CN101009961A - 自适应照明网络节能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自适应照明网络节能控制系统。通过远程控制中心和各集中控制器通过GPRS无线通讯的方式实现远程控制，形成一个地域广泛的通讯网络；并且可以通过本地输入接口进行本地控制。每个集中控制器通过电力载波通讯的方式，与同一路的终端控制器形成一个小的局域控制网络。通过这种分级控制，和不同通讯方式组网形成了一个地域广泛而又实用的控制网络。电力质量反馈处理单元和自适应调整单元分别能够根据电力质量和光照强度及时对路灯的工作状态做出调整，有效节约能源。具有功能全面、工作性能稳定、制造成本低廉、控制方式灵活多样、通过寻址的方式根据指令对单个路灯的工作状态进行有效控制等优点。

Description

自适应照明网络节能控制系统
技术领域
本发明涉及照明装置领域，尤其是涉及一种自适应照明网络节能控制系统。
背景技术
目前广泛使用的路灯都是通过路灯控制箱来进行控制的。控制箱确定好开灯和关灯的时间，到了时间，所有的路灯都被开启或者关闭。其缺点在于系统的灵活性很差，只有一个开关灯时间；设置麻烦，需要到每个路灯控制箱实际操作设置，工作量很大，工作效率低。无法单点控制，实现节能，成片关灯又严重影响行人和车辆的视线。此外，在天气变化等情况下引起周边环境亮度发生变化或者用电高峰等状况下电压发生变化时也无法实时对路灯的工作状况进行调整，以达到路灯的最佳工作状态。
为了解决上述问题，人们进行了长期的探索，提出了多种多样的改进方案。例如，中国专利文献公开了一种照明网络控制系统及其控制方法〔申请号：CN200410014626.4〕，由照明控制中心、照明电力线、扩频电力载波通讯的中继器、交换机、路由器及照明控制客户端构成的照明网络控制系统，在此基础上提供了一种由用户根据不同需要和意愿而自行设定控制数据的控制方法，并以该通讯网络和控制方法构架成一种新型照明控制系统。该方案采用了电力载波来通讯和组网，解决了单点控制的问题。但是，由于电力载波的特殊性，特别是中国电网的不稳定性，使得电力载波通讯有如下缺点：1.通讯速度慢，2.干扰很大，通讯速度不可靠，3.传输的距离受到限制。因此在城市这样的大范围内采用载波交换机，路由器来实现距离的延长根本不现实。并且系统本身干扰大，速度慢。更为关键的是，在一个大的范围内，不可能所有路灯等都是同一条电力线路，不同电力线路之间是不能进行电力载波的通讯控制的。由于该专利才采用的是PC机来设置数据，所以，无法在特殊的情况下和移动状态下及时进行路灯控制的调整。
还有人发明了一种城市路灯线路级监控终端〔申请号：CN200510010131.9〕，利用GPRS手机模块对路灯进行控制，这种方式突破了距离的限制，并且综合了电力载波技术、日光照度检测技术等，增强了监控终端的功能，解决了在特殊的情况下和移动状态下无法及时进行路灯控制和调整的问题。但是，该方案仍然存在着一定的缺陷，例如，1.在每个灯柱均安装通讯模块，使用成本很高；2.无法对每个区域的监控终端，以及监控终端所控制的各个路灯进行单独调整，使用的灵活性较差，能源消耗较大；3.控制的方式较为单一，无法实现本地和远程分别控制；4.虽然能够实现根据环境亮度开关或者定时开关，但是不能根据环境光线强度的变化而实时调节路灯的亮度，仅仅是简单地开启或关闭路灯，在实际应用时灵活性较差，特别是在天气变化较大，与路灯的预先设定发生偏差时，无法及时进行平滑的调整，因此，并不能达到节约能源和提高路灯工作灵活性的目的。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种功能全面，可以根据电力质量和光照强度及时对路灯的工作状况进行平滑调整，有效节约电量消耗，并且工作性能稳定，制造成本低廉的自适应照明网络节能控制系统；解决了现有技术所存在的功能单一，设备成本高，能源消耗大等的技术问题。
本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种能够实现分级分区域控制，整体布局合理，控制方式灵活多样，既能实现远程全面控制，又能进行本地单独控制的自适应照明网络节能控制系统；解决了现有技术所存在的布局不甚合理，系统控制的灵活性差等的技术问题。
本发明再有一目的是针对上述问题，提供一种能够通过寻址的方式根据指令对单个路灯的工作状态进行有效控制，进一步提高工作灵活性，操作方式简便的自适应照明网络节能控制系统；解决了现有技术所存在的单个路灯难以进行有效控制，不利于节约能源和妥善使用等的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本自适应照明网络节能控制系统，包括联接在输电线路上的一系列路灯，上述路灯划分为若干个控制区域，在每个控制区域内设有一个与该区域内所有路灯相联的集中控制器，各集中控制器与远程控制中心相联，其特征在于，各控制区域内的每个路灯和集中控制器之间分别设有一个终端控制器，集中控制器通过载波接口与终端控制器的载波接口相联；所述的集中控制器包括用于控制所在区域内各路灯工作的中央处理单元，在中央处理单元上还设有一个根据光线变化自动调节路灯工作状态的自适应调整单元，一个根据电力质量自动调节路灯工作状态的电力质量反馈处理单元，一个用于和远程控制中心进行数据交换的无线通讯接口，以及一个用于直接输入数据的本地输入接口。
