CN101835303B - Led路灯远程实时监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED路灯远程实时监控系统。所述系统包括依次连接的前置交换机、终端控制器以及微机终端；所述前置交换机包括光电隔离器和高速光耦隔离器；所述终端控制器包括分别连接所述第二微处理器的告警器、拨号电路以及存储告警录音的语音电路，所述第二微处理器包括告警模块，所述告警模块用于通过所述第二接口电路接收来自前置交换机的测量数据，在处理所述测量数据后发现需要告警时，通过所述告警器告警，并在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述拨号电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音。本发明成本低并且可靠稳定，抗干扰能力显著增强。

Description

LED路灯远程实时监控系统

技术领域

本发明涉及监控技术领域，尤其涉及一种LED路灯远程实时监控系统。

背景技术

目前随着城市化的快速展开，需要相应配套大量路灯。而路灯照明是城市建设的一个重要组成部分，它对节约使用电力能源、加强城市管理水平、增强市民满意度起着重要作用。而现有的照明节能管理存在的问题包括：如何降低路灯的能耗；如何有效地对照明网络系统进行管理；如何应对日趋庞大的管理维护费用。

采用电子镇流器的路灯照明三遥(遥测、遥信、遥控)技术是解决上述问题和提高电力系统用电管理水平的有效途径之一。例如2005年11月2日公开的名为《照明节电远程监控系统》的中国发明专利申请第200410020437.8号，其中采用了GSM、CDMA网络蜂窝通信技术。但由于路灯一般所处环境较为恶劣，该专利申请所记载技术难以保证信号传输的稳定性，进而难以确保所遥控的路灯真正实现节能、也难以保证路灯的工作状况被及时监控到。

另一现有技术路灯监控系统可参阅2008年10月15日公开的名为《一种支持ZigBee的路灯照明遥测、遥信、遥控方法和电子镇流器》的中国发明专利申请第200610157835.3号，采用支持ZigBee的嵌入式处理器/控制器，设有通过SPI总线接口与微控制器相连的支持ZigBee的无线通信模块，支持ZigBee的无线通信模块通过ZigBee与组群控制器与管理监控中心相连，微控制器通过其接收管理监控中心的遥测、遥控指令，遥控单灯或组群路灯，测量路灯参数与状态，并通过其发送遥信、遥测报告至管理监控中心。所述第200610157835.3号专利申请采用硬件价格低廉网络节点设备，并且采用高冗余节点的网络，试图取得强大的数据采集能力和出错自恢复能力，在个别节点停止工作的情况下仍然可以正常运转。

但是，一方面，随着城市道路亮化、美化工程的快速发展，进行路灯监控和维护的系统、设备也要求越来越多，成本也越来越高，如何低成本地维护这些灯光设备仍然是需要进一步解决的问题。另一方面，路灯一般所处环境较为恶劣，需要成本较低而且稳定性较高的技术来保证信号传输的稳定性，进而确保所遥控的路灯真正实现节能、保证路灯的工作状况能被真正及时监控到，保证出现故障时及时对路灯进行维修。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种成本低并且可靠稳定的LED路灯远程实时监控系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种LED路灯远程实时监控系统，包括：依次连接的前置交换机、终端控制器以及微机终端；所述前置交换机包括依次连接的光电隔离器、传感器、模拟开关、A/D转换器、采样保持电路、第一微处理器、第一调制解调器以及第一接口电路，所述传感器通过所述光电隔离器测量所述LED路灯得到测量数据，并发送至所述第一微处理器，所述第一微处理器连接所述模拟开关，所述A/D转换器是电压/频率转换器，并且在所述A/D转换器与第一微处理器之间连接有高速光耦隔离器和第一放大器Q4；所述A/D转换器包括接插件P1、第一选通芯片U5、第二选通芯片U6、精密运放U2、压-频转换电路U8以及第二放大器Q1，来自所述模拟开关的多路模拟信号通过接插件P1被送到第一选通芯片U5、第二选通芯片U6，所述第一微处理器通过第一选通芯片U5、第二选通芯片U6的各自三根口线A，B，C控制选择所述多路模拟信号中要转换的通道，所述第一选通芯片U5、第二选通芯片U6的各自输出端PIN3输出被选的模拟信号到精密运放U2，经所述精密运放U2、压-频转换电路U8转换、第二放大器Q1、高速光耦隔离器U14、第一放大器后送入所述第一微处理器；所述终端控制器包括依次连接的第二接口电路、第二调制解调器、第二微处理器以及微机接口，所述微机接口连接所述微机终端，所述第二接口电路远程连接所述前置交换机的第一接口电路；所述终端控制器包括分别连接所述第二微处理器的告警器、拨号电路以及存储告警录音的语音电路，所述第二微处理器包括告警模块，所述告警模块用于通过所述第二接口电路接收来自前置交换机的测量数据，在处理所述测量数据后发现需要告警时，通过所述告警器告警，并在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述拨号电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音；所述前置交换机为多个，所述微机接口是串行接口，所述第二微处理器包括通信模块，所述通信模块用于循环各前置交换机和微机终端之间的联络，通过所述串行接口将各前置交换机中所有测量数据传送到所述微机终端进行处理并记录，同时在所述微机终端中实时动态地显示被监测量的数据，画出动态曲线，在所述告警模块发现需要告警时使对应告警的前置交换机优先占用通往所述终端控制器的数据通道，把所述告警的信号传输到所述微机终端，同时通知所述告警模块工作；所述拨号电路包括GSM、CDMA、TD-SCDMA或WiFi通信电路及其天线，所述告警模块具体用于在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述GSM、CDMA、TD-SCDMA或WiFI通信电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音，在未拨通所述预设电话号码时向所述预设电话号码发送预设的告警短信；其中，包括连接所述语音电路的录音麦克风、包括分别连接所述第一微处理器和第二微处理器的看门狗电路、连接所述第一微处理器的多路遥控接口、连接所述第二微处理器的存储器和LED显示。

