CN103763821A

CN103763821A - 一种led路灯远程监控系统

Info

Publication number: CN103763821A
Application number: CN201410005725.XA
Authority: CN
Inventors: 邓亦林
Original assignee: SUCOGREEN LIGHTING ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SUCOGREEN LIGHTING ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明属于监控系统技术领域，尤其涉及一种LED路灯远程监控系统，包括监控系统终端设备、Zigbee协调器、转发节点、路灯终端节点和LED路灯，监控系统终端设备和Zigbee协调器通过RS232串口通讯，Zigbee协调器和转发节点通过Zigbee网络通讯，转发节点通过路灯终端节点与LED路灯连接。相对于现有技术，本发明采用ZigBee无线网络，通过众多转发节点的无线组网从而构成一个基于ZigBee的无线传感器网络，这样不仅省去了架设线路的费用，维护管理开支也比较低，而且其可控制全城的路灯照明系统，其可以实时监视路灯状况以及控制路灯的工作状态，可以大大地节省电量，延长路灯的寿命以及减小维修费用。

Description

一种LED路灯远程监控系统

技术领域

本发明属于监控系统技术领域，尤其涉及一种LED路灯远程监控系统。

背景技术

当代社会，城市路灯照明/景观照明建设不仅带给人们光明与视觉享受，也成为展现城市魅力的重要窗口，但是在带来明亮、绚丽色彩的同时也带来了诸多的困扰如：能耗、管理、费用、用电、电缆被盗等等问题。

此外，在当前全球能源极其紧张的环境下，节能减排成为了当前国内外共同关注的焦点。LED光源作为一种具有高效率、定向性和长寿命等特点的光源，目前已逐渐用作路灯照明。

但是，当前国内外对于路灯照明系统科学高效的控制和资源整合的产品较少，功能不全面，而基于短距离无线通信技术的LED路灯远程控制方案正是根据我国现状而生的产物。在无线通讯技术领域，Zigbee是继蓝牙之后新兴的短距离、低功耗、低成本和低复杂度的无线网络，其通信速率是 250kbps，控制器的功率损耗大约是 60mW，通信距离可以达到 100m，Zigbee低的通信速率可以大大提高数据传输的可靠性。从这些特点来看，Zigbee无线网络非常适合应用到LED路灯远程监控系统中。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种基于Zigbee无线网络的LED路灯远程监控系统，其可以实时监视路灯状况以及控制路灯的工作状态，对路灯进行调光，可以大大地节省电量，延长路灯的寿命以及减小维修费用。

为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种LED路灯远程监控系统，包括监控系统终端设备、Zigbee协调器、转发节点、路灯终端节点和LED路灯，所述监控系统终端设备和所述Zigbee协调器通过RS232串口通讯，所述Zigbee协调器和所述转发节点通过Zigbee网络通讯，所述转发节点通过所述路灯终端节点与所述LED路灯连接。

作为本发明LED路灯远程监控系统的一种改进，所述路灯终端节点包括LED电源驱动模块、光敏传感器、温度传感器、电压传感器、电流传感器、无线通讯模块和MCU模块，所述LED电源驱动模块、所述光敏传感器、所述温度传感器、所述电压传感器和所述电流传感器均与所述MCU模块连接，所述无线通讯模块通过SPI串口与所述MCU模块通讯。

作为本发明LED路灯远程监控系统的一种改进，所述MCU模块设置为型号为MSP430的芯片。

作为本发明LED路灯远程监控系统的一种改进，所述无线通讯模块设置为CC2480/ZigBee模块。

作为本发明LED路灯远程监控系统的一种改进，所述LED电源驱动模块包括APFC电路、DC-DC变换器和恒流限压驱动器，所述APFC电路与输入电源连接，所述DC-DC变换器分别与所述APFC电路和所述恒流限压驱动器连接，所述恒流限压驱动器与所述LED路灯连接。

作为本发明LED路灯远程监控系统的一种改进，监控系统还包括总控机，所述总控机通过GPRS网络与所述Zigbee协调器通讯。

作为本发明LED路灯远程监控系统的一种改进，所述转发节点包括CC2530最小系统、节点供电模块、PWM调光模块、RS232通信模块、传感器模块和按键模块，所述CC2530最小系统与所述RS232通信模块相互通讯，所述节点供电模块的输出端、所述传感器模块的输出端、所述按键模块的输出端和所述PWM调光模块的输入端均与所述CC2530最小系统连接。

