基于物联网的城市路灯智慧照明控制系统研究

摘要

随着云计算、大数据、AI等高科技的发展，传统的城市路灯已逐渐无法满足人们生活的需求，城市的建设已经由传统城市向新型智慧城市转变，而城市路灯智慧照明控制系统作为新型智慧城市的重要组成部分将发挥举足轻重的作用。城市路灯照明控制如手动、感应式和定时控制方式存在智能化程度低、电能浪费、维护困难及缺少人性化等问题，而智慧照明从智能调光、节能、快捷维护和人文关怀等角度考虑，为人们道路出行提供舒适绿色的照明。 城市路灯智慧照明控制系统涉及的技术包括：系统电路设计、ZigBee、GPRS、后台软件、移动APP和智能调光等。该系统由路灯节点控制器、集中控制器、云服务器、后台管理系统、手机APP和数据库六部分组成。 本文主要研究内容：首先设计了拥有光照强度、车流量、电压电流数据采集和ZigBee组网等功能的路灯节点控制电路；其次设计了具有数据中转及远程无线通信功能的集中控制器电路；再次开发了具备数据分析处理、显示、地图定位和故障报警功能的后台管理系统与手机APP；最后研究了可根据不同人车流量、光照强度等环境因素自动改变调光等级的有向无环图六分类智能调光算法。 本文的创新点：针对城市路灯调光不及时、不准确和智能化程度低的问题，提出有向无环图支持向量机(DAG-SVM)六分类智能调光算法。该算法首先采用最小序列优化方法提高支持向量机解最优解的速度；然后选用线性、多项式和高斯核函数的支持向量机构建有向无环图支持向量机六分类调光模型；最后再利用该调光模型对人车流量、光照强度等数据进行分类，后台管理系统根据分类结果下发相应的调光等级指令，以实现系统智能调节路灯亮度。 系统测试结果表明：采用了有向无环图支持向量六分类调光算法的智慧照明控制系统不仅调光更智能准确，而且系统节能达到63.0%，与传统的手动、感应式和定时路灯控制方式相比，节能效率分别提升57.5%、14.5%和5.0%。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容和论文结构

第2章 城市路灯智慧照明控制系统方案设计

2.1 系统功能需求分析

2.2 系统总体结构

2.3 系统主要硬件配置

2.4 后台管理系统

2.5 智慧照明系统APP

2.6 数据库

2.7 本章小结

第3章 系统无线通信网络技术

3.1 ZigBee通信网络

3.2 GPRS通信技术

3.3 本章小结

第4章 系统硬件电路的设计与实现

4.1 系统硬件电路设计思路

4.2 路灯节点控制器硬件电路设计

4.3 ZigBee协调器硬件电路设计

4.4 集中控制器硬件电路设计

4.5 GPRS硬件电路设计

4.6 本章小结

第5章 系统软件开发与多分类调光算法的设计

5.1 云服务器

5.2 云服务器数据传输原理

5.3 数据转发助手

5.4 基于PC终端的后台管理系统功能设计

5.5 基于移动终端的智慧照明系统APP功能设计

5.6 MYSQL数据库

5.7 DAG-SVM六分类智能调光算法

5.8 本章小结

第6章 系统功能测试

6.1 系统测试内容

6.2 路灯节点控制器组网时间测试

6.3 路灯节点控制器组网距离与通信距离

6.4 路灯节点控制器组网容量测试

6.5 路灯节点控制器上传电流电压数据误差测试

6.6 系统手动分等级调光测试

6.7 路灯故障报警测试

6.8 DAG-SVM六分类调光算法性能和系统整体节能效果测试

6.9 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目和成果

致谢

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