其中，所述精密运放U2用于放大所述模拟信号至电压为0～10V的模拟信号，所述模拟信号由所述压-频转换电路U8进行V/F变换为脉冲信号，所述压-频转换电路U8不受所述第一微处理器控制，所述压-频转换电路U8转换后的脉冲信号分三脚输出，经所述第二放大器Q1倒相后送入所述高速光耦隔离器U14进行整形、隔离，并经过第一放大器Q4送入所述第一微处理器；所述压-频转换电路U8的工作频率范围是0.1Hz～100KHz，并且内置温度补偿能隙基准电路，所述压-频转换电路U8动态范围为100dB，最大非线性失真小于0.01％。

其中，所述告警器是声光告警器。

其中，所述第二接口电路包括分别连接所述第二调制解调器的二线接口电路和四线接口电路。

其中，包括为所述前置交换机和终端控制器提供电源的充电电池。

本发明的有益效果是：区别于现有技术并没有针对路灯所处环境而提出相应保障设计、导致难以保证路灯的工作状况被真正及时监控到的情况，本发明采用并不昂贵的前置交换机以及终端控制器，同时特别针对情况复杂、条件恶劣的LED路灯所处环境，将可能受干扰的位置进行抗干扰设计，如将前置交换机内的A/D转换器设计为电压/频率转换器电压/频率转换器不同于通常的A/D，常用的A/D转换器采用现成的IC，因此转换速度慢，占用CPU资源多，硬件成本高，关键是抗干扰能力差而导致采样的数据不容易隔离，本发明采用电压/频率转换器，本身具有较高的抗干扰能力，其将模拟的信号转成频率信号，并且，采集前经光电隔离器进行第一次抗干扰处理，A/D转换器本身进行第二次抗干扰处理，再经过高速光耦隔离器进行第三次抗干扰处理，将隔离后的频率信号送给第一微处理器处理，保证在需要的位置设计足够的抗干扰能力，因此确保LED路灯在各种天气影响、各种外界干扰源干扰的情况下也能真正保证数据可靠稳定地传输出去，确保所遥控的LED路灯的工作状况能被真正及时监控到并控制，保证出现故障时及时对路灯进行维修；在不需要监控时通过模拟开关关闭前置交换机；

此外，本发明终端控制器在发现需要告警时本身可以通过告警器告警，并且还设计了意外情况下的处理，即在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述拨号电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音，进一步确保即使现场无人看守仍能将LED路灯的各种告警信息告知位于各地的工作人员。

附图说明

图1是本发明LED路灯远程实时监控系统的示意图；

图2是图1中前置交换机实施例的原理框图；

图3a和图3b是图2中前置交换机实施例的具体电路图；

图4是图1中终端控制器的原理框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1以及图2，本发明LED路灯远程实时监控系统实施例，包括：

