CN103152957A - 目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，包括与微处理器通过串口扩展模块连接的LCD液晶显示接口和串行打印机接口、键盘接口、微处理器、外部存储模块、内部存储模块、时钟同步模块、GPRS模块、无线射频通信模块或电力载波通信模块；无线射频通信模块或电力载波通信模块与目标跟踪分段供电路灯系统相连接；GPRS模块与远程路灯管理中心相连接；系统采用实时状态管理数据结构和轮询算法进行状态轮询。该系统可以自动采集路灯系统实时数据，自动统计分析、高速率大容量存储和进行路灯控制，及时掌握实时工作状态，发现运行故障。本发明对路灯分区段组织管理，适应交通管理和节能环保的双重要求，提高照明系统管理效率。

Description

目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统

技术领域

       本发明涉及一种照明数据采集与控制系统，具体是一种目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统。

背景技术

城市公共照明是城市设计中必不可少的一个环节，对促进城市经济和社会发展，提高市民的日常生活质量起着日益重要的作用，城市照明用电在整个照明用电中所占的比例也日益趋高，在大力提倡低碳环保的今天，城市公共照明的管理面临着较大挑战。

已于2012年1月4日公开的CN102307417A的中国发明专利申请《目标跟踪分段供电路灯系统》能够保证行人车辆行驶时照明的亮度，又能在后半夜车稀人少时实现对路灯的实时控制，具有明显的节能效果，但仍然不具备远程集中监控和管理功能。

目标跟踪分段供电路灯系统的运行会产生大量实时数据，从中可以计算、分析出如用电量、用电方式、故障报警等有用信息。但大量实时数据如全部直接发送到远程路灯管理中心，既延迟了处理时间又耗费网络流量，既不经济也不实用，这种管理控制方式效率低下，显然不符合节能环保理念。

公开号为201601867U，公开日为2010年10月6日的中国实用新型专利《基于物联网的路灯节能与管理系统》公开了设置有无线传感器网络且可进行远程控制的基于物联网的路灯节能与管理系统，包括设置于路灯上的路灯监控终端、RTU 远程终端单元和实现无线通信的移动通信基站；公开号为101494940，公开日为2009年7月29日的中国发明专利《一种路灯管理控制装置》公开了对单个路灯实现节能调节、状态监测、日常业务管理和线缆防盗报警的管控系统组成模块及功能；公开号为101583219，公开日为2009年11月18日的中国发明专利《LED路灯控制器》涉及一种对LED路灯通过ZigBee和GPRS对路灯实现远程实时检测和控制的控制器，公开了硬件模块的结构实现。 

而本发明针对光伏一体、目标跟踪分段供电路灯进行监控管理，通过无线射频或电力载波通信对邻近多区段路灯进行实时数据采集、存储、初步分析统计，对基础数据自动统计分析、高速率大容量存储和进行路灯控制，通过GPRS与远程路灯管理中心进行少量必要数据通信。本发明不但公开了具体的电路元器件实现方案，还公开了系统具体功能模块和工作流程、监控的具体内容和详细参数指标，公开了包括通信地址、通信指令编码在内的具体通信协议，公开了实时管理的数据结构及轮询方法。前述已公开的专利均不具备或没有公开这些内容，也不具备本发明所具有的明显效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够同时对邻近多个区段的光伏一体、目标跟踪分段供电路灯系统进行数据自动实时采集、处理和控制的便携式系统。

本发明是通过如下的技术方案来实现：

目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，包括微处理器、与微处理器通过串口扩展模块连接的LCD液晶显示接口和串行打印机接口、串行键盘接口、外部存储模块、内部存储模块、时钟同步模块、GPRS模块、无线射频通信模块或电力载波通信模块；所述无线射频通信模块或电力载波通信模块与目标跟踪分段供电路灯系统相连接，根据所控制的路灯系统具体情况选择两种方式中的一种，进行通信；所述GPRS模块与远程路灯管理中心相连接；