本发明的远程控制中心和各集中控制器通过无线通讯的方式实现远程控制，形成一个地域广泛的通讯网络；并且可以通过本地输入接口进行本地控制。每个集中控制器通过电力载波通讯的方式，与同一路的终端控制器形成一个小的局域控制网络。通过这种分级控制，和不同通讯方式组网形成了一个地域广泛而又实用的控制网络。电力质量反馈处理单元和自适应调整单元分别能够根据电力质量和光照强度及时对路灯的工作状态做出调整，有效节约能源。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述的自适应调整单元联接有用于检测周边环境亮度的光强度感应装置，光强度感应装置和存储有标准值的存储器均与查询单元相联，所述的查询单元与信号处理单元相联接。
本发明设置了一个光强度感应装置，并通过查询单元实时地查询出与检测到的光强度相对应的路灯工作电压，从而及时地对路灯亮度做出调整，极大地提高了工作的灵活性，节约能源。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述的无线通讯接口包括一个通过GPRS网络与远程控制中心的PC机相联的GPRS模块，和一个通过GPRS网络与移动短信终端相联的SMS模块。通过远程控制中心和移动短信终端都能够方便地与集中控制器进行数据交换。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述的集中控制器的载波接口连接有地址寻码器，每个终端控制器的载波接口连接有地址编码器。通过地址编码器可以为每个路灯设定一个唯一的编码，通过地址寻码器能够准确地实现对某个路灯进行单独控制。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述的终端控制器包括一个中央处理器，中央处理器通过继电器与连接有路灯的数字整流电路相连，电力质量检测电路联接在中央处理器和数字整流电路之间，并由中央处理器将检测信号通过通讯接口发送到集中控制器的电力质量反馈处理单元。电力质量反馈处理单元可以选择最节电的运行模式包括减少亮灯数量、降低输出电压到最低来控制路灯。以减缓用电压力，达到节能效果，但仍然能够起到照明的功能。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述集中控制器的无线通讯接口和本地输入接口的数据均存储在与两者相连的存储器内。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述的集中控制器的存储器通过无线通讯模块与远程控制中心或移动短信终端相联。移动短信终端和远程控制中心可以将光强度与数字整流器的输出电压对应表，时间参数，开关灯预案等等内容，将根据实际情况设置的照明控制预案包括每个灯的开关时间，强度发送到各集中控制器的存储器内。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述的本地输入接口上连接有键盘。通过键盘可以方便地在本地输入控制信号。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述的中央处理单元还连接有一个显示器。通过显示器能够方便对集中控制器进行操作，使得整个控制过程更为直观。
在上述的自适应照明网络节能控制系统中，所述的远程控制中心连接有信号输入装置和监测屏。
与现有的技术相比，本自适应照明网络节能控制系统的优点在于：1.功能全面，可以根据电力质量和光照强度及时对路灯的工作状况进行平滑调整，有效节约电量消耗，并且工作性能稳定，制造成本低廉。2.集中控制器以电力载波的方式控制多个同一线路上的终端控制器，能够实现分级分区域控制，整体布局合理，控制方式灵活多样，既能实现远程全面控制，又能进行本地单独控制。3.能够通过寻址的方式根据指令对单个路灯的工作状态进行有效控制，进一步提高工作灵活性，操作方式简便。
附图说明
图1是本发明提供自适应照明网络节能控制系统结构框图。
图2是本发明提供自适应照明网络节能控制系统中远程控制中心与集中控制器相联的结构框图。
图3是本发明提供自适应照明网络节能控制系统中集中控制器与终端控制器相联的结构框图。
