方案 7
3 感知终端硬件设计 10
3. 1硬件总体设计方案 10
3. 2各个模块硬件设计 10
4 程序设计 16
4. 1软件总流程图 16
4. 2双串口通信子流程图 18
5 系统测试与调试 20
5. 1硬件测试 20
5. 2软件程序测试 26
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录A设计电路原理图 31
附录A．1处理器最小系统原理图 31
附录A．2烧录模块原理图 32
附录A．3无线通信模块原理图 33
附录A．4雷达传感器模块&通信口指示灯原理图 34
附录A．5转换电压模块原理图 35
附录A．6光照模块&备用引脚原理图 36
附录B *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
感知终端PCB图 36
附录B．1 PCB图底层图 36
附录B．2 PCB图顶层图 37
附录C 感知终端实物图 38
1 绪论
1. 1研究背景与意义
近年来，基于路况监测与分析的智能路灯照明系统在世界各地迅猛发展[12]，特别是国内研究很多，也有一些运用于校园中，但成熟的技术较少。真正实际投入使用的基于路况监测与分析的校园智能路灯照明基本没有。
就目前我国大部分高校而言，主要路段路灯还采用传统高强度气体放电灯，消耗能源较多，且产生大量的热量，对环境产生负面影响。但为了保证道路照明安全大部分高校尚未替换该种路灯。有些高校也引进了太阳能LED灯，像我校在体育场及其附近使用的是太阳能LED灯，但并未用于主要路段，主要因为该路灯还存在道路照明安全方面的隐患。基于路况监测与分析的智能路灯照明系统可以满足大学校园对节能和保证道路照明安全的需求。
1. 2所涉及技术发展状况
1. 2.1路灯交通的发展现状
随着全球城镇化建设的推进，城市中路灯的数量越来越多，随之而来的是能源消耗越来越高，供电趋于紧张，节能的需求越来越强烈[3]。而在学术研究方面，关于节能路灯的学术关注从2007年开始逐渐增多，近两年趋于平缓，但属于高关注度行列。因此，建立智能照明调控系统势在必行。
而智能路灯照明是一个快速增长的市场。目前，世界上许多国家正在用智能LED路灯灯具取代传统的路灯。在全球范围内，世界上大约有2.814亿个路灯，预计到3.389亿年将达到3.389亿。传统的高强度气体放电灯(HID)消耗大量的能源，产生大量的热量。因此，越来越多的人意识到，全球需要减少煤能源的使用。波兰可以通过智能设备“打开”或“关闭”智能路灯。波兰最先进的智能路灯启用运动传感器，根据传感器极点附近有人或车辆运动调节光亮。据分析，2016年至2022年期间，智能路灯市场预计将会以40.3%（复合年增长率）的速度增长。目前，欧洲市场是智能路灯照明的最大市场，其次是美国。智能路灯照明市场的引领者是德国，英国和美国市场[4]。
我国智能路灯照明市场中原有的路灯节能控制方法，主要包括辅助节能设备和控制方法的完善两种，通过两种措施来实现节能目的。辅助节能设备运用节能光源和降压装置实现节能。控制节能选择时控节能。智能路灯节能控制系统设计方案的提出以原有路灯节能控制为原理，利用智能化的运用，实现路灯节能的简易化控制[5]。
市面上虽然也出现了不少LED路灯智能控制系统，但在实际工程应用中依旧以时控、光控居多，并且这些智能控制系统质量参差不齐、规格千变万化，与LED路灯的兼容性不足，一般都是LED灯具厂商给自己的灯具定制的系统，或者是灯具厂商与控制技术厂商之间紧密合作的成果，这就无形中阻碍了智能控制技术的推广和应用。
1. 2.2国内外技术发展
关于基于路况感知的照明节能研究方法大致有：1.根据一些算法安置照明设备，如kmeans聚集算法[6]，该算法能根据灯与路面距离，灯的亮度等因素最大限度地计算出一盏灯所能照亮的范围，以此来确定两盏灯之间的距离，从而在满足照明需求的同时最大限度地实现节能目的；2.采集大量数据，分析出不同时间段的同一路段的交通流量，建立相应算法调节灯光亮度，如文献[7]，该研究通过摄像头记录大量数据，并分析这些数据，得到一天内的路段流量分布，在此基础上调节路灯亮度。3.使用传感器智能调控照明设备实现节能，如2013年IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY发表的文献[8]，每盏灯都上都使用了存在传感器，光敏传感器感知路灯节点附近是否有人或车靠近，以此调控照明设备光亮，从而实现节能。
而路灯监控系统多采用无线通信智能化控制。目前，根据道路照明专业委员会的统计，全国811座城市中已有263座城市的道路灯管理监控采用了“无线三遥（遥控、摇信、遥测）智能化控制系统”[9]。
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