前述LCD液晶显示接口，串行打印机接口和键盘接口，用以实现和用户之间的人机交互；

前述内部存储模块分别采用串行SRAM芯片X24C45和Flash芯片AT25FS040与微处理器连接，为系统提供静态内存和程序代码；

前述外部存储模块采用串行SD卡与微处理器连接，用于存储采集的实时数据和统计分析的数据结果；

前述时钟同步模块采用时钟日历芯片DS12C887，用于对路灯提供时间基准，进行时钟同步管理；

前述GPRS模块通过公网提供的GPRS网络服务与远程路灯管理中心进行通信，并采用MC35i芯片与微处理器的串口UART0连接，完成微处理器与远程路灯管理中心之间的通信；

前述无线射频通信模块或电力载波通信模块负责数据采集与控制系统和目标跟踪分段供电路灯系统之间通信协议的定义和维护，通信端口管理、通信数据的接收解码与发送编码；

前述外部存储模块、内部存储模块、无线射频通信模块或电力载波通信模块均通过SPI总线方式与微处理器之间传送指令和数据；

前述微处理器采用ATMega128单片机，其内部软件功能模块包括：

实时信息采集模块：采集用电方式及耗电量、故障报警数据，建立实时状态管理数据结构，采用轮询算法实时轮询； 

基础数据统计分析模块：路灯状态统计，用电方式统计和故障分析；

数据查询模块：实时数据查询和历史状态查询；

数据输出模块：以数据记录形式显示数据及统计结果，以文件形式导出或打印指定数据及统计结果； 

路灯控制模块：工作模式控制，用电方式控制和目标跟踪与分段供电参数调整；

前述数据采集与控制系统所采集的数据及控制信息存储在外部存储模块的存储介质中，并通过GPRS模块向远程路灯管理中心发送数据。

前述的串口扩展模块采用TL16C554芯片扩展出多个串口；

前述无线射频通信模块采用nRF24Z1芯片，包括无线射频发射模块和无线射频接收模块，采用2.4GHz 微波ISM 频段无线收发信号；所述电力载波通信模块内部包括电力载波发送与接收电路。 

前述的外部存储模块存储内容包括路灯地址信息，实时耗电量，耗电量统计，状态记录，报警记录。

前述的无线射频通信模块或电力载波通信模块内部设定有记录移动目标经过两个路灯之间的时间计数器。

前述的路灯控制模块中的工作模式控制包括常明模式和自动跟踪模式控制，用电方式控制包括光伏用电和市电用电控制，照明参数包括预点灯时间、延迟灭灯时间、前方点亮盏数、后方点亮盏数及预留参数。