图中，路灯1、集中控制器2、中央处理单元21、自适应调整单元22、电力质量反馈处理单元23、无线通讯接口24、本地输入接口25、存储器26、查询单元27、信号处理单元28、地址寻码器29、远程控制中心3、终端控制器4、地址编码器41、中央处理器42、继电器43、数字整流电路44、电力质量检测电路45、载波接口5、光强度感应装置6、移动短信终端7、键盘8、显示器9、GPRS模块A、SMS模块B。
具体实施方式
如图1所示，本自适应照明网络节能控制系统由路灯1、远程控制中心3、集中控制器2、终端控制器4、移动短信终端7等组成。路灯1联接在输电线路上，且被划分为若干个控制区域，在每个控制区域内设有一个与该区域内所有路灯1相联的集中控制器2。各控制区域内的每个路灯1和集中控制器2之间分别设有一个终端控制器4。远程控制中心3可以连接有信号输入装置和监测屏。
如图2所示，集中控制器2通过载波接口5与终端控制器4的载波接口5相联。各集中控制器2通过无线通讯接口24与远程控制中心3的无线通讯接口24相联。集中控制器2包括用于控制所在区域内各路灯工作的中央处理单元21，在中央处理单元21上还设有一个根据光线变化自动调节路灯工作状态的自适应调整单元22，一个根据电力质量自动调节路灯工作状态的电力质量反馈处理单元23，一个用于和远程控制中心3进行数据交换的无线通讯接口24，以及一个用于直接输入数据的本地输入接口25，在本地输入接口25上连接有用于输入控制信号的键盘8。
自适应调整单元22联接有用于检测周边环境亮度的光强度感应装置6，光强度感应装置6和存储有标准值的存储器26均与查询单元27相联，所述的查询单元27与信号处理单元28相联接。通过查询单元27实时地查询出与检测到的光强度相对应的路灯1工作电压，从而及时地对路灯1亮度做出调整，极大地提高了工作的灵活性，节约能源。在天气突变的时候，以及在在天气情况很好的时候，能够改变开关灯预案，自适应地调整开关灯控制和数字整流器的电压控制，真正符合路人和行车的需要，同时实现了自动地节能控制。
无线通讯接口24包括一个通过GPRS网络与远程控制中心3的PC机相联的GPRS模块A，和一个通过GPRS网络与移动短信终端7相联的SMS模块B。集中控制器2的无线通讯接口24和本地输入接口25的数据均存储在与两者相连的存储器26内。集中控制器2的存储器26通过无线通讯模块24与远程控制中心3或移动短信终端7相联。为了便于观测和控制，中央处理单元21还连接有一个显示器9。
集中控制器2的载波接口5连接有地址寻码器29，每个终端控制器4的载波接口5连接有地址编码器41。各终端控制器4都有自己独立的地址编码，集中控制器2通过这个唯一的地址编码对该终端控制器4进行单点通讯和控制，包括发送开关灯命令，数字整流电路44输出电压数值命令。通过地址寻码器29和地址编码器41可以对某个特定的路灯1进行控制，使整个照明网络的控制更为全面，更具灵活性。
如图3所示，终端控制器4包括一个中央处理器42，中央处理器42通过继电器43与连接有路灯1的数字整流电路44相连，电力质量检测电路45联接在中央处理器42和数字整流电路44之间，并由中央处理器42将检测信号通过通讯接口5发送到集中控制器2的电力质量反馈处理单元23。当用电高峰出现时，通过电力质量检测电路45能够得知，集中控制器2可以选择最节电的运行模式(包括减少亮灯数量、降低输出电压到最低)来控制路灯1，以减缓用电压力，达到节能效果。
本发明的远程控制中心3和各集中控制器2通过GPRS网络实现远程控制，形成一个地域广泛的通讯网络；并且可以通过本地输入接口25进行本地控制。使用者可通过远程控制中心3或者移动短信终端7对路灯1的开关时间，数字整流器44输出电压进行设定，查看，修改，添加，删除，将设定好的节能预案以短信的方式传给集中控制器2。各集中控制器2将发给自己预案保存在存储器26中。集中控制器2可通过显示器9和键盘8对节能预案进行简单的查询和修改，以及其所控制的路灯1的具体状态的查询。通过这种方式，可以对任意单个路灯在特殊的情况下和移动状态下进行控制，同时可以设置每个和路灯相连的数字整流电路的输出电压，达到节能目的。每个集中控制器2通过电力载波通讯的方式，与同一路的终端控制器4形成一个小的局域控制网络。通过这种分级控制，和不同通讯方式组网形成了一个地域广泛而又实用的控制网络。电力质量反馈处理单元45和自适应调整单元22分别能够根据电力质量和光照强度及时对路灯的工作状态做出调整，有效节约能源。终端控制器4将自己所控制的路灯1和数字整流器44的状态发送给集中控制器2。
本发明能够通过命令方式控制数字整流器44的输出电压。数字整流器通44过降低路灯1的工作电压来节电。普通状态下，电源电压降低10％，肉眼将感觉不到照度的变化。因此，可通过轻微的亮度减少来获得高达20％的节电率。无线通讯接口24可以接收来自外界的控制信号，以便于及时做出调整。数字整流器44采用微处理器控制的晶闸管结构和平滑无级的电压调整技术，使得通过路灯的电流有效降低，波形更平滑、均匀，确保灯光负荷运行稳定，照度损失最小化。