依次连接的前置交换机、终端控制器以及微机终端；

所述前置交换机包括依次连接的光电隔离器、传感器、模拟开关、A/D转换器、采样保持电路、第一微处理器、第一调制解调器以及第一接口电路，所述传感器通过所述光电隔离器测量所述LED路灯得到测量数据，并发送至所述第一微处理器，所述第一微处理器还连接所述模拟开关，所述A/D转换器是电压/频率转换器。

一起参阅图3a和图3b，在所述A/D转换器与第一微处理器之间还连接有高速光耦隔离器U14和第一放大器Q4；图3b中，U14是所述高速光耦隔离器中的处理芯片，将来自A/D转换器的数据经第一放大器Q4发送至所述第一微处理器；

所述A/D转换器包括接插件P1、第一选通芯片U5、第二选通芯片U6、精密运放U2、压-频转换电路U8以及第二放大器Q1。所述传感器经光电隔离器采集LED路灯各参数信息，转化为模拟电信号，并送入所述模拟开关。来自所述模拟开关的多路模拟信号通过接插件P1被送到第一选通芯片U5、第二选通芯片U6，所述第一微处理器通过第一选通芯片U5、第二选通芯片U6的各自三根口线A，B，C控制选择所述多路模拟信号中要转换的通道，所述第一选通芯片U5、第二选通芯片U6的各自输出端PIN3(X)输出被选的模拟信号到精密运放U2，经所述精密运放U2、压-频转换电路U8转换、第二放大器Q1、高速光耦隔离器U14、第一放大器后送入所述第一微处理器；所述压-频转换电路U8对所述模拟信号进行转换，得到脉冲信号，并将所述脉冲信号送入所述第一接口电路。

参阅图4，所述终端控制器包括依次连接的第二接口电路、第二调制解调器、第二微处理器以及微机接口，所述微机接口连接所述微机终端，所述第二接口电路远程连接所述前置交换机的第一接口电路；

所述终端控制器还包括分别连接所述第二微处理器的告警器、拨号电路以及存储告警录音的语音电路，所述第二微处理器包括告警模块，所述告警模块用于通过所述第二接口电路接收来自前置交换机的测量数据(脉冲信号)，在处理所述测量数据后发现需要告警时，通过所述告警器告警，并在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述拨号电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音。

上述方案中的A/D转换器不同于通常的A/D，常用的A/D转换器采用现成的IC，因此转换速度慢，占用CPU资源多，硬件成本高，关键是抗干扰能力差而导致采样的数据不容易隔离。本发明针对情况复杂、条件恶劣的LED路灯所处环境，将可能受干扰的位置进行抗干扰设计，将A/D转换器设计为电压/频率转换器电压/频率转换器，本身具有较高的抗干扰能力；

本发明对测量数据进行采集前经光电隔离器进行第一次抗干扰处理，A/D转换器本身进行第二次抗干扰处理，再经过高速光耦隔离器进行第三次抗干扰处理，将隔离后的频率信号送给第一微处理器处理，保证在需要的位置设计足够的抗干扰能力，因此确保LED路灯在各种天气影响、各种外界干扰源干扰的情况下也能真正保证数据可靠稳定地传输出去，确保所遥控的LED路灯的工作状况能被真正及时监控到并控制，保证出现故障时及时对路灯进行维修；在不需要监控时通过模拟开关关闭前置交换机；

而且，本发明终端控制器在发现需要告警时本身可以通过告警器告警，并且还设计了意外情况下的处理，即在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述拨号电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音，进一步确保即使现场无人看守仍能将LED路灯的各种告警信息告知位于各地的工作人员。

在另一个实施例中，所述精密运放U2用于放大所述模拟信号至电压为0～10V的模拟信号，所述模拟信号由所述压-频转换电路U8进行V/F变换为脉冲信号，所述压-频转换电路U8不受所述第一微处理器控制，所述压-频转换电路U8转换后的脉冲信号分三脚输出，经所述第二放大器Q1倒相后送入所述高速光耦隔离器U14进行整形、隔离，并经过第一放大器Q4送入所述第一微处理器；

所述压-频转换电路U8的工作频率范围是0.1Hz～100KHz，并且内置温度补偿能隙基准电路，所述压-频转换电路U8动态范围为100dB，最大非线性失真小于0.01％；

如前所述，所述压-频转换电路的最高频率是100KHz，可用作精密频率电压转换器用，采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位。

此外，本发明采用并不昂贵的前置交换机以及终端控制器，采用各种组件如拨号电路等的都是技术成熟、成本较低的元件，因此成本较低，有效满足城市化不断增长的LED路灯建设、维护的成本要求。

