CN103974514A - 基于物联网实现对路灯进行智能控制的方法及装置 - Google Patents

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刘紫燕
冯丽
冯亮
罗厚德
杨扬
杨通杰
胡红博
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Abstract

本发明公开了一种基于物联网实现对路灯进行智能控制的方法及装置,采用射频通信的方式将路灯集中在路灯中心节点上进行控制,利用终端设备向服务器发送控制指令,再由服务器将控制指令发到路灯中心节点上实现远程控制。本发明采用在每个路灯上安装路灯控制节点,路灯控制节点通过射频模块与路灯中心节点形成无线传感器网络,路灯中心节点通过GPRS无线通信模块与远程终端控制系统相互通信,它实现了基于物联网技术的无线传感器网络智能路灯控制,不仅能够自适应调节灯光亮度、实时监测路灯工作状况,还能提供路灯故障类型报警及故障地点通知等功能,路灯管理员能够通过远程终端控制系统对所有路灯远程监测、分析、管理与优化,能解决传统路灯管理系统实时互动性差、无法自适应调节灯光亮度等缺点。

Description

基于物联网实现对路灯进行智能控制的方法及装置
技术领域
本发明涉及城市路灯节能技术领域,尤其是一种基于物联网实现对路灯进行智能控制的方法及装置。
背景技术
随着中国城市化建设的不断深入,经济的持续发展,人民生活水平的不断提高。城市道路、夜景照明已成为城市文明的标志和城市文化的代表。在推进城市亮化工程的进程中,城市道路照明、灯饰工程等逐渐受到重视,照明光源和调控设备得到了空前的发展。在路灯功能增多的同时,路灯的数字化、网络化、智能化越来越受到人们的重视。
目前,全国大部分城市的照明控制和管理仍采用传统的模式,道路路灯和城市夜景亮化的开关由每台箱变或配电柜独立时钟控制,无法做到精确的统一性控制和管理,除了部分实现了路灯变压器的监测外,大部分路灯设施均靠人工巡检的传统管理模式,与“分时间、分路段、分情景”的科学亮灯模式的管理目标相去甚远。
此外,微电子、移动通信、物联网和低功耗嵌入式技术的快速发展,孕育了基于物联网的无线传感器网络(WSN),并以其低成本、低功耗、自组织和分布式带来了信息感知的一场革命,WSN的出现为现代城市路灯控制与管理提供了新的方式和思路。
因此,探索新的路灯控制和管理方法增强城市路灯的数字化、网络化和智能化成为当今智能路灯控制装置的发展趋势,它可以有效降低城市路灯管理的难度与成本,减少能源消耗与浪费,对今后城市照明和路灯节能将有着特别重大的意义。
发明内容
本发明的目的是:提供一种基于物联网实现对路灯进行智能控制的方法及装置,它能实现对每个路灯的实时控制,可有效节约能耗,提高路灯的使用效率,以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的:基于物联网实现对路灯进行智能控制的方法,采用射频通信的方式将路灯集中在路灯中心节点上进行控制,利用终端设备向服务器发送控制指令,再由服务器将控制指令发到路灯中心节点上实现远程控制。
基于物联网的智能路灯控制装置,包括服务器,在服务器上连接有PC终端及移动终端,服务器通过GPRS无线通信模块与路灯中心节点连接,路灯中心节点通过射频模块与路灯控制节点连接。
路灯控制节点包括MCU智能控制平台,在MCU智能控制平台上连接有路灯亮度调节模块、传感器模块和电源模块,MCU智能控制平台与射频模块连接。路灯控制节点根据路灯中心节点发来的控制信息或传感器采集的外界亮度信息来来判断施加路灯何种调控信号,然后将该调控信号发送给路灯亮度调节模块。此外,路灯控制节点还可检测自身的工作状态、故障类型和故障地点,并向服务器发送状态信息,以便检修。
所述的移动终端为智能手机或平板电脑。
路灯中心节点是某一区域无线传感器网络(WSN)的中心管理节点,用于协调路灯控制节点与服务器间的相互通信,以及维护和管理WSN网络。
