CN102143213A - 基于物联网架构的智能照明控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于，包括感知层、传输层和应用层，其中，感知层是由若干传感器节点组成的传感网络，每一个传感器节点都具有唯一的源地址；应用层包括由若干对象节点组成的对象网络，所述的每一个对象节点至少包括一个灯光控制单元；传输层至少包括传感网络和对象网络之间的通信网络。本发明具有路灯亮度随动调节，极大程度节省能源等优点。

Description

基于物联网架构的智能照明控制系统

[技术领域]

本发明涉及智能照明控制系统，尤其是涉及基于物联网架构的智能照明控制系统，实现物对物的实时动态智能控制。

[技术背景]

照明灯具，尤其是路灯作为重要的基础设施，近年来数量获得了飞速的增长，与此同时带来了用电量的急剧增长，目前我国大部分城市的照明控制和管理仍然采取相对落后的模式，通常采用的方式是由每台变电箱或配电柜对整个区域的路灯进行集中式时钟控制，这种控制方式无法对目标路灯进行精确控制和灵活管理，监控和维护方面，通常还采用人工巡查的方式进行管理，管理成本非常高昂，且可靠性不高。尤其是在倡导节能环保的今天，传统的控制方式越来越不能适应节能的要求，经常可以看到一种现象，在一条车流量稀少的高速公路上却灯火通明，大量的电能被白白浪费掉，在车流量很大的道路上却没有路灯照明，存在很大的交通安全隐患。公共活动区域的照明系统也存在上述缺陷。因此，开发一种智能的照明控制系统，实现对照明灯具的开关及亮度等参数的实时动态控制具有非常重要的现实意义。

[发明内容]

本发明的目的是：提供一种基于物联网架构的智能照明控制系统，通过对人流量、车流量、环境亮度及其他相关信息的感知，智能控制目标灯具的开关及亮度调节，实现节能且易于管理和维护的目的。

本发明的目的是这样实现的：

基于物联网架构的智能照明控制系统，包括感知层、传输层和应用层，其中，

感知层是由若干传感器节点组成的传感网络，每一个传感器节点都具有唯一的源地址码，所述的若干传感器节点沿照明区域分布设置；

应用层包括由若干对象节点组成的对象网络，所述的每一个对象节点至少包括一个灯光控制单元，每一个灯光控制单元控制至少一个光源；

传输层至少包括传感网络和对象网络之间的通信网络，所述的传感网络和对象网络之间通过该通信网络进行数据传输。

特定传感器节点的触发信号连同该传感器节点的源地址码通过所述的通信网络发送到应用层的特定对象节点，该特定对象节点通过计算，并根据计算结果发送控制指令到相应的灯光控制单元，以控制相关区域光源的工作状态。

传感器节点网络用于感应人或者车的经过，当有人或者车经过时，传感器被触发，触发信号连同该传感器节点的源地址码生成数据报，并通过通信网络发送出去，对象网络接收到触发信号后，根据发送该触发信号的源地址码发送相应的控制指令来控制相应的灯光控制单元对光源的工作状态进行调整。

传输层根据通信协议建立感知层和应用层之间的通信链路，并完成传感网络和对象网络之间的数据传输。

灯光控制的方式按照预设的参数执行。以路灯为例，可以将源地址周边的路灯亮度调高，在一定的范围内，从源地址往两边的若干个路灯亮度逐渐递减，形成从人或车所在位置为中心的一定范围内，路灯的亮度逐渐递减。或者通过两次触发相邻路灯的顺序判断出人或车前进的方向，仅将人或车前进方向一定范围内的路灯点亮或亮度调高。在单行道上，可以不进行判断，直接将人或车前进方向上一定范围内的路灯点亮或亮度调高。

