CN101711077A - 太阳能路灯智能控制管理系统 - Google Patents

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韩洪贵
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    • Y02B20/40Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Abstract

一种太阳能路灯智能控制管理系统,其特征是:包括无线传感器节点,与各太阳能路灯一一对应设置,用于检测与控制单个太阳能路灯的运行,通过接收远程控制器发送来的指令执行开关灯操作;且一定范围内的多个无线传感器节点构成一个本地网络;还包括远程控制器,一个远程控制器连接一个所述本地网络,用于汇聚本地网络的数据,并将数据通过无线网络及Internet传输至监控中心计算机。它实现了太阳能路灯全面智能化监控管理,代替了人工巡检,提高了管理效率,节约了维护成本。

Description

太阳能路灯智能控制管理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能路灯控制管理技术领域,具体是一种太阳能路灯智能控制管理
系统。 背景技术
[0002] 目前,太阳能的利用主要集中在太阳能热水器、太阳能路灯、太阳能发电方面。太 阳能路灯在中国处于起步阶段,但它的潜在优势是传统路灯无法比拟的。可以预见,在不久 的将来,太阳能路灯将是某些城市主干道,高速路的主要照明方式。当太阳能路灯普及以 后,对其管理将是一个非常繁重的任务,而现在普遍的照明控制和管理仍采用较落后的模 式,谈不上科学有效的监控,并且基本都是对传统路灯的管理,专门针对太阳能路灯的控制 管理系统基本没有。当前,道路路灯和城市夜景亮化的开关由每台箱变或配电柜独立时钟 控制,方式落后,随意性大,无法做到精确的统一性控制和管理,除了部分实现了路灯变压 器的监测外,大部分路灯设施均靠人工巡检的传统管理模式,从而造成路灯电缆、灯具等城 市路灯设施失窃和人为损坏严重,并与"分时间、分路段、分情景"的科学亮灯模式的管理目 标相去甚远;特别是集中亮灯时电流、电压的瞬间剧烈变化对专用变压器和灯具造成的巨 大冲击,时常造成设备的损害,大大縮短了设备的使用寿命,增加了城市照明的维护成本。
发明内容
[0003] 为了克服上述现有技术存在的缺点,本发明的目的在于提供一种太阳能路灯智能 控制管理系统,它实现了太阳能路灯全面智能化监控管理,代替人工巡检,提高了管理效 率,节约了维护成本。
[0004] 为解决上述问题,本发明采用以下技术方案:该太阳能路灯智能控制管理系统,包 括无线传感器节点,与各太阳能路灯一一对应设置,用于检测与控制单个太阳能路灯的运 行,通过接收远程控制器发送来的指令执行开关灯操作;且一定范围内的多个无线传感器 节点构成一个本地网络;还包括远程控制器,一个远程控制器连接一个所述本地网络,用于 汇聚本地网络的数据,并将数据通过无线网络及Internet传输至监控中心计算机。 [0005] 作为本发明的进一步的技术方案:
[0006] 在该太阳能路灯智能控制管理系统中,所述传感器节点包括无线收发器、传感器、 执行器、天线、电源管理部分;其传感器包括光强传感器、电流互感器、声音传感器、温湿传 感器;所述无线收发器能够将各传感器分别采集到的光照度信号、电流信号、声音信号和温 湿信号进行分析处理,然后根据结果通过执行器实现太阳能路灯的自动开关和多级调光以 及故障检测功能;传感器节点通过天线与所述本地网络的其它传感器节点及远程控制器实 现互联通信。
[0007] 更进一步的:在该太阳能路灯智能控制管理系统中,所述远程控制器包括:无线 收发器模块、微控制器MCU、键盘与液晶显示模块和GPRS通信模块;无线收发器模块与微控 制器MCU连接,实现远程控制器与所述无线传感器节点之间的无线通信;GPRS通信模块与微控制器MCU连接,用于远程控制器与所述监控中心计算机的通讯;键盘和LCD模块与微控 制器MCU连接,用于太阳能路灯维护人员现场调试检测远程控制器。 [0008] 本发明的有益效果是:
[0009] 1、利用WSN的自组网,低功耗,低成本等优点,实现了对离散太阳能路灯的智能 化、网络化和精细化管理,具有较大技术创新;
[0010] 2、实现了太阳能路灯实时参数、故障信息、防盗报警远程实时反馈,解决了困扰太 阳能路灯普及的难题,大大降低了运行管理的人力、物力等费用;
[0011] 3、利用IEEE802. 15. 4标准,具有自组网功能,同时根据太阳能路灯的特点提出了 基于太阳能路灯地理信息的路由算法。通讯可靠,性能稳定,便于推广; [0012] 4、能根据天气状况,通过合理的控制太阳能路灯工作状态,有效解决了电能的分 配问题。大大延长了太阳能路灯在阴雨天气情况下的持续工作时间,可在不同气候地区推 广应用;
[0013] 总之,该系统通过对太阳能路灯科学合理的管理,达到节省人力、物力的目的,从 而为大规模应用太阳能路灯创造了便利条件,有利于太阳能路灯的推广,从而节省了能源, 保护了环境。具有极大的经济、社会效益。
附图说明
[0014] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明:
[0015] 图1是本发明实施例的系统结构图。
[0016] 图2是本发明实施例中无线传感器节点硬件结构框图。
[0017] 图3是本发明实施例中远程控制器硬件结构框图。
[0018] 图4是本发明实施例中无线传感器节点软件设计流程图。
