CN103957629A

CN103957629A - 一种基于zigbee的云控智能照明系统

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Publication number: CN103957629A
Application number: CN201410161644.9A
Authority: CN
Inventors: 高英; 张海华; 李善明; 刘浩深; 苏开沛
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-04-21
Also published as: CN103957629B

Abstract

本发明提供了一种基于zigbee的云控智能照明系统，包括顺次连接的传感器节点、中继器节点和服务器节点，服务器节点和内容服务节点相互连接；传感器节点将传感器数据通过ZIGBEE无线网络传输给中继器节点，中继器节点按传感器节点的位置区域分组保存在不同的文件中，并通过无线形式返回给服务器节点，内容服务节点从服务器节点获取采集数据，对采集数据进行显示和评估；内容服务器节点还控制传感器节点的亮度、场景以及定时上传参数。本发明通过远程测控技术，提升智能照明管理水平，利用物联网实现远程数据传输，基于云计算平台实现数据存储、分析及管理，改变了传统照明的应用模式、管理模式、服务模式，实现节能环保可持续发展模式。

Description

一种基于zigbee的云控智能照明系统

技术领域

本发明涉及LED照明技术领域，特别涉及一种云控智能照明系统。

背景技术

传统照明设备的开关式控制方式，制约了现代人快节奏的生活方式。随着科技的发展和人民生活水平的提高，人们对照明系统提出了新的要求，除了要控制照明时间、亮度，还要与家居子系统配合，能根据不同的环境特征和应用场合营造相应的灯光场景，更要考虑管理智能化和操作简单化以及灵活性来适应使用及控制方式变更等要求。一个优秀的智能照明系统可以提升家庭环境的品质，确保家庭生活的舒适和健康，带动了人们生活方式的飞跃，由此带来的便捷是消费者梦寐以求的。

而目前广泛使用的LED灯采用传统照明设备的开关式控制方式，没有存储终端产生的大数据，使得节能低功耗方案难以实施。

因此，以云计算、物联网测控技术结合LED照明应用技术为基础，对LED智能照明终端应用产生的实用数据（温度、电流、电压、功率、累计耗能等数据采集）进行储存、分析及管理，变得尤为重要。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有LED照明终端的采集的大数据的技术不足，提供基于ZIGBEE的云控智能照明系统，通过内容服务节点对服务器节点的操作，智能控制传感器节点以及中继器节点，并将数据实时上传到服务器节点。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于zigbee的云控智能照明系统，其包括顺次连接传感器节点、中继器节点、基于云平台的服务器节点和内容服务节点，基于云平台的服务器节点与内容服务节点相互连接；所述的传感器节点包括串口、USB接口以及若干个传感器接口；所述的传感器节点将采集的LED灯的温度、电流、光照强度的数据通过zigbee协议无线通信方式发送给中继器节点；每一个传感器节点都配置了唯一的地点编号。

进一步优化的，所述的若干个传感器接口包括HC-SR501模块接口、传感器BH1750FVI的传感接口、传感器DS18B20的传感接口和芯片ACS712ELC的电流/电压接口；HC-SR501模块接口用于红外感应周围环境是否有人存在，传感器BH1750FVI的传感接口用于采集LED灯的光照强度，传感器DS18B20的传感接口用于采集LED灯的温度，芯片ACS712ELC的电流/电压接口用于采集LED灯的电流。

进一步优化的，所述的HC-SR501模块接口的红外感应用于判断当前房间是否有人，若有人，则控制LED灯亮，若没有人，则过设定时间后LED灯自动熄灭；所述的传感器BH1750FVI的传感接口用于检测LED灯的光照强度，实现LED灯的亮度的智能控制；所述的传感器DS18B20的传感接口用来判断火灾情况，当温度高于初始化预警的温度时，启动报警；芯片ACS712ELC的电流/电压接口主要用来获取LED灯的电流，从而得到功率，提供功耗的判断信息。

进一步优化的，所述的中继器节点包括中继器和CC2530协调器；所述的中继器通过USB接口或者串口和CC2530协调器相连；所述的中继器包括SD卡控制接口以及SD_WIFI接口、存储器和DM9000接口。