当数字整流器44投入运行时，首先以全压相线对零线220V在预设的预热时间段内运行；预热时间过后，数字整流器44的输出电压开始平滑下降，直至输出电压降至预设的节电水平，并保持这一水平稳定运行。当电压设置值改变或节电控制信号断开，输出电压将改变为新的节电水平或恢复全压输出。
当全电压输出时，晶闸管处于全部导通状态，以减少不必要的损耗。其节电功能是通过调节晶闸管的触发脚，使输出的交流电压正弦波产生相应的切口，从而降低输出电压的均方根值来实现的。节电幅度可以通过参数的设置来调整。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了路灯1、集中控制器2、中央处理单元21、自适应调整单元22、电力质量反馈处理单元23、无线通讯接口24、本地输入接口25、存储器26、查询单元27、信号处理单元28、地址寻码器29、远程控制中心3、终端控制器4、地址编码器41、中央处理器42、继电器43、数字整流电路44、电力质量检测电路45、载波接口5、光强度感应装置6、移动短信终端7、键盘8、显示器9、GPRS模块A、SMS模块B等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种自适应照明网络节能控制系统，包括联接在输电线路上的一系列路灯(1)，上述路灯(1)划分为若干个控制区域，在每个控制区域内设有一个与该区域内所有路灯(1)相联的集中控制器(2)，各集中控制器(2)与远程控制中心(3)相联，其特征在于，各控制区域内的每个路灯(1)和集中控制器(2)之间分别设有一个终端控制器(4)，集中控制器(2)通过载波接口(5)与终端控制器(4)的载波接口(5)相联；所述的集中控制器(2)包括用于控制所在区域内各路灯工作的中央处理单元(21)，在中央处理单元(21)上还设有一个根据光线变化自动调节路灯工作状态的自适应调整单元(22)，一个根据电力质量自动调节路灯工作状态的电力质量反馈处理单元(23)，一个用于和远程控制中心(3)进行数据交换的无线通讯接口(24)，以及一个用于直接输入数据的本地输入接口(25)。
2.根据权利要求1所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述的自适应调整单元(22)联接有用于检测周边环境亮度的光强度感应装置(6)，光强度感应装置(6)和存储有标准值的存储器(26)均与查询单元(27)相联，所述的查询单元(27)与信号处理单元(28)相联接。
3.根据权利要求1所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述的无线通讯接口(24)包括一个通过GPRS网络与远程控制中心(3)的PC机相联的GPRS模块(A)，和一个通过GPRS网络与移动短信终端(7)相联的SMS模块(B)。
4.根据权利要求1所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述的集中控制器(2)的载波接口(5)连接有地址寻码器(29)，每个终端控制器(4)的载波接口(5)连接有地址编码器(41)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述的终端控制器(4)包括一个中央处理器(42)，中央处理器(42)通过继电器(43)与连接有路灯(1)的数字整流电路(44)相连，电力质量检测电路(45)联接在中央处理器(42)和数字整流电路(44)之间，并由中央处理器(42)将检测信号通过通讯接口(5)发送到集中控制器(2)的电力质量反馈处理单元(23)。
6.根据权利要求5所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述集中控制器(2)的无线通讯接口(24)和本地输入接口(25)的数据均存储在与两者相连的存储器(26)内。
7.根据权利要求5所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述的集中控制器(2)的存储器(26)通过无线通讯模块(24)与远程控制中心(3)或移动短信终端(7)相联。
8.根据权利要求5所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述的本地输入接口(25)上连接有键盘(8)。
9.根据权利要求5所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述的中央处理单元(21)还连接有一个显示器(9)。
10.根据权利要求5所述的自适应照明网络节能控制系统，其特征在于，所述的远程控制中心(3)连接有信号输入装置和监测屏。
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