在其他实施例中，所述前置交换机可以为多个，所述微机接口是串行接口，所述第二微处理器包括通信模块，所述通信模块用于循环各前置交换机和微机终端之间的联络，通过所述串行接口将各前置交换机中所有测量数据传送到所述微机终端进行处理并记录，同时在所述微机终端中实时动态地显示被监测量的数据，画出动态曲线，在所述告警模块发现需要告警时使对应告警的前置交换机优先占用通往所述终端控制器的数据通道，把所述告警的信号传输到所述微机终端，同时通知所述告警模块工作。

上述实施例采用通信模块循环各前置交换机和微机终端之间的联络，可以确保能实时监控LED路灯，确保各种情况能被及时监控到，也能及时作出应对措施。

在另一实施例中，所述拨号电路可以包括GSM、CDMA、TD-SCDMA或WiFi通信电路及其天线，所述告警模块具体用于在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述GSM、CDMA、TD-SCDMA或WiFI通信电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音，在未拨通所述预设电话号码时向所述预设电话号码发送预设的告警短信。

显然，上述实施例考虑到最坏的情况，及时在现场无工作人员、拨打电话不通时，也能通过短信方式，确实保证LED路灯的各种情况能被及时通知相关人员。

在一个实施例中，还可以包括连接所述语音电路的录音麦克风，工作人员可以利用所述录音麦克风和语言电路预先录制各种告警录音，灵活方便地实现各种告警。

为以防万一，还可以包括分别连接所述第一微处理器和第二微处理器的看门狗电路，在强干扰情况下系统硬件可自动复位，极大地提高系统的可靠性。

为方便对前置交换机进行遥控设置，还可以包括连接所述第一微处理器的多路遥控接口，比如8路遥控接口。

为完善终端控制器的操作，可以包括连接所述第二微处理器的存储器和LED显示，所述LED显示可以是6位显示。其中，所述告警器是声光告警器。

为方便通信，所述第二接口电路包括分别连接所述第二调制解调器的二线接口电路和四线接口电路。为保证电源供应，还可以包括为所述前置交换机和终端控制器提供电源的充电电池，在市电断开时可以主动切换至电池供电。

本发明对LED路灯监控得到测量数据，主要是测量主交流电压、备交流电压、各种直流电压、电流、温度特别是LED结温、湿度、气压等等，隔离后通过传感器和变成0～5V的标准信号送入前置变换机。

具体上，前置变换机是一套微处理器控制的带A/D转换器和调制解调器以及接口电路组成的通信系统。0～5V的信号通过多路模拟开关选通后送入A/D转换器进行A/D转换、第一微处理器对转换后的数据进行数字滤波、查表计算等处理后，再通过第一接口电路送到传输通道。前置变换机还为各种传感器提供工作电源，工作电压为交流220V，停电时自动倒换到电池供电。每台前置变换机还能接收控制终端发出的操作命令，分别遥控8路用户设备。

终端控制器是一套高性能单片微机控制的数据处理和通讯系统，主要功能是命令前置变换机发送数据、接收命令、处理存储各种数据，并将所有信息通过串行口如RS232C传输到微机终端。在此监控系统中，终端控制器一方面要和各小站通信联络，另一方面要和微机终端通讯，发现告警信号，马上发出报警声，如果此时无人处理故障，终端控制器将通过拨号电路拨通用户预先设置的电话号码并播放用户预先录好的录音。

终端控制器内部的永久记忆型固态语音电路和麦克风可以方便用户录音，用户按住录音按键，对着麦克风讲话，所讲内容即固化到语音片内。

微机终端是一套人机界面友好的应用软件。界面上有所有要监控LED路灯的名称，选定要查看的LED路灯，进入相应的界面，被监控的各种物理量的名称、单位、实测数据，就出现在画面上。可设定上下限告警范围，正常时LED路灯的方框为白色，如果微机终端和终端控制器正在为某一前置交换机传输数据，则该LED路灯变为深蓝色，告警时变为红色并闪动。所有操作非常简单、明了。终端控制器通过微机终端的串行口COM1或COM2将各小站所有数据传送到微机终端进行处理，并记录各LED路灯的历史数据，同时实时动态地显示被监测量的数据，画出动态曲线。在被监控对象正常工作时，终端控制器循环与各LED路灯和微机终端联络，处理数据并显示，一旦某个LED路灯告警，将优先占用数据通道，把告警信号传输到微机终端，同时声光告警，以提醒用户及时处理。所有历史数据、动态曲线、报警汇总等均可打印存档。为防止无关人员随意操作微机，本软件还可以设计一套密码系统，包括普通密码和超级密码，不知密码任何操作都不能进行，以保证监控过程的真实性和可靠性。同时保障整个通信设备的安全运行。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种LED路灯远程实时监控系统，其特征在于，包括：