[0019] 图5是本发明实施例中监控中心计算机数据库数据显示结构图。
具体实施方式
[0020] 图1中,在每个太阳能路灯上安装有无线传感器节点,负责检测与控制单个太阳 能路灯的运行,通过接收远程控制器发送来的指令执行开关灯操作。此外,无线传感器节点 还可以根据特殊情景(如车辆流量、天气状况、特殊需要等)实现半夜灯、l/2、l/3、l/4等亮 灯模式,实现对照明的智能控制。 一定范围内的无线传感器节点构成一个本地网络,共用一 个远程控制器器,并且此远程控制器在本地网络中充当汇聚节点的作用,负责汇总本地网 络的数据(单灯状态信息、单灯电流电压等)。远程控制器将数据通过GPRS网、Internet 最终传到与Internet相连的监控中心计算机。出于安全性考虑,监控中心计算机在局域 网中,不直接连接在Internet网上,通过网络代理服务器来负责网络数据链路建立和数据 收发的透明中转。同时远程控制器也能够独立于监控中心计算机工作,远程控制器根据存 储在其RAM中预先设定的开关灯时间表对太阳能路灯进行正常开关操作。还可以通过SMS 控制远程控制器,以便于维修人员对路灯维修。监控中心的硬件由PC机、UPS电源和打印 机等设备组成,软件部分由任务管理软件,电子地图和SQL Server数据库存组成,系统支持 Internet网络发布功能,方便用户在异地实行异地监视太阳能路灯运行状态。 [0021] 图2中的无线传感器网络节点硬件主要包括:无线收发器CC2431、传感器(包括光强传感器、声音传感器、温湿传感器和电流互感器)、执行器、PCB天线和电源管理部分。 其中无线收发器CC2431是核心,能够将传感器采集到的光照度信号、电流信号、声音信号 和温湿信号进行分析处理然后根据结果通过执行器实现太阳能路灯的自动开关和多级调 光(半夜灯、l/2、l/3、l/4等亮灯模式)以及故障检测功能。PCB天线采用差分天线方式, 对于2450MHz的天线而言,长度为5. 8cm,差分天线每个臂长为2. 9cm。无线传感器节点通 过该天线与其它无线传感器节点和远程控制器实现互联通信,构成一个本地网络。电源管 理部分由CPU进行控制,具有对各个模块是否供电的控制能力,增加了系统对各个模块供 电的灵活性,大大降低了系统功耗,使得无线传感器节点工作时间更长。 [0022] 图3中远程监控器硬件结构主要包括:无线收发器模块CC2420、微控制器MCU、键 盘与液晶显示模块、GPRS通信模块。其中无线收发器模块CC2420的软件设计与无线传感器 节点相类似。GPRS通信模块为系统核心,实现监控中心计算机与远程控制器的通讯。微控制 器MCU与GPRS模块之间的通信协议通过AT (Attention)指令完成。微控制器MCU选用AVR 8位高性能,低功耗CM0S微处理器ATmegal28,具有16MIPS的性能,128K字节的系统内可编 程Flash, 8通道10位ADC, SPI串行端口 ,两个UART端口 , I/O端口 ,两个8位定时/计数 器以及六种可以通过软件选择的省电模式。GPRS通信模块采用ETP 1~0++无线IP Modern。 ETP ro++GPRSIP Modern内置西门子公司的MC35模块,以及IP模块,提供了 TCP/IP协议转 换,并提供RS232/RS485/TTL等接口以适应各种环境下的需要。无线收发器CC2420是工作 在2. 4GHz的单芯片低电压收发器,调制方式QPSK,最大收发波特率250kbps,采用SPI 口可 直接与微处理器Atmegal28连接,实现与无线传感器节点进行无线通信。键盘与液晶显示 模块可以方便太阳能路灯维护人员现场调试检测远程控制器。无线传感器节点与远程控制 器:两者的软件平台设计都基于TinyOS操作系统,TinyOS操作系统是一种适应无线传感器 网络开源的嵌入式操作系统,它将基于组件化的编程模型与基于事件驱动的执行模型结合 起来,具有程序代码小、执行效率高、模块性强以及便于开发等优点,它是由nesC语言实现 的。nesC是一种编写模块化结构应用的新型语言,主要用于嵌入式系统如传感器网络。 [0023] 图4为无线传感器节点软件设计流程图,其中路由协议的设计为重点,到目前为 止,针对无线传感器网络提出的代表性路由协议有SPIN、 SAR、 LEACH等等。针对中小规模 的无线传感器网络节点基本同时消亡的特点,路由表一旦建立之后,可以不需要维护,直到 整个网络消亡,基于此该太阳能路灯智能控制管理系统选择平面型基于路由表的主要型路 由协议。基本设计思路为:设备初始化成功后对信道进行扫描,查询并建立相邻路灯节点 列表,当查询资料大于M时,设备自动转入休眠计时状态;休眠时间大于T后,又返回扫描状 态。每个节点都具备选择路由和数据转发的功能,先从休眠状态中唤醒,然后开始对周围的 节点进行扫描,如果发现其他节点信号,则建立邻节点列表,将活动的节点地址加入到邻节 点列表中。
[0024] 图5所示为监控中心计算机中数据库数据显示结构图。监控中心计算机中的监控 软件是进行路灯远程监控管理的核心。基于操作简便、界面友好、维护管理方便、扩展性好 的综合考虑,该太阳能路灯智能控制管理系统选择了 .NET平台开发了本软件,软件开发采 用了 Visual Basic 2005M即X5. 0,服务器采用WIN 2003 Server,中文服务数据库管理软件 为MS SQL Server 2000数据库中对应的数据表中,M即X5. 0的数据绑定功能将路灯的空间 数据信息与用单灯监控终端和远程监控终端监测得到的实际运行的状态属性信息进行绑定,实时地显示给用户。