作为本发明LED路灯远程监控系统的一种改进，所述PWM调光模块设置为型号为UBA3070的芯片。

相对于现有技术，本发明采用ZigBee无线网络，通过众多转发节点的无线组网从而构成一个基于ZigBee的无线传感器网络，这样不仅省去了架设线路的费用，维护管理开支也比较低，而且其可以在城市信息控制中心整合控制全城的路灯照明系统，实时监视路灯状况以及控制路灯的工作状态，对路灯进行调光，从而可以大大地节省电量，延长路灯的寿命以及减小维修费用。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明中路灯终端节点的结构框图。

图3为本发明中MCU模块的电路图。

图4为本发明中无线通讯模块的电路图。

图5为本发明中LED电源驱动模块的结构框图。

图6为本发明中转发节点的结构框图。

图7为本发明中CC2530最小系统的电路图。

图8为本发明中节点供电模块的电路图。

图9为本发明中PWM调光模块的电路图。

图10为本发明中RS232通信模块的电路图。

图11为本发明中按键模块的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

如图1所示，本发明提供的一种LED路灯远程监控系统，包括监控系统终端设备1、Zigbee协调器2、转发节点3、路灯终端节点4和LED路灯5，监控系统终端设备1和Zigbee协调器2通过RS232串口通讯，Zigbee协调器2和转发节点3通过Zigbee网络通讯，转发节点3通过路灯终端节点4与LED路灯5连接。

其中，监控系统终端设备1主要负责建立和管理路灯控制网络，显示路灯状况信息和发送控制命令，协调整个路灯系统的运作。路灯终端节点4可安装在LED路灯5的灯杆上，转发节点3也可安装在LED路灯5的灯杆上。

转发节点3负责实现路灯终端节点4和Zigbee协调器2的通讯。

Zigbee协调器2是 Zigbee 网络中的核心设备，主要负责启动，配置网络以及接收其它设备加入网络。而且，Zigbee协调器2还得负责与上位机监控软件进行通信。

路灯终端节点4在在监控系统中主要负责采集传感器信息，根据上位机发送来的命令对LED路灯5进行控制。如果路灯终端节点4被配置为 Zigbee 路由器，则需要接受其它 Zigbee 网络设备的加入请求。

其中，如图2所示，路灯终端节点4包括LED电源驱动模块41、光敏传感器42、温度传感器43、电压传感器44、电流传感器45、无线通讯模块46和MCU模块47，LED电源驱动模块41、光敏传感器42、温度传感器43、电压传感器44和电流传感器45均与MCU模块47连接，无线通讯模块46通过SPI串口与MCU模块47通讯。

本发明中路灯终端节点4使用多种传感器，如光敏传感器42、温度传感器43、电压传感器44、电流传感器45，可测量周围环境情况和LED路灯5的工作情况，并将处理器的数据发送到监控系统终端设备1，由监控系统终端设备1决定LED路灯5的工作模式和状态。如果传感器的测量值超过了阈值，则LED路灯5自动关闭，并向监控系统终端设备1报警。

具体的，例如使用光敏传感器42测量周围环境的光亮度，当傍晚时周围环境还有余光时，将LED路灯5开启为单双灯模式，当晚上天全黑了以后，将LED路灯5全部打开，当凌晨4点左右出现晨光时将LED路灯5调节成半功率工作模式。在阴天和沙尘暴天气时，光敏传感器42坚持到道路能见度低，LED路灯5也可自动打开，保证道路正常照明。

再如，温度传感器43的设置是由于大功率白光LED照明和驱动器发热量都很大，所以需要温度传感器43实时监控路灯的温度，并向监控系统终端设备1反映，如果温度超过警戒温度，监控系统终端设备1进入报警模式，将自动关闭路灯，并向监控系统终端设备1发送报警命令，温度传感器43的型号为DS18B20。

MCU模块47设置为型号为MSP430的芯片，其具有超低功耗，高度集成，丰富的片上外围模块等特点，其电路图如图3所示。

无线通讯模块46设置为CC2480/ZigBee模块，其在单个芯片上集成了ZigBee射频前端、模拟数字转换器、定时器，支持2.4GHzIEEE802.15.4协议。其无线性能出色，功耗很低，其电路图如图4所示。

其中，如图5所示，LED电源驱动模块41包括APFC电路411、DC-DC变换器412和恒流限压驱动器413，APFC电路411与输入电源连接，DC-DC变换器412分别与APFC电路411和恒流限压驱动器413连接，恒流限压驱动器413与LED路灯5连接，即LED电源驱动模块41是一个三级电路，前级APFC电路411一方面完成功率因数的校正，另一方面又给后级提供了稳定的高压输入；中间级 DC-DC 变换器412完成了降压和隔离的作用，主要利用 LLC 技术完成高效率的功率转换；最后一级恒流限压驱动器413主要用来给 LED 路灯5提供恒定的电流。