GPRS无线通信模块用来与远程终端控制系统的服务器建立TCP/IP连接,能够将路灯中心节点以下各路灯节点的信息以IP数据报文的形式发给服务器,也能接收服务器发来的控制信息。
射频模块用来与各路灯控制节点建立无线传感器网络,以便接收各路灯控制节点的信息和转发服务器发来的控制信息到各个路灯控制节点。
服务器是一个远程计算机控制中心的设备,路灯管理员只需登录Internet,运行智能路灯控制程序,即可实时了解路灯运行过程以及相关路灯状态信息;路灯管理员可通过PC终端或手持终端向路灯中心节点发送相关路灯控制命令,进而控制运行在此无线传感器网络中的各个路灯。
由于采用了上述技术方案,与现有技术相比,本发明采用在每个路灯上安装路灯控制节点,路灯控制节点通过射频模块与路灯中心节点形成无线传感器网络,路灯中心节点通过GPRS无线通信模块与远程终端控制系统相互通信,它实现了基于物联网技术的无线传感器网络(WSN)智能路灯控制,不仅能够自适应调节灯光亮度、实时监测路灯工作状况,还能提供路灯故障类型报警及故障地点通知等功能,路灯管理员能够通过远程终端控制系统对所有路灯远程监测、分析、管理与优化,能解决传统路灯管理系统实时互动性差、无法自适应调节灯光亮度等缺点。本发明结构简单合理,成本低廉,安装方便,使用效果十分理想。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图;
附图2为本发明的路灯控制节点的结构示意图;
附图3为本发明的远程控制端的结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例:基于物联网实现对路灯进行智能控制的方法,采用射频通信的方式将路灯集中在路灯中心节点上进行控制,利用终端设备向服务器发送控制指令,再由服务器将控制指令发到路灯中心节点上实现远程控制。
基于物联网的智能路灯控制装置的结构如图1所示,包括服务器5,在服务器5上连接有PC终端6及移动终端7,服务器5通过GPRS无线通信模块4与路灯中心节点2连接,路灯中心节点2通过射频模块3与路灯控制节点1连接;路灯控制节点1包括MCU智能控制平台8,在MCU智能控制平台8上连接有路灯亮度调节模块9、传感器模块10和电源模块11,MCU智能控制平台8与射频模块3连接;所述的移动终端7为智能手机或平板电脑。将路灯12连接路灯亮度调节模块9上。
MCU智能控制平台8采用了STC89C52RC微控制器,STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器,在路灯控制电路中,STC89C52RC完全符合要求,并且节能、廉价。
路灯亮度调节模块9采用了BU323Z达林顿管、SRD-05VDC-SL-C继电器、KBPC3510整流桥堆以及相关外围电路。BU323Z达林顿管集电极与发射极耐压350V,集电极额定电流10A以上,具有高耐压、大功率等特点,在电压、电流和功率上均符合普通路灯的要求。
射频模块3采用了NRF905无线收发器,该无线收发器由一个完全集成的频率调制器,一个带解调器的接收器,一个功率放大器等组成。具有自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)以及由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码的功能。与现有的ZigBee、蓝牙等无线技术相比,NRF905射频无线通信有如下优势:无复杂的协议栈,底层工作由硬件完成,应用简单,整体性能突出等。
传感器模块10采用了DS18B20温度传感器、光敏传感器、PCF8591数模转换芯片和相关外围电路构成。温度传感器与微处理器连接时仅需一个IO接口,通过它可以消除光敏电阻随着温度的变化而产生的误差。光敏电阻用来测量光强度的大小,选取两个光敏电阻可以减小测量误差,在其中一个出现故障时系统仍可继续工作。PCF8591数模转换芯片,可把光敏电阻检测的光强度信号转换为数字信号,并通过I2C总线传给STC89C52RC微控制器处理。