前述的基础数据统计分析模块的统计内容包括：

从实时点灯信息中计算用户指定的时间段内的点灯次数、点灯时间长度、点灯占比等统计信息；

对实时用电方式统计，分别统计光伏用电量和市电用电量，计算光伏用电和市电用电的比例；

对实时路灯状态数据进行分析，与参数指标对比，判断路灯工作状态是否异常，按期进行统计；

对实时故障报警数据进行分析，统计指定时间段内各目标跟踪分段供电路灯故障类型、次数。

前述的数据采集与控制系统和目标跟踪分段供电路灯的通信协议包括通信地址、通信指令；

前述的通信地址为通信双方的地址编码，共12位二进制码，由区段地址和段内地址码组成，范围为0x000~0xFFF；包括

0xFFF：十字路口路灯地址；

0xExx：最高四位为1110开头的地址为预留地址，不分配给任何区段；

0xEEE：辖区内所有区段的路灯广播地址；

0xE+四位段号+0000：最高四位为1110开头、中间四位为区段地址、最后四位为零的地址为指定区段内的广播地址，称为局域广播地址；

0x000：数据采集与控制系统地址；

余下地址用于所辖区段内单盏路灯的地址；

前述的通信指令总长度为144位，其中前导码字段8位，源地址和目标地址字段各12位，指令类型字段8位，数据位长度字段8位，数据位及填充位字段共96位，校验码8位。

前述的通信指令包括数据采集与控制系统对单个路灯发送指令和数据采集与控制系统对批量路灯发送指令。

前述的实时信息采集模块建立实时状态管理数据结构，包括区段地址链表、段内地址链表及路灯实时状态表；

所述区段地址链表的每一个节点指向该区段段内地址链表的头节点；

所述段内地址链表的每一个节点指向路灯实时状态表的一条记录；

所述路灯实时状态表由索引、轮询次数、发送时间、状态判断、收到应答及轮询参数字段构成。

前述的轮询算法设置最大轮询次数。

前述的轮询算法按区段地址链表和各段内地址链表遍历每个节点，对每个节点对应路灯发送轮询请求指令，并在路灯实时状态表中建立一条记录，记录第几次发送轮询和发送时间；收到来自路灯的轮询应答信息，则记录收到的相关参数信息，并作状态判断，然后开始对下一路灯进行轮询请求，如超时未收到应答，则记录未收到应答，如发送次数尚未超过最大轮询次数，则再次发送轮询请求指令给该路灯；如已经达到最大轮询次数，则不再等待，状态判定为“系统无反应”，开始对下一路灯发送轮询请求。

前述的实时数据采集模块内部设有时间间隔参数，用于按时将轮询发现的异常信息和收到的报警信息交给GPRS模块发送给远程路灯管理中心的。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）数据采集与控制系统专门针对光伏一体、目标跟踪分段供电智能路灯进行监控，为便携式设计，方便采集和处理邻近多区段路灯运行产生的大量实时数据，高速率大容量本地存储，只在必要时将重要数据通过GPRS发送给远程路灯管理中心，缩短传输和处理时间，节约公网流量和费用；

（2）系统根据交通情况和用户要求，快速调整邻近多区段光伏一体、目标跟踪分段供电智能路灯的工作模式、用电方式、设置预点灯时间、延迟灭灯时间等参数，适时针对不同目标的移动速度而调整所需要点亮的路灯数量；

（3）便于远程快速查询智能路灯历史状态和进行故障分析，对交通经常拥堵或特别稀疏的区段，可对个别路灯内的时间计数器进行调整，以适应交通照明管理和节能的双重要求，从而节约电能，节约人力财力，提高照明系统管理效率；

（4）与目标跟踪分段供电路灯之间的通信采用形式统一、功能灵活的通信协议，路灯通信地址按区段地址和段内地址编码，共为12位二进制码，其中预留了特殊用途的地址；数据采集与控制系统既可以对单个路灯发送指令，也可以对批量路灯发送指令，指令格式总长度为144位；

（5）系统使用特定的数据结构进行实时数据采集，可以对所辖路灯按区段进行创建和删除，根据路灯地址容易找到路灯对应的链表成员和查询相关参数信息，实时跟踪目标分段供电路灯照明系统的工作状态，及时发现运行故障，适应本照明系统的分区段管理特点，管理效率高；

（6）采用轮询算法，并设定最大轮询值，减轻系统处理大量路灯地址和轮询信息的内存消耗和处理器开销，加快处理每个轮询节点的效率，大大减化生成和管理轮询路灯数据的操作，节省操作用时和内存空间；

（7）系统为用户提供了键盘输入、LCD液晶输出、打印输出接口，便于显示和导出数据，与用户交互；并预留了串口扩展接口，便于系统功能升级；系统与智能路灯的通信提供多种连接方式可选择；

（8）系统采用基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器单片机ATmega128，由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmegal28的数据吞吐率高达l MIPS/MHz，大大缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾，系统从而功耗小、效率高、成本低，更为环保节能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

