CN103037567A - 基于物联网云平台的云照明阵列 - Google Patents

Abstract

本发明是全新概念的、物联网控制的节能照明系统。灯具采用点光源阵列，控制系统由集成在灯具上的控制节点、若干个无线网关和云计算平台组成。每个灯具上配置一个控制节点，带有一个无线/有线应答器。灯具内包含多个传感器，监测环境亮度、机动车流量与行人数量等多个基础数据。本发明构筑了一个覆盖照明区域的分布式云照明阵列，各灯具通过应答器互相识别，自动组成局域网，通过无线网关连接云计算平台。灯具的传感器监测到相应数据后，由无线网关发送到云计算平台，云计算平台根据实时监测数据，动态管理云照明阵列的工作，实现了灯具节能与管理节能的强强组合，达到极高的节能率。本发明是大功率HID灯具的节能换代产品，非常适用于道路、展厅、机场、体育馆等大空间场所。

Description

基于物联网云平台的云照明阵列

(一)技术领域

本发明是全新概念的、物联网控制的节能照明系统，灯具采用点光源阵列，并组成有线/无线局域网，连接到物联网云平台，实现了物联网对高效点光源阵列的实时管理，是大功率HID灯具的节能换代产品，非常适用于道路、展厅、机场、体育馆等大空间场所。 

(二)背景技术

大空间照明常用的光源为大功率的钠灯、金卤灯等HID灯，这些光源属高压气体放电灯，功率为250W、400W、1000W几类，且必须使用电感镇流器限流，能耗很高，功率因素低，熄灯后短时间不能再启动，无法频繁开关。 

据不完全统计，目前我国城市道路照明的总灯数约400万只(套)，加上高速公路、工矿企业、机场、码头等非市政照明灯具约200万只(套)，总数超过600多万只，并且每年以10％以上的速度递增。其中城市公共照明在我国照明耗电中占30％，年用电量约为439亿KWh，年电费开支达285亿元，成为财政部门的一大负担 

传统的节能照明一般从灯具节能或者管理节能两方面考虑。灯具节能是采用高光效照明灯具，使用大功率的气体放电灯或者LED灯，往往成本很高，节能不节钱；管理节能是动态控制光源的开关，依据实际情况优化灯具使用时间，往往采用间隔关灯的方式，可能造成照明环境不均匀。为了尽可能快的回收节能投资，灯具节能与管理节能应该并行，实现最佳节能效果，这是目前的灯具体系无法兼顾的。 

注意到上述问题，本发明提出一种以点光源阵列为光源的新灯具，每个灯具带有一个控制节点，各个控制节点再通过连接有线/无线应答器，便可以自行组建一个无线/有线局域网，再通过网关以GPRS/EDGE/3G+有线宽带的形式连接物联网云平台，由云平台直接控制点光源阵列，实现灯具节能与管理节能的完美结合。 

(三)发明内容

普通大功率灯具如路灯，每个灯具包含一套电光源，负责特定区域的照明，是分散的、个体的照明系统。 

本发明采用多个点光源组成阵列，每个灯具包含若干行列的光源阵列，各个点光源分别配光，互不干扰，形成大面积的发光面，产生很高的有效照度。很多套灯具分布在城市道路上，这么多点光源阵列组成了一个分布式的阵列网络，覆盖在整个道路体系上，形成一个完整的云照明阵列，是集合的、分布的照明系统。 

为了实现对云照明阵列的管理，本发明引入目前国际上最先进的自组织无线网络技术，特别是ZigBee网络技术。灯控制系统由集成在灯具上的控制节点和有线/无线应答器设备、若干个无线网关和云计算平台 组成。每个灯具上配置一个控制节点，控制节点通过应答器和无线网关建立通信连接。控制节点具有本地控制管理和与应答器通信功能。应答器能够收发数据，控制节点将数据转换成控制指令，控制各自灯具的点光源阵列的开关。无线网关负责无线网络信息汇集和主机命令下发功能，它们以GPRS/EDGE/3G+有线宽带的形式连接云计算平台，实现与云计算平台的通讯。云计算平台是物联网运行管理后台，由计算中心与数据库组成，功能是接收、分析各无线网关传来的数据，并依据控制规则形成控制指令，再传输到灯具局域网，完成管理云照明阵列的功能。 

附图说明

以下结合附图对本发明加以说明，图1是本发明的灯具平面图，图2是本发明的灯具剖面图，图3、图4是系统的系统架构图，分别表示有线方式和无线方式组网情况。 

图1中，点光源1、反射器2、外壳3组成整个灯具。点光源1是小功率荧光灯或者LED模块，功率为15-30W。点光源1排成纵横的行列，行列数不超过10×10。反射器2为抛光反射面，作用是把尽量多的光线反射出来。外壳3是金属的灯具空壳，向下一面安装玻璃罩，防水防尘，接在灯杆上。 