依次连接的前置交换机、终端控制器以及微机终端；

所述前置交换机包括依次连接的光电隔离器、传感器、模拟开关、A/D转换器、采样保持电路、第一微处理器、第一调制解调器以及第一接口电路，所述传感器通过所述光电隔离器测量所述LED路灯得到测量数据，并发送至所述第一微处理器，所述第一微处理器连接所述模拟开关，所述A/D转换器是电压/频率转换器，并且在所述A/D转换器与第一微处理器之间连接有高速光耦隔离器(U14)和第一放大器(Q4)；

所述A/D转换器包括接插件(P1)、第一选通芯片(U5)、第二选通芯片(U6)、精密运放(U2)、压-频转换电路(U8)以及第二放大器(Q1)，来自所述模拟开关的多路模拟信号通过接插件(P1)被送到第一选通芯片(U5)、第二选通芯片(U6)，所述第一微处理器通过第一选通芯片(U5)、第二选通芯片(U6)的各自三根口线(A，B，C)控制选择所述多路模拟信号中要转换的通道，所述第一选通芯片(U5)、第二选通芯片(U6)的各自输出端(PIN3)输出被选的模拟信号到精密运放(U2)，经所述精密运放(U2)、压-频转换电路(U8)转换、第二放大器(Q1)、高速光耦隔离器(U14)、第一放大器后送入所述第一微处理器；

所述终端控制器包括依次连接的第二接口电路、第二调制解调器、第二微处理器以及微机接口，所述微机接口连接所述微机终端，所述第二接口电路远程连接所述前置交换机的第一接口电路；

所述终端控制器包括分别连接所述第二微处理器的告警器、拨号电路以及存储告警录音的语音电路，所述第二微处理器包括告警模块，所述告警模块用于通过所述第二接口电路接收来自前置交换机的测量数据，在处理所述测量数据后发现需要告警时，通知所述终端控制器进行以下工作：通过所述告警器告警，并在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述拨号电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音；

所述前置交换机为多个，所述微机接口是串行接口，所述第二微处理器包括通信模块，所述通信模块用于各前置交换机和微机终端之间的双向通讯，通过所述串行接口将各前置交换机中所有测量数据传送到所述微机终端进行处理并记录，同时在所述微机终端中实时动态地显示被监测量的数据，画出动态曲线，在所述告警模块发现需要告警时使对应告警的前置交换机优先占用通往所述终端控制器的数据通道，把所述告警的信号传输到所述微机终端，同时通知所述告警模块工作；

所述拨号电路包括GSM、CDMA、TD-SCDMA或WiFi通信电路及其天线，所述告警模块具体用于在预定时间内未收到所述告警已处理的信号时，通过所述GSM、CDMA、TD-SCDMA或WiFI通信电路拨通预设电话号码并向所述电话号码播放所述语音电路中的告警录音，在未拨通所述预设电话号码时向所述预设电话号码发送预设的告警短信；

其中，终端控制器还包括连接所述第二微处理器的存储器和LED显示以及连接所述语音电路的录音麦克风，所述前置交换机上还包括连接所述第一微处理器的多路遥控接口和分别连接所述第一微处理器和第二微处理器的看门狗电路。

2.根据权利要求1所述的LED路灯远程实时监控系统，其特征在于：所述精密运放(U2)用于放大所述模拟信号至电压为0～10V的模拟信号，所述模拟信号由所述压-频转换电路(U8)进行V/F变换为脉冲信号，所述压-频转换电路(U8)不受所述第一微处理器控制，所述压-频转换电路(U8)转换后的脉冲信号分三脚输出，经所述第二放大器(Q1)倒相后送入所述高速光耦隔离器(U14)进行整形、隔离，并经过第一放大器(Q4)送入所述第一微处理器。

3.根据权利要求2所述的LED路灯远程实时监控系统，其特征在于：所述告警器是声光告警器。

4.根据权利要求3所述的LED路灯远程实时监控系统，其特征在于：所述第二接口电路包括分别连接所述第二调制解调器的二线接口电路和四线接口电路。

5.根据权利要求4所述的LED路灯远程实时监控系统，其特征在于：包括为所述前置交换机和终端控制器提供电源的充电电池。

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