      图1为本发明数据采集与控制系统的结构框图；

图2为本发明各功能模块内部结构图；

图3为本发明系统串口扩展模块与微处理器的连接示意图； 

图4为本发明系统GPRS模块与微处理器连接图； 

图5为本发明系统SPI串行总线连接方式示意图； 

图6为本发明数据存储介质中存储数据结构关系图； 

图7为本发明通信指令格式示意图； 

图8为本发明数据采集与控制系统发往目标跟踪分段供电路灯的通信指令格式列举示意图；

图9为本发明目标跟踪分段供电路灯发往数据采集与控制系统的通信指令格式列举示意图；

图10为本发明实时状态管理数据结构示意图；

图11为本发明系统的工作流程图；

图12为本发明系统与所辖路灯之间的通信过程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明进行进一步的阐述。

如图1和图2所示，本发明的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，包括微处理器，与微处理器通过串口扩展模块连接的LCD液晶显示接口和串行打印机接口、串行键盘接口、GPRS模块、外部存储模块、内部存储模块、时钟同步模块、无线射频通信模块或电力载波通信模块；无线射频通信模块或电力载波通信模块与目标跟踪分段供电路灯系统相连接，根据所控制的路灯系统具体情况选择两种方式中的一种，进行通信； GPRS模块与远程路灯管理中心相连接。

微处理器的功能模块包括：

实时信息采集模块：建立实时状态管理数据结构，采集用电方式及耗电量、采用轮询算法实时轮询和故障报警数据；具体为按照预定的通信协议，系统与所辖区域内各目标跟踪分段供电路灯通信，接收各路灯系统发送来的点灯信号、路灯状态数据、用电方式及耗电量数据、故障报警数据，并将收到的实时数据通过通信模块解析后按设计的数据结构写入存储介质；实时信息采集模块内部还设有时间间隔参数，用于按时将轮询发现的异常信息和收到的报警信息交给GPRS模块发送给远程路灯管理中心，每经过设定的时间间隔，系统查看有无异常信息和报警信息需要发送，如没有则不发送；

基础数据统计分析模块：路灯状态统计，用电方式统计和故障分析；具体包括：从实时点灯信息中计算用户指定的时间段内的点灯次数、点灯时间长度、点灯占比统计信息；对实时用电方式统计，分别统计光伏用电量和市电用电量，计算光伏用电和市电用电的比例；对实时路灯状态数据进行分析，与参数指标对比，判断路灯工作状态是否异常，按期进行统计，路灯状态包括温度、湿度、光通量、功率、工作状态；对实时故障报警数据进行分析，统计指定时间段内各目标跟踪分段供电路灯故障类型、次数；

数据查询模块：实时数据查询和历史状态查询；包括点灭灯、用电方式、用电量统计、功率、温湿度、光通量等查询；

数据输出模块：以数据记录形式显示数据及统计结果，以文件形式导出或打印指定数据及统计结果； 

路灯控制模块：工作模式控制，用电方式控制和目标跟踪与分段供电参数调整；其中工作模式控制包括常明模式和自动跟踪模式控制，用电方式控制包括光伏用电和市电用电控制，照明参数包括预点灯时间、延迟灭灯时间、前方点亮盏数、后方点亮盏数及预留参数。

如图3所示，以ATMega128单片机作为微处理器，选用一片TL16C554芯片作为串口扩展模块扩展出4个串口，其中为LCD液晶显示接口、串行打印机接口提供两个串口，以实现和用户之间的人机交互，另外两个串口为功能扩展预留；采用两片八位串行输入/并行输出移位寄存器74HC164芯片进行数据串并转换，分别与LCD芯片JM240128A的接口和串行打印机的数据总线接口连接，以节省数据输出端口；外部键盘与单片机的4个I/O口连接，实现系统和用户之间的人机交互。

时钟同步模块采用时钟日历芯片DS12C887，用于对路灯提供时间基准，进行时钟同步管理。

如图4所示，GPRS模块通过公网提供的GPRS网络服务与远程路灯管理中心进行通信，并采用MC35i芯片与微处理器的串口连接，完成微处理器与远程路灯管理中心通信，系统采集的数据及控制信息可以存储在系统外部存储模块的存储介质中，也可以通过GPRS向管理中心发送。

