CN102510643A

CN102510643A - 基于物联网的led智能照明节能控制方法

Info

Publication number: CN102510643A
Application number: CN2011104521023A
Authority: CN
Inventors: 康通博; 徐国平; 杨洪涛
Original assignee: BEIJING CENTURY CHENGTONG ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: BEIJING CENTURY CHENGTONG ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN102510643B

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的LED智能照明节能控制方法，它包括以下步骤：(一)、安装在LED智能终端上的传感器收集有关LED灯的状态信息；(二)、传感器将收集到的上述信息传输给LED智能终端；(三)、LED智能终端将接收到的有关信息进行存储；(四)、LED智能终端将接收到的有关信息通过通信控制网络传送给中心服务器；(五)、中心服务器接受信息后，根据设定的规则进行识别；(六)、中心服务器根据具体业务类型来决定是否对收到的相应信息进行干预；(七)、中心服务器将干预指令通过通信控制网络发给LED智能终端；(八)、LED智能终端对收到的干预指令进行处理。本发明具有节能、管理效率高等优点。

Description

基于物联网的LED智能照明节能控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于物联网的LED智能照明节能控制方法。

背景技术

节能减排是当前国家发展层面上的一个重要课题，实现节能减排目标面临的形势十分严峻，现有的节能控制系统存在以下问题：

1.对照明的控制基本都是基于回路的控制，需要实现单点控制时，代价比较大；

2.没有发挥LED照明的特点及优势；

3.不能方便地支持新的节能应用形式，比如EMC(合同能源管理)等；

4.没有发挥物联网的技术优势及特点，很难做到精细化管理；

5.一般独立运行的终端控制设备可以孤立实现恒照度控制，但是不能接受统一控制，如果需要调整照度值会比较麻烦。

物联网技术，其英文名为Internet of Things(IOT)，物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

LED智能照明，是指利用计算机技术、网络通信技术、自动控制技术、微电子、物联网等技术，实现根据环境变化、客观要求、用户预定需求等条件自动采集各种信息，对信息进行分析判断，实现最佳的实际LED照明控制效果。

EMC(合同能源管理)是70年代在西方发达国家开始发展起来一种基于市场运作的全新的节能新机制，节能服务公司通过与客户签订节能服务合同，为客户提供包括：能源审计、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能量确认和保证等一整套的节能服务，并从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润的一种商业运作模式。

发明内容

为了克服现有LED智能照明节能控制技术的不足，本发明提供一种基于物联网的LED智能照明节能控制方法。

本发明是这样实现的：

基于物联网的LED智能照明节能控制方法，它包括以下步骤：

(一)、安装在LED智能终端上的传感器收集有关LED灯的状态或环境信息；

(二)、传感器将收集到的上述信息传输给LED智能终端；

(三)、LED智能终端将接收到的有关信息进行存储；

(四)、LED智能终端将接收到的有关信息通过通信控制网络传送给中心服务器；

(五)、中心服务器接收信息后，根据设定的规则进行识别、存储；

(六)、中心服务器根据具体业务类型来决定是否对收到的相应信息进行干预；

(七)、中心服务器将干预指令通过通信控制网络发给LED智能终端；

(八)、LED智能终端对收到的干预指令进行处理。

它还可以包括以下步骤：

(九)、LED智能终端将干预指令执行结果通过通信控制网络反馈回中心服务器。

(十)、赋予每一个LED智能终端一个身份标识，LED智能终端可以联网运行，也可以独立运行。

所述的LED灯的状态信息为LED灯的电流、电压、温度、亮度、色温或开关信息，所述的环境信息为LED灯所在位置的温度或亮度信息。

所述的通信控制网络为有线、无线、电力载波三种方式中的一种。

本发明是专门针对LED特点、发挥LED优势的智能照明节能控制方法，它在实际运行过程中，硬件设备包括LED智能终端、通信控制网络、中心服务器三个组成部分，LED智能终端按照中心服务器干预指令运行，也可独立运行，物联网技术的发展为LED智能照明节能控制方法提供了技术基础。

本发明实现照明的统一控制、管理，提出了照明精细管理的概念，可以对灯具实现单点及分组控制、实现灯具运行信息的查询、统计等功能；LED智能终端按照中心服务器的指令运行，也可以独立运行；中心服务器可以获取灯的实时状态信息(电流、电压、温度等)、环境信息(照度等)，记录灯的开关时间、消耗电量，LED智能终端可以集成红外、微波、光感等传感器功能。本发明主要应用在各类大型公共建筑、家居小区建筑、公共设施及各类企事业单位(如高端商场、写字楼、机场、车站、码头、车间、酒店、道路等)各种指示、显示、建筑装饰、背光源、城市亮化工程、照明节能智能控制。本发明的节能体现在：(1)集中统一地控制LED灯的状态，节省人力成本，提高工作效率；(2)结合实际环境照度水平，精确调节单灯的亮度，节省能源，延长灯具使用寿命；(3)支持EMC(合同能源管理)等节能环保应用形式，方便技能应用形式的推广，实现节能目的；(4)LED智能终端和LED灯珠模块、传感器模块等采用特定的连接方式连接，可以支持方便地增加或减少部件，降低系统整体成本；(5)灯具异常时自动报警，报告灯具的准确位置，节省人工排查的成本，节省人力。