进一步优化的，首先，所述的传感器节点接收传感器接口的红外信息、光照强度、LED的温度和LED灯的电流，然后将接收的数据上传给中继器节点，所述的中继器节点将不同位置的传感器节点将相同位置的传感器节点分为一组，不同组的传感器节点数据以JSON格式文件的形式保持在中继器节点中的存储器中；最后，所述的中继器节点再通过网络将JSON格式的文件上传到基于云平台的服务器节点。

进一步优化的，所述的基于云平台的服务器节点汇总中继器节点的JSON格式的文件解析并存入本地数据库中。

进一步优化的，所述的基于云平台的服务器节点还通过查询本地数据库的信息，能够实时获得场景的控制数据，维护场景控制数据。

进一步优化的，所述的内容服务节点从基于云平台的服务器节点的数据库中获取采集数据后，对采集数据每隔五分钟进行显示和统计设定时间内所有采集数据的走势图；所述的内容服务器节点控制传感器节点的亮度、定时上传数据。

进一步优化的，所述的内容服务器节点通过将带有控制信号JSON格式的文件发送到所述的中继器节点，所述中继器节点通过串口接受并解析JSON格式文件，并将解析出的控制信号通过zigbee无线方式传输到所述的传感器节点，所述传感器节点根据控制信号来控制亮度

本发明所述的传感器节点运行Z_STACK协议栈；所述中继器节点运行LINUX操作系统。

优选地，所述中继器节点包括S3C6410中继器和CC2530协调器；所述的S3C6410中继器通过USB接口或者串口与CC2530协调器相连；所述的中继器包括SD卡控制接口以及SD_WIFI接口、存储器、DM9000接口；所述SD_WIFI接口或者DM9000接口实现网络的连接，从而与服务器节点连接；所述存储器则负责存储从传感器节点器获取的数据。

提供一个服务器节点，所述的服务器节点汇总中继器节点的JSON格式的文件并存入本地数据库中；所述的服务器节点通过操作数据库对中继器节点和传感器节点的分发注册以及网络授权连接。

优先地，所述的服务器节点通过非关系型数据库MANGODB存储数据；所述的服务器节点维护场景控制、数据分析的数据存储。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本发明通过对LED照明设备产生的大数据进行采集，实现了上传、在线监控和LED智能控制的智能化，克服了地理因素的限制，在任意地方，通过应用程序连上内容服务节点控制LED的运行状态。

2、本发明为每一个传感器节点都配置了唯一的地点编号；工作人员在分析内容服务节点的时候，通过这个编号查找到传感器节点对应的区域地点，进一步在服务器节点中获取传感器中的对应文件中的所有参数；并且这个编号能够为后期检查特定区域的LED运行状况的合法性提供了依据。

3、本发明通过电流检测芯片实时监控LED的健康状态，工作人员能够在内容服务节点查看LED照明设备的参数，更好的为智能化工作状态提供了保障。

4、本发明通过智能照明系统实现智慧城市照明管理。使照明的可靠性显著提高，降低光污染，让照明按需分配，实现智能控制，实现照明与城市的完美融合。

5、本发明以远程测控技术，提升照明智能管理水平。通过物联网实现远程数据传输，基于云计算平台实现数据存储、分析及管理。通过云控平台改变传统照明的应用模式、管理模式、服务模式，实现节能环保可持续发展模式。

6、本发明传感器节点与服务器节点之间的交互可以直接通过socket点到点通信，但是终端数量较多，容易导致服务器节点过载等问题，因此采用一个区域内的传感器节点连接到一个中继器节点，通过中继器节点来转发数据，这样就能减少通信次数，从而降低服务器节点的负担。

附图说明

图1为本发明的工作示意图；

图2为实施例的传感器节点硬件原理图；

图3为实施例的中继器节点硬件原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。

本发明的工作原理如图1所示。此提供一种通过内容服务节点对服务器节点的操作，智能控制传感器节点以及中继器节点，并将数据实时上传到服务器节点的智能照明系统。该传感器节点1通过无线网络与中继器节点2相连，中继器节点2通过无线网络与服务器节点3相连，服务器节点3通过有线网络与内容服务器4相连。

上述基于ZIGBEE的云控智能照明系统的采集参数控制流程，包括如下步骤：

1）首先，通过内容服务节点设置场景参数以及控制传感器节点的参数，并通过有线网路发送给服务器节点。

2）接着，中继器节点通过无线网路将服务器节点的场景参数以及控制参数存入本地数据库中，同时，该中继器节点根据本地数据库的变化将场景参数以及控制参数发送给传感器节点。