监控系统还包括总控机，总控机通过GPRS网络与Zigbee协调器2通讯。此时，每个Zigbee协调器2形成一个LED路灯区域网，而GPRS和总控机则将各区域网组网成广域网，从而实现更大范围的远程控制。

这是因为，ZigBee无线网的标准传输距离只有75m，即使使用扩展天线也只有200m，要实现覆盖整个城市的无线传感器网络很困难。如果使用中继路由的方式实现的话，成本不低，网络过大，可靠性无法保证，不好控制。所以将城市路灯组网划分成若干个小的子网，每个子网覆盖几个到十几个街区，每个子网中有几百盏路灯，子网内部使用ZigBee建立的无线传感器网络控制路灯，其终端和协调器之间最多路由跳转2~3次，保证网络可靠性。子网和总控机使用GPRS网络来传输数据。

如图6所示，转发节点3包括CC2530最小系统31、节点供电模块32、PWM调光模块33、RS232通信模块34、传感器模块35和按键模块36，CC2530最小系统31与RS232通信模块34相互通讯，节点供电模块32的输出端、传感器模块35的输出端、按键模块36的输出端和PWM调光模块33的输入端均与CC2530最小系统31连接。

其中，CC2530最小系统31的电路图如图7所示，其主要包括时钟振荡电路，天线以及供电部分。

节点供电模块32的电路图如图8所示，其型号为VIPER12A ，其具有过温保护，过流保护和过压保护功能。

PWM调光模块33设置为型号为UBA3070的芯片，其电路图如图9所示，其具有低压锁定功能；过流保护功能；过温保护功能。

RS232通信模块34的电路图如图10所示。

传感器模块35包括光敏传感器和温度传感器 DS18B20，光敏电阻是一个纯粹的电阻，阻值会受到光照射强度的影响而改变，从而可以直接检测其电压来判断光照强度。DS18B20是一种数字温度计，支持 9~12 位的数据格式。

按键模块36的电路图如图11所示，其中四个或门(SN74SC32)用来判断键盘有无按下，然后利用运放(TLV272)将各个按键的电压值放大，最后可以据运放输出的电压值大小来判断哪个键被按下。

根据上述说明书的揭示和启示，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当归入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种LED路灯远程监控系统，其特征在于：包括监控系统终端设备、Zigbee协调器、转发节点、路灯终端节点和LED路灯，所述监控系统终端设备和所述Zigbee协调器通过RS232串口通讯，所述Zigbee协调器和所述转发节点通过Zigbee网络通讯，所述转发节点通过所述路灯终端节点与所述LED路灯连接。

2.根据权利要求1所述的LED路灯远程监控系统，其特征在于：所述路灯终端节点包括LED电源驱动模块、光敏传感器、温度传感器、电压传感器、电流传感器、无线通讯模块和MCU模块，所述LED电源驱动模块、所述光敏传感器、所述温度传感器、所述电压传感器和所述电流传感器均与所述MCU模块连接，所述无线通讯模块通过SPI串口与所述MCU模块通讯。

3.根据权利要求2所述的LED路灯远程监控系统，其特征在于：所述MCU模块设置为型号为MSP430的芯片。

4.根据权利要求2所述的LED路灯远程监控系统，其特征在于：所述无线通讯模块设置为CC2480/ZigBee模块。

5.根据权利要求2所述的LED路灯远程监控系统，其特征在于：所述LED电源驱动模块包括APFC电路、DC-DC变换器和恒流限压驱动器，所述APFC电路与输入电源连接，所述DC-DC变换器分别与所述APFC电路和所述恒流限压驱动器连接，所述恒流限压驱动器与所述LED路灯连接。

6.根据权利要求1所述的LED路灯远程监控系统，其特征在于：还包括总控机，所述总控机通过GPRS网络与所述Zigbee协调器通讯。

7.根据权利要求1所述的LED路灯远程监控系统，其特征在于：所述转发节点包括CC2530最小系统、节点供电模块、PWM调光模块、RS232通信模块、传感器模块和按键模块，所述CC2530最小系统与所述RS232通信模块相互通讯，所述节点供电模块的输出端、所述传感器模块的输出端、所述按键模块的输出端和所述PWM调光模块的输入端均与所述CC2530最小系统连接。

8.根据权利要求7所述的LED路灯远程监控系统，其特征在于：所述PWM调光模块设置为型号为UBA3070的芯片。