本发明可以由三个部分硬件完成相应的步骤，它包括LED智能照明终端、通信控制网络、中心服务器。其中LED智能照明终端，是该物联网系统的叶子节点，该叶子节点直接分布到照明现场，是控制的对象。LED智能照明终端由电源模块、通信模块、控制模块、存储模块、LED灯珠模块、电参数采集模块、传感器模块组成。电源控制模块负责给系统供电，其由市电供电，同时自己带有电池，可以在没有市电的情况下工作；通信模块负责和分控中心或其它LED智能终端联系，其载体可以是无线、有线、电力载波等形式；控制模块是LED智能照明终端的指挥中心，其核心是控制器芯片；存储模块是Flash卡控制模块，可以记录LED智能终端运行状态信息；LED灯珠模块主要是由照明用的两组LED灯珠构成，可以根据供电的变化调节实现亮度及色温的调节；电参数采集模块负责采集LED智能终端的运行电压、电流等信息，通过计算，可以获得LED智能终端的电能消耗；传感器模块是由一个或多个传感器构成，包括照度传感器、温度传感器、色温传感器等。各个传感器或电参数采集模块发现异常数据，会由控制模块负责分析，然后通知存储模块记录，同时通过通信模块发送到中心服务器。

通信控制网络主要由分控中心、传输网络构成，传输网络分为LED智能终端和分控中心的网络及分控中心和中心服务器之间的网络。分控中心可以是一个负载均衡的控制器，也可以是一个协调器，其本质功能是均衡地实现和LED智能终端的通信。

中心服务器由通信服务、存储服务、应用服务三个部分组成，通信服务负责和通信网络通信，接收或发送数据；存储服务负责保存各个LED智能终端状态数据信息，比如开灯累积时间、累积功耗等；应用服务直接面向操作员或管理人员，提供照明方案编辑、修改、下发等操作功能，同时还可以直接控制单灯的状态，查询统计单灯或系统的电能消耗等，支持EMC的应用。

本发明的第一项节能点，集中统一地控制LED灯的状态，节省人力成本，提高工作效率。LED智能终端支持亮度及色温的线性调节，综合管理系统设定了平时节电模式、节假日模式、重大节假日模式、临时模式等运行模式。通过这些控制模式，实现各个LED灯的不同亮度及色温，提供最佳的照明效果、营造合适的环境气氛，避免不必要的浪费。这些亮度及色温的调节是由中心服务器自动统一下发指令的，效率很高，不仅提供了理想照明效果，还节省了人力及电力成本。

本发明的第二项节能点，结合实际环境照度水平，精确调节单灯的亮度，节省能源，延长灯具使用寿命。中心服务器根据整体环境的照度信息，统一精确地调节各个灯的亮度，达到最佳的照明效果。这样避免成片或整个区域调节，节省了电力，也提高了照明效果。

本发明的第三项节能点，支持EMC(合同能源管理)等节能环保应用形式。EMC是一种实现节能减排的新方式，但是在采用EMC形式对既有建筑做照明的节能改造时，节能量的计算是个难题，很多照明线路无法单独记录电量。采用单灯电量计量后，就可以由LED智能终端记录其消耗的电量，同时发送到中心服务器中，实现统计汇总，支持节能量的计算。

本发明的第四项节能点，LED智能终端和LED灯珠模块、传感器模块等采用方便的连接方式，可以支持增加或减少部件。LED智能终端自动检测所安装的模块，自动储存这些模块信息，并且实时报告到中心服务器。这样可以根据不同的项目，实现不同的模块组合，节省硬件成本，提高系统的灵活性。

本发明的第五项节能点，灯具异常时自动报警，报告灯具的准确位，这样节省了人工派查的成本，节省了人力，同时异常灯具得到及时修改，提高了照明的效率。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为基于物联网的LED智能照明节能控制方法示意图

