DIY智能路燈系統(tǒng)工作線路圖詳解

在某個空無一人的夜里，闌珊的路燈下，你走到了家門口，在微光下找到了鑰匙，拖著疲憊的身軀，步履蹣跚地走進門。這個場景或許你也很熟悉，但是否你也想過，在半夜無人的街道上仍然勤奮工作的路燈們，其實對城市的能源消耗，也是一個不小的負擔呢？事實上，路燈系統(tǒng)大約耗掉了每個城市約 40% 的能量，而倘若能夠有一套比較智能的系統(tǒng)，可以使半夜的路燈僅在有人、車經(jīng)過時自動亮起，豈不是可以省下不少電嗎？來自瑞典的團隊 Thingsquare 意識到了這點，并利用無線連結與遠程遙控技術，DIY 了一個智能路燈仿真控制系統(tǒng)，我們一起來看看這個系統(tǒng)的背后原理還有運作模式吧。Thingsquare 團隊認為，智能路燈網(wǎng)絡除了比傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)節(jié)省約 50% 的電力之外，還有三個好處：第一是毀損偵測，可以在路燈有毀損時馬上掌握狀況，并實時修復；第二是自動控制，可以隨著陽光、尖峰時間和天氣的變化來控制路燈明暗；第三則是遠程手動控制，可以在有特殊活動，或是緊急狀況時直接控制路燈的開關。

為了達成有效的控制，他們使用 IPv6 網(wǎng)狀網(wǎng)絡的 sub-1 GHz 頻段來聯(lián)絡個別的路燈。一方面不需要使用到 3G 之類的公共設施，另一方面又有大范圍以及大尺度的傳播效果，同時還可以在路燈有問題時，進行自我修復以及系統(tǒng)更新，這些特性十分有利于路燈系統(tǒng)的采用。由于路燈都是由 LED 燈數(shù)組組成，并經(jīng)由控制器出 PWM 訊號給高功率 LED 驅動器，進而控制每個燈的明暗（所謂 PWM 即為脈沖帶寬調變，是利用改變脈沖的寬度來調控訊號大小的方法），因此 Thingsquare 團隊將此模型簡化，使用單一個LED燈替代一個路燈的數(shù)組，并用 TI CC1350 Launchpad 做為每一個燈的微控制器，直接發(fā)送 PWM 訊號給 LED 燈，再用 Raspberry Pi Zero W 做每個單一網(wǎng)絡閘門的連接。最后只要開啟該團隊自行設計的應用程序里就可以對分別的 LED 燈進行操控了！

圖、一般路燈的控制示意圖

圖、縮小版的模擬控制示意圖

在該團隊自行設計的 Thingsquare app 里面，除了可以將不同的燈設定成一個區(qū)域，比如一整條街可以設為一個區(qū)域一起控制，并針對不同區(qū)域安排不同種類的-「工作表」，讓它們乖乖照表操課，同時也可以透過手動控制，去分別調整個別路燈的明暗，這些功能在該應用程序里可以說是十分完整、應有盡有。手動調整 LED 燈的控制板原型。拉回現(xiàn)實，將以上的東西實現(xiàn)在現(xiàn)實中，還需要安裝，以及對每個路燈進行定位；而安裝是需要人力與材料成本的，所以能用最有效率的方法安裝大量的路燈顯得格外重要。在該團隊的程序里，可以接受三種定位方式：一種是直接接收 GPS 訊號，另一種是利用手機程序估計并記錄安裝當下的位置，最后一種則是手動定位。在每一個路燈安裝 GPS 固然很直接，但是會使得成本過于高昂——更何況路燈又不會亂走，所以最好的方式便是用手機紀錄安裝時的位置，之后再于程序中為偏離街道的路燈進行手動定位，如此便可以達成最有效率的定位。最后，Thingsquare 團隊認為，智能路燈網(wǎng)絡會是個價值數(shù)百億以上的商機，并因為 LED 和無線網(wǎng)絡的科技而有實踐的可能。這種不只能解省能源和花費，更能自動偵測損毀和群組管理的控制模式，現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)由 Thingsquare 的縮小版模型得到證實其可行性。剩下的，就是等一個愿意試驗的城鎮(zhèn)，將這些控制系統(tǒng)安裝在路燈內，對此該團隊抱持著非常大的期望。倘若這種系統(tǒng)能成功在大城市里面使用，或許未來的某一天，還能在深夜的市區(qū)看著銀河呢！