3）然后，传感器节点根据场景参数及数据参数对LED照明终端进行数据采集和控制，每隔一段固定等长的时间，传感器节点将采集的LED照明终端的采集数据及相应的地点编号通过无线网路发送给中继器节点。

4）中继器节点根据不同区域的LED照明设备分组存在本地文件，每隔一段固定等长的时间，以JSON格式的文件的方式通过无线网络将文件上传到服务器节点。

5）最后，服务器节点将JSON格式的文件信息存入本地数据库，并将参数信息自动上传给内容服务节点，内容服务节点对采集数据进行显示和统计最近一周内所有采集数据的走势图。

具体地，首先，为每个传感器节点分配唯一的地点编号，通过这个地点编号可以查找到对应区域的传感器节点1。

传感器节点1硬件原理如图2所示。传感器节点1为基于单片机系统的处理器CC2530。其中，由于该ZIGBEE芯片无线组网功能健全，同时提供丰富的接口，例如通用串口、USB接口等，能为传感器节点1提供方便实用的硬件通信资源。因此，该传感器节点1采用CC2530作为控制芯片；控制芯片设有串口控制器、USB控制器。传感器节点1还包括HC-SR501模块接口、PWM接口、BH1750FVI传感接口、DS18B20传感接口、ACS712ELC电流/电压接口。

传感器节点1控制不同的传感器接口，对LED照明终端进行数据采集和控制，每隔一段固定等长的时间，传感器节点2将采集的LED照明终端的采集数据及相应的地点编号通过无线网路发送给中继器节点2。PWM接口与LED终端设备相连，该传感器节点1通过调节PWM的占空比来调节LED终端设备的亮度；HC-SR501模块接口直接与控制芯片相连，负责感应周围环境的人的存在情况，自动实现亮灯和熄灯；DS18B20传感接口直接与控制芯片相连，负责采集传感器节点的温度，当温度高于初始化预警的温度时，启动报警；BH1750FVI传感接口直接与控制芯片相连，该接口采用I2C协议进行传感器的控制，负责采集LED照明设备的光照强度，实现LED灯的智能控制，当光照强度为零的时候并且其他数据显示正常的话，判断LED灯出现故障，启动报警，当光照强度处于正常范围内并且系统处于自动模式时，会根据周围环境的亮度自动调节LED灯的亮度。ACS712ELC电流/电压接口直接与控制芯片相连，负责采集LED照明设备电流以及电压值，主要用来获取LED灯的电流，从而得到功率，为功耗方面的专家提供判断信息。

中继器节点1硬件原理如图3所示。所述的中继器节点2包括中继器和CC2530协调器；所述的中继器节点2通过USB接口或者串口与CC2530协调器相连；所述的中继器节点2包括SD卡控制接口以及SD_WIFI接口、存储器、DM9000接口。

该中继器节点2采用CC2530协调器通过无线网络接收传感器节点1的参数信息，以及将场景参数和控制参数发送给传感器节点1，以实现不同参数信息的实时控制与调节。

该中继器节点2采用存储器用于实现采集数据的存储，将不同区域的传感器节点1分组，然后，将传感器采集的数据以JSON格式的文件形式存入存储器。

该中继器节点2采用SD-WIFI用于实现无线网络的连接，从而与服务器节点3连接。并且，该中继器节点2采用DM9000用于实现有线网络的连接，从而与服务器节点3连接。

如图1所示，虽然传感器节点1与服务器节点3之间的交互可以直接通过SOCKEET点到点通信，但是终端数量较多，容易导致服务器节点3过载等问题，因此采用一个区域内的传感器节点连接到一个中继器节点2，通过中继器节点2来转发数据，这样就能减少通信次数，从而降低服务器节点3的负担。

该服务器节点3完成对内容服务节点4的注册信息的配匹以及网络授权连接，并且服务器节点3能够储存传感器节点1的传感器参数信息以及各LED设备终端的工作状态。

该服务器节点3提供控制管理接口与管理控制模块相结合，为内容服务节点4提供管理界面如照明场景控制、照明设备维护、功耗数据分析等所需要的数据，该控制管理接口通过内容服务节点4控制，分发控制信号到具体的传感器节点1来完成复杂的控制指令。该服务器节点3维护场景控制、数据分析等的数据存储，以及接入传感器节点1的区域位置以及中继器节点2的分组信息。