无线射频通信模块采用nRF24Z1芯片，电力载波通信模块内部包括电力载波发送与接收电路，根据路灯具体配置，本发明选用的无线射频通信模块，其包括无线射频发射模块和无线射频接收模块，采用2.4GHz 微波ISM 频段无线收发信号，主要负责数据采集与控制系统和目标跟踪分段供电路灯系统之间通信协议的定义和维护，通信端口管理、通信数据的接收解码与发送编码。无线射频通信模块内部还设定有记录移动目标经过两个路灯之间的时间计数器，可以适时针对不同目标的移动速度而调整所需要点亮的路灯数量，对交通经常拥堵或特别稀疏的区段，可对个别路灯内的时间计数器进行调整，以适应交通和节能的双重要求。

如图5所示，微处理器的MISO、MOSI、CS、SCLK引脚提供SPI串行总线接口，内部存储模块分别采用串行SRAM芯片X24C45和串行Flash芯片AT25FS040、外部存储模块采用串行SD卡模块，无线射频通信模块采用nRF24Z1芯片，均与微处理器SPI串行总线连接传送数据和指令。

如图6所示，数据存储介质中存储的主要数据结构为：

1）路灯地址信息:存储路灯通信地址，包括路灯序号、区段地址和段内地址；

2）实时耗电信息:存储路灯实时用电量信息，包括灯号、发送日期、发送时间、用电方式、用电量；

3)用电量统计信息:统计每日路灯用电量信息，包括灯号、日期、用电方式、用电量；

4)状态记录信息:对轮询异常信息的记录，包括灯号、日期、时间、状态判断（无应答、具体参数异常等）；

5)报警信息:记录目标跟踪分段供电路灯主动报警信息，包括灯号、日期、报警时间、参数值（温度、湿度、功率、光通量等参数异常）、状态判断等；

数据采集与控制系统的通信分为数据采集与控制系统发往目标跟踪分段供电路灯，目标跟踪分段供电路灯发往目标跟踪分段供电路灯两类；系统与目标跟踪分段供电路灯的通信协议具体包括通信地址和通信指令，通信指令包括指令类型和指令格式；

 1）通信地址——通信双方的地址编码，共12位二进制码，由区段地址和段内地址码组成，范围为0x000~0xFFF，其中包含特殊用途地址：

0xFFF：十字路口路灯地址；

0xExx：最高四位为1110开头的地址预留，不分配给任何区段路灯；

0xEEE：辖区内所有区段的路灯广播地址；

0xE+四位段号+0000：最高四位为1110开头、中间四位为区段地址、最后四位为零的地址为指定区段内的广播地址，称为局域广播地址；

0x000：数据采集与控制系统地址；

余下地址用于所辖区段内单盏路灯的地址。

2）通信指令类型——如表1所列，数据采集与控制系统发送给目标跟踪分段供电路灯的指令包括数据采集与控制系统对单个路灯发送指令和数据采集与控制系统对批量路灯发送指令，其中路灯地址修改指令和供电参数修改指令为数据采集与控制系统批量发送给路灯的指令，其余均为发送给指定的单个路灯，批量发送的指令目标跟踪分段供电路灯不需要答复。

表1 指令及类型编码

数据采集与控制系统发往目标跟踪分段供电路灯指令	指令类型编码	目标跟踪分段供电路灯发往数据采集与控制系统的指令	指令类型编码
				1、工作模式更改	0x01	1、工作模式更改应答	0x11
2、用电方式修改	0x02	2、用电方式更改应答	0x12
				3、路灯地址修改（含批量）	0x03	3、单灯地址修改应答	0x13
4、照明参数修改（含批量）	0x04	4、单灯照明参数修改应答	0x14
				5、轮询请求指令	0x05	5、轮询应答指令	0x15
		6、用电数据（用电方式、耗电量）上报	0x06
						7、故障报警指令	0x07