本发明的工作步骤如下：

a、传感器节点感应是否有车辆或行人经过，如果有则通过通信网络发送指令到相邻的若干个目标节点，即相邻的若干个灯光控制单元；

b、相邻的若干个灯光控制单元接收到指令后读取发送指令的源地址码，并根据预设的参数分别调整相应的各路灯的亮度。

传感器节点感应到的触发信号可以通过广播形式发送，此时不需要目标地址，只需要对象节点判断传感器节点的源地址码，然后判断是否进行开关及调光动作；也可以采取点对点的方式发送触发信号，此时对象节点需要具备目标地址，传感器节点发送的数据报文中需要包括目标地址，然后点对点建立通信链路，完成点对点通信。

本发明的有益效果是：根据人或车等需要提供照明的因素对路灯的触发，智能动态的控制目标路灯的开关及亮度，具有极大的节约能源消耗，且易于维护和管理的有益效果。

作为上述技术方案的改良，本发明的进一步技术方案如下：

进一步，上述的灯光控制单元是可调光LED驱动器，照明灯具采用LED光源。

LED光源及其可调光LED驱动器的组合相对金卤灯而言具有调光及时及高效的优点，且对光源的寿命没有影响。

进一步，上述的通信网络是无线通信网络，包括设置于感知层的无线发射模块和设置于应用层的无线接收模块，该无线发射模块电连接到所述的传感器节点，该无线接收模块电连接到所述的灯光控制单元，所述的无线发射模块和无线接收模块分别一一对应于所述的传感器节点和灯光控制单元。

对于道路的照明控制，由于路灯之间的间距较远，且施工布线难度较大且成本高，因此采用无线通信网络是较好的解决方案。

进一步，上述的对象节点还包括MCU处理器，该MCU处理器具有一MCU输入端和一MCU输出端，所述的MCU输入端电连接到所述的无线接收模块，所述的MCU输出端电连接到所述的灯光控制单元。

传感器节点发送的触发信号的报文结构至少包括源地址码位和数据位，MCU处理器用于读取触发信号的源地址码，并根据MCU处理器的存储单元中的预设程序和数据进行运算，如果符合控制条件，则根据运算结果发送控制指令到灯光控制单元。

进一步，上述的无线通信网络可以是zigbee网络，GPRS网络，GSM网络，WLAN网络，蓝牙网络，3G网络等。

无线通信网络的类型和协议不受限制，其组网方式及拓扑结构也不受限制。

进一步，上述的通信网络是有线网络，可以是以太网，或者电力线载波通信网络等。

在某些具体的场合，更加适合采用有线网络，其优点是可靠性高，信号衰减少，传输距离较远。

进一步，上述的传感器节点包括传感器，传感器可以是红外光耦传感器，地磁传感器，超声波雷达传感器，机器视觉感应器等。

传感器用于感知人或车等需要被照明的因素的存在及运动，因此任何能够感知到人或车等需要被照明的因素的存在及运动的传感器类型都可以采用或者组合使用以减少误判断。

进一步，上述的传感器还包括环境光传感器。

环境光传感器的应用进一步提高了节能效率，当环境光较亮的情况下，可以关闭传感网络，这样即使有人或车经过路灯也不会被点亮，只有当环境光亮度低于设定值时，传感网络才工作，进一步提高了智能程度。

另外，考虑到城市路灯的美化效果，还可以增加时序控制，例如，可以设置晚上七点到十点的时间段路灯全部以最大亮度点亮，不受传感网络的控制，以满足城市夜景美化的效果，十点之后人流量和车流量逐渐减少，同时也不再需要夜景美化，此时启动传感网络，达到进一步节能的目的。

[附图说明]

图1是本发明的系统架构模型示意图；

图2是本发明单盏路灯的结构示意图；

图3是本发明一个具体实施例的控制实例示意图。

[具体实施方式]

以下结合附图和具体实施案例对本发明作进一步的详细说明，本实施例以路灯为例加以说明，但不作为对本发明技术方案的限定。

本发明是一个物随动控制物的物联网系统，如图1所示，包括感知层、传输层和应用层，其中，感知层是由若干传感器节点组成的传感网络，每一个传感器节点都具有唯一的源地址；应用层包括由若干对象节点组成的对象网络，每一个对象节点至少包括一个灯光控制单元，每一个灯光控制单元控制至少一盏路灯；传输层至少包括传感网络和对象网络之间的通信网络，该传输层根据通信协议建立感知层和应用层之间的通信链路，并完成传感网络和对象网络之间的数据传输。