该内容服务节点4从服务器节点3的本地数据库中获取采集数据，对采集数据进行显示和统计最近一周内所有采集数据的走势图。该内容服务器节点4首先通过设置LED的控制数据，然后基于云平台的服务器节点存取该控制数据，接着，中继器节点通过查询基于云平台的服务器节点中的本地数据库来获取所需的控制数据，实时控制传感器节点1的亮度调节、场景以及定时上传参数信息。在任意地方，通过上述的步骤，内容服务节点4可以实时控制LED的运行状态。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims

1.一种基于zigbee的云控智能照明系统，其特征在于包括顺次连接传感器节点、中继器节点、基于云平台的服务器节点和内容服务节点，基于云平台的服务器节点与内容服务节点相互连接；所述的传感器节点包括串口、USB接口以及若干个传感器接口；所述的传感器节点将采集的LED灯的温度、电流、光照强度的数据通过zigbee协议无线通信方式发送给中继器节点；每一个传感器节点都配置了唯一的地点编号。

2.根据权利要求1所述的基于zigbee的云控智能照明系统，其特征在于：所述的若干个传感器接口包括HC-SR501模块接口、传感器BH1750FVI的传感接口、传感器DS18B20的传感接口和芯片ACS712ELC的电流/电压接口；HC-SR501模块接口用于红外感应周围环境是否有人存在，传感器BH1750FVI的传感接口用于采集LED灯的光照强度，传感器DS18B20的传感接口用于采集LED灯的温度，芯片ACS712ELC的电流/电压接口用于采集LED灯的电流。

3.根据权利要求2所述的基于zigbee的云控智能照明系统，其特征在于：

所述的HC-SR501模块接口的红外感应用于判断当前房间是否有人，若有人，则控制LED灯亮，若没有人，则过设定时间后LED灯自动熄灭；所述的传感器BH1750FVI的传感接口用于检测LED灯的光照强度，实现LED灯的亮度的智能控制；所述的传感器DS18B20的传感接口用来判断火灾情况，当温度高于初始化预警的温度时，启动报警；芯片ACS712ELC的电流/电压接口主要用来获取LED灯的电流，从而得到功率，提供功耗的判断信息。

4.根据权利要求1所述的基于zigbee的云控智能照明系统，其特征在于：所述的中继器节点包括中继器和CC2530协调器；所述的中继器通过USB接口或者串口和CC2530协调器相连；所述的中继器包括SD卡控制接口以及SD_WIFI接口、存储器和DM9000接口。

5.根据权利要求1所述的基于zigbee的云控智能照明系统，其特征在于：首先，所述的传感器节点接收传感器接口的红外信息、光照强度、LED的温度和LED灯的电流，然后将接收的数据上传给中继器节点，所述的中继器节点将不同位置的传感器节点将相同位置的传感器节点分为一组，不同组的传感器节点数据以JSON格式文件的形式保持在中继器节点中的存储器中；最后，所述的中继器节点再通过网络将JSON格式的文件上传到基于云平台的服务器节点。

6.根据权利要求1所述的基于zigbee单片机的云控智能照明系统，其特征在于：所述的基于云平台的服务器节点汇总中继器节点的JSON格式的文件解析并存入本地数据库中。

7.根据权利要求6所述的基于zigbee单片机的云控智能照明系统，其特征在于：所述的基于云平台的服务器节点还通过查询本地数据库的信息，能够实时获得场景的控制数据，维护场景控制数据。

8.根据权利要求1所述的基于zigbee的云控智能照明系统，其特征在于：所述的内容服务节点从基于云平台的服务器节点的数据库中获取采集数据后，对采集数据每隔五分钟进行显示和统计设定时间内所有采集数据的走势图；所述的内容服务器节点控制传感器节点的亮度、定时上传数据。

9.根据权利要求7所述的基于zigbee的云控智能照明系统，其特征在于：所述的内容服务器节点通过将带有控制信号JSON格式的文件发送到所述的中继器节点，所述中继器节点通过串口接受并解析JSON格式文件，并将解析出的控制信号通过zigbee无线方式传输到所述的传感器节点，所述传感器节点根据控制信号来控制亮度。