图2中，每个灯具上配置一个控制节点4，控制节点4置于外壳3内，带有一个无线/有线应答器5，用于识别邻近的应答器，自动组成灯具的无线/有线局域网。灯具内包含多个传感器7，具备不同的监测功能，监测环境亮度、机动车流量与行人数量等多个基础数据，可以选择安装。控制节点4与传感器7通过数据线6连接起来，传感器7监测到相应数据后，传输到控制节点4，通过应答器5发送到无线网关，再由无线网关发送到云计算平台10。同时，应答器5通过无线网关接收云计算平台10的下行数据，并由控制节点4转换成控制指令。 

图3，多个灯具的点光源阵列组成云照明阵列8，多个灯具的应答器5组成有线局域网11，其中某些灯具上设置无线网关9，无线网关9以GPRS/EDGE/3G+有线宽带的形式连接云计算平台10，构成完整的物联网控制网络。云计算平台10接收、分析各无线网关传来的数据，并依据控制规则形成控制指令，以下行数据的形式传输到无线网关9，再分发到各应答器5，由控制节点4转换成控制指令，实现对云照明阵列8的动态控制。 

图4中，多个灯具的点光源阵列组成云照明阵列8，多个灯具的应答器5组成无线局域网11，其他系统与图3一样。 

(四)具体实施方式

在图4所示的路灯实施例中，路灯沿道路两侧等距布置，每个灯具都采用2×4的点光源阵列，多个点光源阵列构成了一个云照明阵列8，覆盖整个道路范围。灯具上的控制节点4通过应答器5互相识别，自行组建一个无线局域网11。组网成功后，通过专门设置的若干个无线网关9，实现与云计算平台10的通讯。 

灯工作时，灯具上的传感器会实时监测多个基础数据，并将这些数据实时传输到云计算平台。云计算平台依据控制规则对基础数据做实时分析，首先监测环境亮度，一旦环境亮度低于某个限值，即发出“开 灯”指令，通过无线局域网发送到云照明阵列，指令相应阵列开启。同时，传感器会监测道路实际照度，云计算平台根据实际照度值决定开启多大范围的云照明阵列，让环境亮度高的地区少开灯，环境亮度低的地区多开灯，动态调整云照明阵列的发光区域，达到极高的节能效果。道路上的机动车流量与行人流量是不断变化的，传感器还可以监测各类交通流量，云计算平台可以在低流量状态时关闭部分云照明阵列，在交通高峰期再全部投入使用，实现交通低峰期的低功率运行，进一步优化节能效果。 

据实测，使用16个20W点光源阵列，实际总功率约160W，能够在灯具中心垂直线下12m处，形成70Lx以上的有效照度，均匀性也很好，超过了400W高压钠灯的照明效果。云计算平台对点光源阵列的动态管理进一步强化节能效果，确保点光源阵列的最佳使用。由此，本发明实现了灯具节能与管理节能的强强组合，节能率极高，超过70％，是完美的节能照明系统。 

(五)有益效果 

本发明构筑了一个覆盖照明区域的分布式云照明阵列，各灯具自动组成无线/有线局域网，通过无线网关以GPRS/EDGE/3G+有线宽带的形式连接云计算平台，云计算平台根据灯具传感器的实时监测数据，动态管理云照明阵列的工作，实现了灯具节能与管理节能的强强组合，达到极高的节能率。 

本发明的性价比很高、照明效果好、能耗很低、寿命超长，非常适合代替大功率HID灯，实现大空间的高效节能照明。 

Claims (9)

1.一种全新概念的、物联网控制的节能照明系统，灯具采用点光源阵列，并组成有线/无线局域网，连接到物联网云平台，其特征是点光源(1)是小功率荧光灯或者LED模块，功率为15-30W。

2.根据权利要求1所述节能照明系统，其特征是点光源(1)排成纵横的行列，行列数不超过10×10。

3.根据权利要求1所述节能照明系统，其特征是每个灯具上配置一个控制节点(4)，控制节点(4)置于灯具内，带有一个无线/有线应答器(5)，用于识别邻近的应答器，自动组成灯具的无线/有线局域网。

4.据权利要求1所述节能照明系统，其特征是其中某些灯具上设置无线网关(9)，无线网关(9)以GPRS/EDGE/3G+有线宽带的形式连接云计算平台(10)，构成完整的物联网控制网络。

5.根据权利要求1所述节能照明系统，其特征是灯具内包含多个传感器(7)，具备不同的监测功能，监测环境亮度、机动车流量与行人数量等多个基础数据。

6.据权利要求1所述节能照明系统，其特征是控制节点(4)与各传感器(7)通过数据线(6)连接起来，传感器(7)监测到相应数据后，传输到控制节点(4)，通过应答器(5)发送到无线网关(9)，再由无线网关(9)发送到云计算平台(10)。

7.据权利要求1所述节能照明系统，其特征是云计算平台(10)接收、分析各无线网关传来的数据，并依据控制规则形成控制指令。

8.据权利要求1所述节能照明系统，其特征是云平台下行数据传输到无线网关(9)，再分发到各应答器(5)，由控制节点(4)转换成控制指令，实现对云照明阵列(8)的动态控制。

9.据权利要求1所述节能照明系统，其特征是多个灯具的点光源阵列组成云照明阵列(8)，多个灯具的应答器(5)组成有线/无线的局域网(11)。

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