传感器节点网络用于感应人或者车的经过，当有人或者车经过时，传感器被触发，触发信号连同该传感器节点的源地址生成数据报，并通过通信网络发送出去，对象网络接收到触发信号后，根据发送该触发信号的源地址控制相应的灯光控制单元对路灯的工作状态进行调整。

灯光控制的方式按照预设的参数执行。例如：可以将源地址周边的路灯亮度调高，在一定的范围内，从源地址往两边的若干盏路灯亮度逐渐递减，形成从人或车所在位置为中心的一定范围内，路灯的亮度逐渐递减。或者通过两次触发相邻路灯的顺序判断出人或车前进的方向，仅将人或车前进方向一定范围内的路灯点亮或亮度调高。在单行道上，可以不进行判断，直接将人或车前进方向上一定范围内的路灯点亮或亮度调高。

本实施例的工作步骤如下：

a、传感器节点感应是否有车辆或行人经过，如果有则通过通信网络发送指令到相邻的若干个目标节点，即相邻的若干个灯光控制单元；

b、相邻的若干个灯光控制单元接收到指令后读取发送指令的源地址，并根据预设的参数分别调整相应的各路灯的亮度。

根据人或车等需要提供照明的因素对路灯的触发，智能动态的控制目标路灯的开关及亮度，具有极大的节约能源消耗，且易于维护和管理的有益效果。

如图2所示，在本实施例中，灯光控制单元采用可调光LED驱动器15，路灯采用LED光源16。

LED光源15及其可调光LED驱动器15的组合相对金卤灯而言具有调光及时及高效的优点，且对光源的寿命没有影响。

本实施例传输层8的通信网络采用无线通信网络，包括设置于感知层7的无线发射模块12和设置于应用层9的无线接收模块13，该无线发射模块12电连接到所述的传感器节点11，该无线接收模块13电连接到灯光控制单元，灯光控制单元包括MUC处理单元14和可调光LED驱动器15，所述的无线发射模块12和无线接收模块13分别一一对应于所述的传感器节点11和MCU处理单元14，MCU处理单元14的作用是读取发送触发信号的传感器节点11的源地址，并根据该源地址信息发送相应的指令到可调光LED驱动器15。

由于路灯之间的间距较远，且施工布线难度较大且成本高，因此采用无线通信网络是较好的解决方案。

无线通信网络可以是zigbee网络，GPRS网络，GSM网络，WLAN网络，蓝牙网络，3G网络等。

无线通信网络的类型和协议不受限制，其组网方式及拓扑结构也不受限制。

除此之外，通信网络也可以采用有线网络，可以是以太网，或者电力线载波通信网络等。

在某些具体的场合，更加适合采用有线网络，其优点是可靠性高，信号衰减少，传输距离较远。

传感器节点包括传感器，传感器可以是红外光耦传感器，地磁传感器，超声波雷达传感器，机器视觉感应器等。

传感器用于感知人或车等需要被照明的因素的存在及运动，因此任何能够感知到人或车等需要被照明的因素的存在及运动的传感器类型都可以采用或者组合使用以减少误判断。

本实施例的传感器还包括环境光传感器。

环境光传感器的应用进一步提高了节能效率，当环境光较亮的情况下，可以关闭传感网络，这样即使有人或车经过路灯也不会被点亮，只有当环境光亮度低于设定值时，传感网络才工作，进一步提高了智能程度。

另外，考虑到城市路灯的美化效果，还可以增加时序控制，例如，可以设置晚上七点到十点的时间段路灯全部以最大亮度点亮，不受传感网络的控制，以满足城市夜景美化的效果，十点之后人流量和车流量逐渐减少，同时也不再需要夜景美化，此时启动传感网络，达到节能的目的。