其中路灯照明参数修改指令、轮询请求指令及故障报警指令中的参数编码如表2所示：

表2参数编码及取值范围

参数	编码	参数值
			1、湿度	0x1	0~256
2、温度	0x2	0~256
			3、光通量	0x3	1/0
4、预点灯时间	0x4	0~256
			5、延迟灭灯时间	0x5	0~256
6、前方点亮盏数	0x6	0~256
			7、后方点亮盏数	0x7	0~256
8、（预留）	0x8~0xF

3）指令格式

参照图7，图8和图9，通信指令有数据采集与控制系统发往目标跟踪分段供电路灯的指令和目标跟踪分段供电路灯发往数据采集与控制系统的指令，指令格式总长度均为144位，其中前导码字段8位，源地址和目标地址字段各12位，指令类型字段8位，数据位长度字段8位，数据位及填充位字段共96位，校验码8位。各指令数据位长度字段为数据位的实际长度，数据位不满96位的由填充位字段填满。

数据采集与控制系统对单个路灯发送的指令，目标地址字段为具体的路灯地址；对批量路灯发送的指令，目标地址字段按具体需要选择一种广播地址。

如图10所示，数据采集与控制系统建立实时状态管理数据结构，包括区段地址链表、段内地址链表及路灯实时状态表；区段地址链表的每一个节点指向该区段段内地址链表的头节点，段内地址链表的每一个节点指向路灯实时状态表的一条记录；路灯实时状态表由索引、轮询次数、发送时间、状态判断、收到应答及轮询参数字段构成。

系统初始化时，对管理区域内的监控路灯按区段地址建立区段地址链表，并对每个区段建立段内地址链表。

系统执行轮询时，为防止轮询信息丢失，设置最大轮询次数Max。系统按区段地址链表和各段内地址链表遍历每个节点，对每个节点对应路灯发送轮询请求指令，并在路灯实时状态表中建立一条记录，记录第几次发送轮询和发送时间；收到来自路灯的轮询应答信息，则记录收到的相关参数信息，并作状态判断，然后开始对下一路灯进行轮询请求，如超时未收到应答，则记录未收到应答，如发送次数尚未超过Max，则再次发送轮询请求指令给该路灯；如已经达到最大次数Max，则不再等待，状态判定为“系统无反应”，开始对下一路灯发送轮询请求。

用户查看单个路灯实时状态时，只需通过区段地址和段内地址指针即可找到通过轮询获得的路灯当前实时状态，状态判断字段根据每次轮询是否收到应答、应答参数内容进行计算，判断路灯当前状态为“正常”、“参数异常”或“系统无反应”。

如图11所示，本发明的系统的工作流程为：系统上电运行后，读取Flash程序代码，读取配置参数，初始化各功能模块，如系统未找到路灯地址文件，则屏幕显示提供路灯地址设置；根据所辖区段路灯地址初始化路灯数据链表，然后进入实时信息采集模块，对各路灯进行实时轮询，按设定的时间间隔将轮询异常信息和报警信息交给GPRS模块发送给远程管理中心。当系统产生中断信号，则进入中断处理程序。首先判断中断来源：

（1）如果是用户按键中断：则判断按键内容，如查询数据，则按用户指定参数到外部存储模块读取数据及统计信息文件，按用户选择进行LCD显示或打印数据；如为用户对路灯发出管理控制指令，则根据用户选择构造和发送通信指令；

（2）如果是收到来自所辖区段路灯的通信指令中断，则判断是路灯上报点灯及用电量通信数据、对轮询的应答指令还是故障报警指令。如果是收到上报点灯及用电量通信数据，则存储实时数据，并累计点灯次数，对光伏用电量和市电用电量分别统计用电量，存储统计结果；如果是来自路灯的应答指令，则分析应答数据，更新轮询信息表，对收到的实时数据进行计算、存储和统计，与参数指标对比，判断路灯工作状态是否异常；如果是故障报警指令，则提取报警具体数据内容，进行存储，并统计路灯故障类型、次数；

