大连东软信息学院 辽宁省大连市 116000
摘要：随着物联网、互联网、云计算等新一代信息技术的广泛应用，智慧城市已成必然趋势，近年来智慧城市新政频出，我国各大城市掀起了智慧城市建设高潮。物联网技术逐渐应用到城市基础设施建设中，特别是与城市道路照明设施的关系日益紧密。路灯是城市照明的载体，在市政道路设施中是不可或缺的设施，发挥着举足轻重的作用。探讨路灯灯杆通过运用通信互联网的功能，将功能照明、视频监控、交通管理、环境监测、充电桩、公共广播、无线通信等融为一体的智能灯杆照明系统。
关键词：物联网技术；智能灯杆系统；设计
引言
智能灯杆是在路灯杆上集成了除照明设备之外的各种传感器及感知设备，如充电桩、信息发布屏、高清摄像头、应急报警、通信基站等，利用新兴信息通信技术，具备多重公共服务功能的新型基础设施。随着5G时代的到来，搭载了5G通信基站的智能灯杆也进入了高速发展的时期。然而，智能灯杆不仅是技术上的整合，更是管理机制上的创新，应成为城市治理效能提升的有效支撑。
1智能灯杆主要功能
（1）智慧照明：城市道路智能照明，实现信息化管理和节能减排，提升道路照明对社会的服务能力；
（2）视频监控：安防网格化监控、车辆监控、实时人流的监测；
（3）智能城管：特殊人群、市政设施监控，实现城市级安全预警；
（4）环境检测：包括PM2.5，扬尘、烟雾、光照、温湿度等；
（5）LED信息屏：基于路灯杆，安装LED信息发布屏，实现城市级各类信息的发布，包括广告、交通流量、公共交通信息、停车库引导信息等；
（6）WIFI覆盖：根据需要对于特定的区域进行WIFI的全覆盖；
（7）公共广播：用于发布新闻和区域信息、提供背景音乐以及用于寻呼和强行插入灾害性事故紧急广播等等；
（8）5G微基站：毫米波高频率信号，N多微基站群保证5G信号覆盖范围；
（9）一键报警：如遇突发情况，可迅速一键拨通110报警电话，根据灯杆GPS定位即刻知道报警地点；
（10）充电桩充电站：用于手机、电动自行车、电动汽车充电，充电桩和充电站可以支持刷卡或扫码付费。
2智能灯杆发展状况
根据公开数据显示，截至2017年，全国各类杆体数量超过7000万根，其中城市智能灯杆2741.1万根，视频监控杆876.1万根，通信塔杆200万根，其他杆体300万根，路边照明智能灯杆、监控杆、行人指示牌，运营商通信杆等多杆林立，背后引发的资源浪费问题值得深思：杆体规模庞大，建设管理混乱，产权不一；维护单位资质能力欠缺，维护不力，这些都给城市管理带来一定难度；部分单位在实施建设时盲目，以需求为导向，缺少整体规划，在杆体的选址布点上极具随机性，造成所建设的杆体杂乱无章而缺少管理；反复开挖路面布放线缆，贪图便利私自拉接电线的等现象时有发生。
3基于物联网技术的智能灯杆系统设计策略
3.1系统框架设计
系统大致分为客户端与机房端两个大的部分，其中，系统框图(点对点)如图1所示。
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图1系统框图(点对点)
客户端部分(即智能灯杆)是由一个STM32最小系统板为核心，扩展出LED灯、LCD显示屏、扬声器、传感器及摄像机模块，综上作为一个智能灯杆实物模型，并通过扩展的以太网接口与无线网桥(基于Wi-Fi的无线收发设备)客户端相连。机房端部分主要是由计算机上搭建的一个上位机为主，它作为与客户端之间数据交流的控制平台，具有操作预览界面及多状态控制按钮并带有数据计算处理回传功能，而计算机将通过以太网接口与无线网桥相连组成机房端部分。
3.2系统硬件设计
该智能灯杆的是一个以STM32F429ZET6为核心的最小系统板，包含SPI，I2C，USAＲT等多种通信方式，扩展了智能灯杆所需的功能模块和实现数据通信的传输接口，支持3～5V供电。其中与无线网桥连接部分，扩展了采用全硬件协议栈技术的W5500以太网模块，它通过硬件逻辑门电路实现复杂的TCP/IP协议簇，具有高速、可靠、安全性高等显著优势。对光照数据采集部分，扩展了GY—30数字光强度检测模块，通过内置的16bit模数转换器，直接数字输出，且灵敏度接近于人体视觉。照明部分，采用Phillip的恒亮型LED灯，通过扩展的一路光耦继电器模块，以高低电平触发方式控制照明。其中，接收高低电平触发引脚与STM32的PB5引脚相连，LED1作为功能指示灯，LED2作为电源指示灯。视频监控部分:扩展了一个OV5640摄像头模块，具有500万像素，可连续自动对焦，通过DCMI接口与板间通信;显示部分:扩展了一块LCD显示屏，通过板上的SPI接口控制输出;音频部分:扩展了WM8978音频解码模块，通过I2C接口实现音频传输。无线网桥以一块MTK的MT7628芯片作为核心，内嵌了802．11b/g/n三种通信标准、多个高速以太网端口、AES安全引擎，外设部分扩展了两个LAN端口作为与STM32的以太网接口，其中一个LAN端口支持POE供电，另含有一个电源指示灯，两个LAN端口指示灯，一组信号强度指示灯，天线采用内置集成的定向天线，无线网桥支持12V供电。
3.3系统软件设计
3.3.1上位机系统
上位机使用Qtcreator为开发平台，基于C++语言编写程序，实现图形界面功能。其中，通过调用下位机以太网的API接口实现与下位机之间的数据通信，主要功能包含实时图像显示、捕捉，实时更新图片与音频，集中开关设备，灯杆状态显示，传感器返回值显示等功能。
3.3.2下位机系统
片上系统采用微型的μC/OSIII系统，它基于ＲOM运行，可以进行抢占式的实时多任务调度，并在此之上编写了Socket通信程序，实现上位机与下位机之间的网络通讯。
4国内应用案例
国内有很多地方实现了智能灯杆的使用，主要为在原有灯杆上进行改造或整杆新建，以下列举两个国内应用的案例。
4.1贵阳滨河智慧景观照明项目
该项目应用于2017年，作为贵阳市“建新城，疏老城”城市战略发展的一部分，贵阳市西路环境综合整治被列为贵州省、贵阳市的省市两级重点项目，改造后的西市路将成为贵州省首条滨河商业步行街。以智慧庭院灯作为载体，整合灯体的智能控制、水位监测、人流密集度监测、人脸识别、WiFi覆盖、道路情报信息及环境监测等。
4.2西安高新区智慧照明项目
该项目应用于2019年，在西安市、甚至是整个西北地区安装的第一批智能灯杆，加载了LED照明、5G微基站、视频监控、WiFi信号、环境监测、智能井盖管理、停车位管理等功能模块，在完成照明的基础上，同时承担其他公共服务，实现了多杆合一、互联互通、一杆多能。
结语
5G通讯时代在2019年正式开启，给智能灯杆赋予微基站载体功能的大机遇，智能灯杆的上端适宜安装5G微基站。将5G微基站安装在智能灯杆上可完美的融入城市景观中。因此，5G微基站给予智能灯杆的发展一个极好的机会。未来，6G将采用低轨卫星承担基站功能。
参考文献
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