智能路灯系统太难?小型路灯仿真系统这样做

  图 by Photocurry via Pixaday CC0 Creative Commons

  在某个空无一人的夜里,阑珊的路灯下,你走到了家门口,在微光下找到了钥匙,拖着疲惫的身躯,步履蹒跚地走进门。这个场景或许你也很熟悉,但是否你也想过,在半夜无人的街道上仍然勤奋工作的路灯们,其实对城市的能源消耗,也是一个不小的负担呢?

  事实上,路灯系统大约耗掉了每个城市约 40% 的能量,而倘若能够有一套比较智能的系统,可以使半夜的路灯仅在有人、车经过时自动亮起,岂不是可以省下不少电吗?来自瑞典的团队 Thingsquare 意识到了这点,并利用无线连结与远程遥控技术,DIY 了一个智能路灯仿真控制系统,我们一起来看看这个系统的背后原理还有运作模式吧。

  Thingsquare 团队认为,智能路灯网络除了比传统路灯系统节省约 50% 的电力之外,还有三个好处:第一是毁损侦测,可以在路灯有毁损时马上掌握状况,并实时修复;第二是自动控制,可以随着阳光、尖峰时间和天气的变化来控制路灯明暗;第三则是远程手动控制,可以在有特殊活动,或是紧急状况时直接控制路灯的开关。

  为了达成有效的控制,他们使用 IPv6 网状网络的 sub-1 GHz 频段来联络个别的路灯。一方面不需要使用到 3G 之类的公共设施,另一方面又有大范围以及大尺度的传播效果,同时还可以在路灯有问题时,进行自我修复以及系统更新,这些特性十分有利于路灯系统的采用。

  由于路灯都是由 LED 灯数组组成,并经由控制器出 PWM 讯号给高功率 LED 驱动器,进而控制每个灯的明暗(所谓 PWM 即为脉冲带宽调变,是利用改变脉冲的宽度来调控讯号大小的方法),因此 Thingsquare 团队将此模型简化,使用单一个LED灯替代一个路灯的数组,并用 TI CC1350 Launchpad 做为每一个灯的微控制器,直接发送 PWM 讯号给 LED 灯,再用 Raspberry Pi Zero W 做每个单一网络闸门的连接。最后只要开启该团队自行设计的应用程序里就可以对分别的 LED 灯进行操控了!

图、一般路灯的控制示意图

图、缩小版的模拟控制示意图

  在该团队自行设计的 Thingsquare app 里面,除了可以将不同的灯设定成一个区域,比如一整条街可以设为一个区域一起控制,并针对不同区域安排不同种类的­「工作表」,让它们乖乖照表操课,同时也可以透过手动控制,去分别调整个别路灯的明暗,这些功能在该应用程序里可以说是十分完整、应有尽有。

  手动调整 LED 灯的控制板原型。

  拉回现实,将以上的东西实现在现实中,还需要安装,以及对每个路灯进行定位;而安装是需要人力与材料成本的,所以能用最有效率的方法安装大量的路灯显得格外重要。在该团队的程序里,可以接受三种定位方式:一种是直接接收 GPS 讯号,另一种是利用手机程序估计并记录安装当下的位置,最后一种则是手动定位。在每一个路灯安装 GPS 固然很直接,但是会使得成本过于高昂——更何况路灯又不会乱走,所以最好的方式便是用手机纪录安装时的位置,之后再于程序中为偏离街道的路灯进行手动定位,如此便可以达成最有效率的定位。

  最后,Thingsquare 团队认为,智能路灯网络会是个价值数百亿以上的商机,并因为 LED 和无线网络的科技而有实践的可能。这种不只能解省能源和花费,更能自动侦测损毁和群组管理的控制模式,现在已经经由 Thingsquare 的缩小版模型得到证实其可行性。剩下的,就是等一个愿意试验的城镇,将这些控制系统安装在路灯内,对此该团队抱持着非常大的期望。倘若这种系统能成功在大城市里面使用,或许未来的某一天,还能在深夜的市区看着银河呢!

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