（3）如果收到来自GPRS模块的中断，则判断是控制指令还是数据查询请求，如果是控制指令，则根据指定的控制参数和选择的路灯地址构造和发送通信指令；如果是数据查询请求，则根据请求指令到外部存储模块读取数据及统计信息文件交给GPRS模块发送应答数据。

如图12所示，目标跟踪分段供电路灯与本发明的数据采集与控制系统的通信过程为：

目标跟踪分段供电路灯上电初始化后处于空闲状态，（1）如目标跟踪分段供电路灯收到数据采集与控制系统指令，则判断指令类型，如果是轮询信号，则根据轮询协议发送应答轮询参数指令及数据，如是其它控制信号，则分析信号内容后执行相应操作，并根据需要按协议进行应答；（2）如目标跟踪分段供电路灯收到其它路灯发送的点灯指令，则判断自身地址是否在指令范围内，如果是，则点亮本盏LED路灯，同时计算是否需要转发点灯指令，如地址不在范围内，则回到空闲状态；（3）目标跟踪分段供电路灯按设定的时间间隔检测自身状态，如检测到系统状态异常，则向数据采集与控制系统发送报警指令；（4）目标跟踪分段供电路灯的传感器发现移动目标后，进行点灯操作，每次亮灯后，向数据采集与控制系统发送上报指令，上报上次亮灯的耗电量及用电方式；并将点亮路灯数与点亮方向进行处理后得出下一路灯系统的地址并以指定的数据帧格式发送到下一站灯，此间，若处理后的点亮灯数变为0，则不发送，亮灯延迟时间到期，则执行灭灯操作。

 以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：包括微处理器、与微处理器通过串口扩展模块连接的LCD液晶显示接口和串行打印机接口、串行键盘接口、外部存储模块、内部存储模块、时钟同步模块、GPRS模块、无线射频通信模块或电力载波通信模块；所述无线射频通信模块或电力载波通信模块与目标跟踪分段供电路灯系统相连接，根据所控制的路灯系统具体情况选择两种方式中的一种，进行通信；所述GPRS模块与远程路灯管理中心相连接；

所述LCD液晶显示接口，串行打印机接口和键盘接口，用以实现和用户之间的人机交互；

所述内部存储模块分别采用串行SRAM芯片X24C45和Flash芯片AT25FS040与微处理器连接，为系统提供静态内存和程序代码；

所述外部存储模块采用串行SD卡与微处理器连接，用于存储采集的实时数据和统计分析的数据结果；

所述时钟同步模块采用时钟日历芯片DS12C887，用于对路灯提供时间基准，进行时钟同步管理；

所述GPRS模块通过公网提供的GPRS网络服务与远程路灯管理中心进行通信，并采用MC35i芯片与微处理器的串口UART0连接，完成微处理器与远程路灯管理中心之间的通信； 

所述无线射频通信模块或电力载波通信模块负责数据采集与控制系统和目标跟踪分段供电路灯系统之间通信协议的定义和维护，通信端口管理、通信数据的接收解码与发送编码； 

所述外部存储模块、内部存储模块、无线射频通信模块或电力载波通信模块均通过SPI总线方式与微处理器之间传送指令和数据；

所述微处理器采用ATMega128单片机，其内部功能模块包括：

实时信息采集模块：采集用电方式及耗电量、故障报警数据，建立实时状态管理数据结构，采用轮询算法实时轮询；

基础数据统计分析模块：路灯状态统计，用电方式统计和故障分析；

数据查询模块：实时数据查询和历史状态查询；

数据输出模块：以数据记录形式显示数据及统计结果，以文件形式导出或打印指定数据及统计结果； 

路灯控制模块：工作模式控制，用电方式控制和目标跟踪与分段供电参数调整；

所述数据采集与控制系统所采集的数据及控制信息存储在外部存储模块的存储介质中，并通过GPRS模块向远程路灯管理中心发送数据。

2.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述串口扩展模块采用TL16C554芯片扩展出多个串口。