如图3所示，下面以某条道路的六盏路灯为例说明本实施例的控制方式。

首先，环境光传感器(图中未示出)检测环境光亮度，若环境光亮度小于某一设定值，所有路灯全部以100％的亮度开启，时钟模块进入工作状态，设定午夜12点之后时钟模块发送指令将所有路灯的亮度调到50％，同时传感网络进入工作状态，假设此时正好有一辆汽车111经过路灯3，触发到设于路灯3灯柱上的红外光耦传感器，则路灯3的红外光耦传感器生成一个高电平信号，连同路灯3的源地址码生成一个数据报文，并通过无线发射模块以广播的方式发送出去，假设路灯1，路灯2，路灯3，路灯4，路灯5，路灯6的无线接收模块都收到了信号，并传送到各自的MCU处理单元，MCU处理单元首先读取接收到的数据报文的源地址码，并将该源地址码与MCU处理单元的存储模块内预设的数据进行比对，如果判断该源地址码是目标源地址码，则发送相应的指令到本地的可调光LED驱动器，例如：各路灯的MCU处理单元收到路灯3发送的触发信号的预设指令如下：路灯1的亮度调为70％，路灯2的亮度调为90％，路灯3的亮度调为100％，路灯4的亮度调为90％，路灯5的亮度调为70％，路灯6不进行任何动作。这样便形成了一个以汽车111所在位置为中心，往两边灯光亮度逐级递减的照明效果，如果汽车行驶到路灯4的位置，同理，此时，路灯1的亮度恢复50％，路灯2的亮度调为70％，路灯3的亮度调为90％，路灯4的亮度调为100％，路灯5的亮度调为90％，路灯6的亮度调为70％。以此类推，如此便实现了路灯灯光的亮度随动调节，极大程度的降低了能源消耗。

除此之外，如果是单行道则可以设置成只调量车辆行进方向前方的路灯，而后方的路灯不调量。同时也可通过人或车辆两次触发红外光耦传感器的逻辑顺序，通过程序判断人或车辆的行进方向。

需要特别说明的是：如上所述是结合具体内容提供的一种实施方式，并不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。凡与本实用新型结构、装置等近似、雷同，或是对于本实用新型构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于，包括感知层、传输层和应用层，其中，

感知层是由若干传感器节点组成的传感网络，每一个传感器节点都具有唯一的源地址码，所述的若干传感器节点沿照明区域分布设置；

应用层包括由若干对象节点组成的对象网络，所述的每一个对象节点至少包括一个灯光控制单元，每一个灯光控制单元控制至少一个光源；

传输层至少包括传感网络和对象网络之间的通信网络，所述的传感网络和对象网络之间通过该通信网络进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于：所述的灯光控制单元是可调光LED驱动器，照明灯具采用LED光源。

3.根据权利要求1所述的基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于：所述的通信网络是无线通信网络，包括设置于感知层的无线发射模块和设置于应用层的无线接收模块，该无线发射模块电连接到所述的传感器节点，该无线接收模块电连接到所述的灯光控制单元，所述的无线发射模块和无线接收模块分别一一对应于所述的传感器节点和灯光控制单元。

4.根据权利要求3所述的基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于：所述的对象节点还包括MCU处理器，该MCU处理器具有一MCU输入端和一MCU输出端，所述的MCU输入端电连接到所述的无线接收模块，所述的MCU输出端电连接到所述的灯光控制单元。

5.根据权利要求3所述的基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于：所述的无线通信网络可以是zigbee网络，GPRS网络，GSM网络，WLAN网络，蓝牙网络，3G网络等。

6.根据权利要求1所述的基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于：所述的通信网络是有线网络，可以是以太网，或者电力线载波通信网络等。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于：所述的传感器节点包括传感器，传感器可以是红外光耦传感器，地磁传感器，超声波雷达传感器，机器视觉感应器等。

8.根据权利要求6所述的基于物联网架构的智能照明控制系统，其特征在于：所述的传感器还包括环境光传感器。

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