图2为基于物联网的LED智能照明节能控制系统结构示意图

图3为本发明支持EMC业务的过程示意图

图4为本发明LED灯色温及亮度调节过程示意图

具体实施方式

见图1、图2、图3、图4，基于物联网的LED智能照明节能控制方法，它包括以下步骤：

(一)、安装在LED灯上的传感器收集有关LED灯的状态或环境信息；

(二)、传感器将收集到的上述信息传输给LED智能终端；

(三)、LED智能终端将接收到的有关信息进行存储；

(四)、LED智能终端将接收到的有关信息通过物联网传送给中心服务器；

(五)、中心服务器接受信息后，根据设定的规则进行识别；

(七)、中心服务器将干预指令通过物联网发给LED智能终端；

(八)、LED智能终端对收到的干预指令进行处理。

所述的LED灯的状态信息为LED灯的电流、电压、温度、亮度、色温或开关信息。

本发明实施时的硬件系统包括LED智能终端(传感器模块属于LED智能终端)、通信控制网络、中心服务器三个部分。

LED智能终端和灯在通过专用接口集成在一起，部署到照明现场，可以独立运行，也可以和中心进行交互。

本实施实例采用无线网络来实现数据传输，但是并不表示本发明的传输网络仅限于无线网络。

照明控制网络系统是由一个主控节点、多个分控节点以及更多的单元节点组成的三层两级网络。在最底端，单元节点(LED智能终端)负责照明现场的状态检测与控制输出，具体面向的可以是一个房间，一个相对独立的区域或其它需要较多关联控制的场合。在网络顶端，主控节点负责整个系统的功能协调与状态监测。一方面，主控节点收集所有单元节点的状态信息，执行必要的本地集中控制；另一方面也可能在需要时通过高级网络接口连接到局域网，按高级管理部门的要求提供定期数据报告以及接收控制数据更新和遥控遥测命令。在主控节点和单元节点之间是分控节点。主控节点通过一级网络连接到分控节点，分控节点进一步通过二级网络连接到单元节点。根据系统控制规模的大小，各物理节点的责任范围可有所不同。

中心服务器主要是负责通信管理、数据管理、操作控制等。

本实施实例中的通信协议采用ZigBee协议来完成，LED智能终端的通信芯片采用TI(2.4GHz)IEEE 802.15.4标准的系统级芯片CC2530来完成，该芯片符合ZigBee RF4CE兼容的协议栈，和更大内存大小将允许芯片无线下载，支持系统编程，包含高性能的RF收发器与一个8051微处理器，8kB的RAM，32/64/128/256KB闪存。可以满足LED智能终端的通信、逻辑控制等功能需要。

当灯开关时，LED智能终端把开关时间、工作电流、电压等信息储存到本机，然后发送到中心服务器，这样即使某个时间段无法和中心服务器通信，也不影响数据的完整。

本发明支持EMC过程见图3，其具体工作步骤如下：

(一)LED智能终端实时地把开关时间、平均工作电压、电流等信息存储到本地，然后发送到中心服务器；

(二)中心服务器接收到这些信息后，进行储存。

(三)中心服务器可以对这些数据进行分析、统计。

(四)这些数据可以支持日常管理、EMC等业务。

对于灯的亮度调节过程见图4，本系统的工作步骤如下：

(一)各个LED智能终端上的光敏传感器探测各自环境的亮度，把数据发送给中心服务器。

(二)然后由中心服务器计算，决定哪几盏灯开以及灯的亮度，哪几盏灯关，这样精确控制，避免一个区域的灯全部开或关。

(三)中心服务器发送开关指令给对应的LED智能终端。

(四)LED智能终端执行指令，通过PWM(脉冲宽度调制)技术，完成灯的亮度调节。

本发明的LED灯调色温及亮度等参数调节过程，其具体工作步骤简述如下：

(一)、安装在LED灯上的传感器收集有关LED灯的状态和环境信息，包括LED灯本身的色温、亮度及环境的温度、亮度等；

(二)、传感器将收集到的上述信息传输给LED智能终端；

(三)、LED智能终端将接收到的有关信息进行存储并通过物联网传送给中心服务器；

(四)、中心服务器接受信息后，根据设定的规则进行识别，并根据具体业务类型进行计算相应的干预模式；

(五)、中心服务器将干预指令通过通信控制网络发给LED智能终端；

(六)、LED智能终端对收到的干预指令进行处理；

(七)、LED智能终端对收到的干预指令执行不成功时进行重复执行；

(八)、LED智能终端将干预指令执行结果通过通信控制网络反馈回中心服务器。

本发明的优点是：

对照明实现精确、精细管理，在恒照度、分区控制时，可以更加精确，避免了基于回路的控制系统中只能分区或分组的缺陷，避免不必要的能源浪费，延长灯具使用寿命；

对照明实现统一、集中管理，提高运行管理效率；

对照明时间、照明功耗实现统计汇总，支持EMC等形式的应用，从技术上支持EMC运作。

LED智能终端可以独立运行，也可以接受中心指令运行。终端具有断电记忆芯片，可以记录灯的运行数据，当网络断开时，数据不会丢失，同时可以调节色温、亮度、定时开关灯等。

LED智能终端可以把灯的运行信息、环境信息等通过网络反馈到中心服务器。

Claims

1.基于物联网的LED智能照明节能控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(二)、传感器将收集到的上述信息传输给LED智能终端；

(三)、LED智能终端将接收到的有关信息进行存储；

(五)、中心服务器接受信息后，根据设定的规则进行识别；

(八)、LED智能终端对收到的干预指令进行处理。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的LED智能照明节能控制方法，其特征在于，它还包括以下步骤：

(九)、LED智能终端将干预指令执行结果通过通信控制网络反馈回中心服务器；

3.根据权利要求2所述的基于物联网的LED智能照明节能控制方法，其特征在于，所述的LED灯的状态信息为LED灯的电流、电压、温度、亮度、色温或开关信息；所述的环境信息为LED灯所在位置的温度或亮度信息。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的LED智能照明节能控制方法，其特征在于，所述的通信控制网络为有线、无线、电力载波三种方式中的一种。