3.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述无线射频通信模块采用nRF24Z1芯片，包括无线射频发射模块和无线射频接收模块，采用2.4GHz 微波ISM 频段无线收发信号；所述电力载波通信模块内部包括电力载波发送与接收电路。

4.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述无线射频通信模块或电力载波通信模块内部设定有记录移动目标经过两个路灯之间的时间计数器。

5.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述路灯控制模块中的工作模式控制包括常明模式和自动跟踪模式控制，用电方式控制包括光伏用电和市电用电控制，照明参数包括预点灯时间、延迟灭灯时间、前方点亮盏数、后方点亮盏数及预留参数。

6.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述基础数据统计分析模块统计内容包括：

从实时点灯信息中计算用户指定的时间段内的点灯次数、点灯时间长度、点灯占比统计信息；

对实时用电方式统计，分别统计光伏用电量和市电用电量，计算光伏用电和市电用电的比例；

对实时路灯状态数据进行分析，与参数指标对比，判断路灯工作状态是否异常，按期进行统计；

对实时故障报警数据进行分析，统计指定时间段内各目标跟踪分段供电路灯故障类型、次数。

7.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述数据采集与控制系统和邻近多区段目标跟踪分段供电路灯系统的通信协议包括通信地址、通信指令；

所述通信地址为通信双方的地址编码，共12位二进制码，由区段地址和段内地址码组成，范围为0x000~0xFFF；包括，

0xFFF：十字路口路灯地址；

0xExx：最高四位为1110开头的地址为预留地址，不分配给任何区段；

0xEEE：辖区内所有区段的路灯广播地址；

0xE+四位段号+0000：最高四位为1110开头、中间四位为区段地址、最后四位为零的地址为指定区段内的广播地址，称为局域广播地址；

0x000：数据采集与控制系统地址；

余下地址用于所辖区段内单盏路灯的地址；

所述通信指令总长度均为144位，其中前导码字段8位，源地址和目标地址字段各12位，指令类型字段8位，数据位长度字段8位，数据位及填充位字段共96位，校验码8位。

8.根据权利要求7所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述通信指令包括数据采集与控制系统对单个路灯发送指令和数据采集与控制系统对批量路灯发送指令。

9.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述实时信息采集模块建立实时状态管理数据结构，包括区段地址链表、段内地址链表及路灯实时状态表；

所述区段地址链表的每一个节点指向该区段段内地址链表的头节点；

所述段内地址链表的每一个节点指向路灯实时状态表的一条记录；

所述路灯实时状态表由索引、轮询次数、发送时间、状态判断、收到应答及轮询参数字段构成。

10.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述轮询算法设置最大轮询次数；

所述轮询算法按区段地址链表和各段内地址链表遍历每个节点，对每个节点对应路灯发送轮询请求指令，并在路灯实时状态表中建立一条记录，记录第几次发送轮询和发送时间；收到来自路灯的轮询应答信息，则记录收到的相关参数信息，并作状态判断，然后开始对下一路灯进行轮询请求；如超时未收到应答，则记录未收到应答，如发送次数尚未超过最大轮询次数，则再次发送轮询请求指令给该路灯，如已经达到最大轮询次数，则不再等待，状态判定为“系统无反应”，开始对下一路灯发送轮询请求。

11.根据权利要求1所述的目标跟踪分段供电路灯的数据采集与控制系统，其特征在于：所述实时信息采集模块内部设有时间间隔参数，用于按时将轮询发现的异常信息和收到的报警信息交给GPRS模块发送给远程路灯管理中心。

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