Claims (3)

  1. 太阳能路灯智能控制管理系统,其特征是:包括无线传感器节点,与各太阳能路灯一一对应设置,用于检测与控制单个太阳能路灯的运行,通过接收远程控制器发送来的指令执行开关灯操作;且一定范围内的多个无线传感器节点构成一个本地网络;还包括远程控制器,一个远程控制器连接一个所述本地网络,用于汇聚本地网络的数据,并将数据通过无线网络及Internet传输至监控中心计算机。
  2. 2. 根据权利要求1所述的太阳能路灯智能控制管理系统,其特征是:所述传感器节点包括无线收发器、传感器、执行器、天线、电源管理部分;其传感器包括光强传感器、电流互感器、声音传感器、温湿传感器;所述无线收发器能够将各传感器分别采集到的光照度信号、电流信号、声音信号和温湿信号进行分析处理,然后根据结果通过执行器实现太阳能路灯的自动开关和多级调光以及故障检测功能;传感器节点通过天线与所述本地网络的其它传感器节点及远程控制器实现互联通信。
  3. 3. 根据权利要求2所述的太阳能路灯智能控制管理系统,其特征是:所述远程控制器包括:无线收发器模块、微控制器MCU、键盘与液晶显示模块和GPRS通信模块;无线收发器模块与微控制器MCU连接,实现远程控制器与所述无线传感器节点之间的无线通信;GPRS通信模块与微控制器MCU连接,用于远程控制器与所述监控中心计算机的通讯;键盘和LCD模块与微控制器MCU连接,用于太阳能路灯维护人员现场调试检测远程控制器。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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