基于RFID技术的LED路灯智能控制系统设计方案

 与使用传统光源（ 如高压钠灯、金卤灯） 的路灯相比，LED 路灯具有无需预热、耐频繁开关、寿命长、抗震性好、光色好、无污染、适应的环境范围广及节能的优势，因此，国内已有多个城市建成了LED 路灯示范道路。但是，我国大多数城市特别是中小城市的路灯管理系统均采用钟控、光控或较简单的自动控制系统，在这种粗放的管理方式中，存在路面长时间无车 而路灯仍处于开启状态的问题，不仅给道路照明造成很大能耗负担，也与当前倡导的节能环保理念相违背。

  本文应用射频识别（ Radio FrequencyIdentification ，RFID） 技术，结合设置在路面的读写装置、安装在车辆上的射频标签，设计了一种LED 路灯自动控制系统，实现对LED 路灯的智能开关，既能够节约能源又可以有效减轻工作人员管理路灯系统的工作负担。

  1 基于RFID 的LED 路灯智能控制系统组成结构

  路灯控制系统由监控中心服务器和RFID 智能终端两部分组成，二者之间采用无线网络传送加密后的数据和指令，系统基本结构如图1 所示。监控中心服务器由配置管理服务器、监控中心数据库和无线通信子系统三个部分组成。RFID 智能终端由RFID 读写器、智能控制、无线通信三个模块组成，各个RFID智能终端的间隔距离根据道路限速确定（ 如限速60km 的道路，通常为3km 左右安装1 套，参见本文3. 2 节）。

  图1 LED 路灯智能控制系统基本结构

  2 基于RFID 的LED 路灯智能控制系统主要功能

  图2 为基于RFID 的LED 路灯智能控制系统安装示意图。其中在汽车上安装车载RFID 标签，道路边安装RFID 智能终端，交通管理部门中心机房安装监控中心服务器。除特殊情况下监控中心服务器可以强制亮灯外，其他时段均可利用RFID 智能终端来控制路灯的开启和关闭，可以达到节约能耗和人力的目的。除此之外，本系统还具有集中控制与自动控制相结合、实时数据采集、关键数据保护、终端与 监控中心服务器互相认证、车辆跟踪的功能。

  图2 基于RFID 技术的LED 路灯智能控制系统安装示意

 （1） 集中控制与自动控制相结合
  通过中央控制和RFID 控制相结合，系统提供灵活、方便、可靠的开关灯控制功能，监控中心服务器自动执行群控开关灯，也可全天候控制任一智能终端执行开关灯，可随意设置路灯的省电模式，也可对一年中的各类节假日进行开关灯设置。

  （2） 实时数据采集
  智能终端将通过其作用范围内带有RFID 电子车牌的车辆数目、类型等参数通过无线信道发送回监控中心，监控中心配置管理服务器对这些数据加以分析、处理后，以直观的图形或表格形式提供给管理人员，为相关决策提供准确的依据。

  （3） 关键数据保护
  智能终端有备用电池，以确保交流供电中断后系统仍能正常运行。RFID 智能终端的数据保存在FLASH 中，保证数据不丢失以及保障系统同监控中心全天候通讯。监控中心配备UPS 不间断电源，保证主机正常运行和与智能终端之间的通讯。
 
  （4） 终端与监控中心互相认证
  监控中心可以设定自己的系统命令密码，智能终端只对符合密码的命令接收和执行，不符合密码的命令被忽略，这样可以提高系统稳定性，防止他人干扰。

  （5） 车辆跟踪
  当安装了RFID 标签的被盗抢车辆经过RFID 智能终端时，RFID 智能终端根据监控中心更新的被盗抢车辆名单，及时反馈被查车辆经过的路段、时间及其附近车辆信息等，监控中心将上述信息及时传送给警方，以便迅速中止犯罪行为。

  3 基于RFID 的LED 路灯智能控制系统工作流程

  3. 1 核心处理流程
  RFID 智能终端向监控中心服务器定时发送本机状态；RFID 智能终端不间断扫描路面的RFID 标签信息，并记录，然后根据得到的标签信息进行处理；RFID 智能终端将处理结果和标签信息上报到监控中心服务器；监控中心服务器根据具体业务类型来决定是否干预智能终端的动作或者向RFID 智能终端发出指令。系统运行后，不间断重复以上步骤，根据具体情况，随时可以人工介入处理过程。

  3. 2 车辆通过时路灯控制处理流程
  RFID 智能终端的读写器模块不间断扫描经过车辆的RFID 标签信息，并记录到本地数据库；RFID 智能终端的智能控制模块根据得到的标签信息进行处理，并根据车辆当前情况判断是否开启路灯，如果车辆静止，则不开启路灯；如果车辆正常行驶，则将车辆行驶 方向前方的一定范围内的路灯全部开启，并设定持续点亮时间，每次开启的路灯范围和持续点亮时间根据道路情况设定，一般开启范围设定为限速行驶3min 车程内的路灯，路灯的持续点亮时间为2 倍的行驶时间，以便能够对慢速行驶的车辆提供照明，例如限速为60km，则智能终端开启前方3km 内的路灯，持续点亮6min;对于滞留在禁停路段的车辆则定时上报其标签和本机ID。

  3. 3 车辆通过时追踪处理流程
  RFID 智能终端实时更新盗抢车辆追踪名单，并记录到本地数据库，并对被盗抢车辆的标签自动启动追踪处理，实时向监控中心服务器发送该车辆的行使信息和本机ID; 监控中心服务器将被追踪车辆的信息发送给该RFID 智能终端相邻的智能终端，以便及时调整读写器天线参数，更好地追踪该车辆；当被追踪车辆静止时，智能终端定时向监控中心服务器上报该车辆信息和本机ID， 以便监控中心即时确定车辆具体地理位置。

  3. 4 监控中心服务器与智能终端信息交互流程
  RFID 智能终端与监控中心服务器持续交换信息，包括更新追踪名单、上报标签信息、执行监控中心服务器的指令并返回执行结果，二者之间所有交互信息都有应答，消息 全部采用加密方式，每次会话都经过双方相互认证的过程；RFID 智能终端在口令修改和程序远程升级时会中断其他业务处理，但不停止本机状态信息向监控中心服务器的传送。

  4 结论

  基于LED 光源的光效优势和RFID 技术的先进性，本文设计了一种LED 路灯管理控制系统。它与传统路灯控制系统相比具有功能强大、节约能源、便于安装、维护方便以及节省人力等优点，对路灯照明可以实现智能化管理控制。在已经 实施RFID 技术进行路桥收费的城市采用本文路灯管理控制系统，可以在原有车辆标签基础上扩展应用，实现一种标签多种用途。应用RFID 技术的路灯控制系统不仅在道路照明方面可以节约能耗，更在年费管理、套牌车稽查、盗抢车辆定位等领域拥有广泛的应用前景。