电源模块11由变压器、电源管理芯片、稳压芯片和相关外围电路构成,可将220V市电转化为5V、3.3V,保证各节点模块的供电需求。
服务器5用.Net framework 4.0开发框架进行开发,其中网络协议用的是TCP/IP底层协议,开发工具是Visual Studio 2010,开发语言是C#。
路灯中心节点2采用STC89C52RC微处理器。
本实施例中,没有专门提及的组成模块均可采用具有其相应功能的市售产品。
路灯控制节点1的结构如图2所示。系统上电初始化后,一个区域内的路灯控制节点通过NRF905无线模块3与路灯中心节点2形成无线传感器网络,实现相互间的信息交换。传感器模块10采集路灯12运行中的外界光线强度、温度等状态信息,然后将信息送至MCU智能控制平台8,经计算、分析后MCU输出亮度调节信号至路灯亮度调节模块9。
MCU智能控制平台8输出的PWM亮度调节信号,采用电流调制方式,经过三极管放大、电容滤波后形成一个稳定的直流电流,该电流大小随单片机输出的脉冲宽度的改变而改变,把这个电流(Ibe)加到达林顿的基极,驱动达林顿管,控制通过达林顿管的高压电流(Ice)大小,即可实现小电流驱动大电流,即小功率控制大功率的效果。通过调节微处理器输出脉冲电流的占空比,可以精确而平滑地控制通过达林顿的高压电流,也即是灯泡的电流,从而达到精确、平滑控制路灯的功率。
路灯中心节点2用于协调路灯控制节点1与服务器5之间的信息传递,路灯中心节点2上电初始化后与远程终端控制系统的服务器5建立TCP/IP连接,接着向各个路灯控制节点1发送TDMA同步信号,并在规定的时帧内接收各路灯节点发来的数据,将数据出入缓存,等待2s后以TCP/IP报文发送数据到服务器5。当有检测到服务器5发送来的TCP/IP报文时,将数据下载到NRF905无线模块3的发送缓冲区,随TDMA同步信号发送至各路灯控制节点1执行相应的操作,实现对路灯12的控制。
远程终端控制系统包括服务器5、PC终端6和手持终端7(本实施例为装有Android系统的智能手机或平板电脑),通过GPRS无线通信模块4实现与路灯中心节点2的通信,其结构如图3所示。服务器5需要有效的对外IP地址,开启服务器后,首先与路灯中心节点2建立联系,当接收到终端的请求数据后,解析并判断出请求类型,作相应的处理,并将处理结果更新到路灯中心节点2的信息缓存中。
PC终端6和手持终端7运行在Windows平台或者Android平台的终端上,用于数据收发,数据处理和界面交互。终端运行后首先与服务器5建立连接,当服务器5收到终端的请求信息后,处理并将请求结果发送至终端。用户通过终端界面了解路灯控制节点1采集到的相关信息,从而根据需要去远程控制路灯12。当路灯12出现故障时,终端软件提醒用户路灯存在的故障类型以及故障地点。

Claims (4)

1.一种基于物联网实现对路灯进行智能控制的方法,其特征在于:采用射频通信的方式将路灯集中在路灯中心节点上进行控制,利用终端设备向服务器发送控制指令,再由服务器将控制指令发到路灯中心节点上实现远程控制。
2.一种基于物联网的智能路灯控制装置,包括服务器(5),其特征在于:在服务器(5)上连接有PC终端(6)及移动终端(7),服务器(5)通过GPRS无线通信模块(4)与路灯中心节点(2)连接,路灯中心节点(2)通过射频模块(3)与路灯控制节点(1)连接。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能路灯控制装置,其特征在于:路灯控制节点(1)包括MCU智能控制平台(8),在MCU智能控制平台(8)上连接有路灯亮度调节模块(9)、传感器模块(10)和电源模块(11),MCU智能控制平台(8)与射频模块(3)连接。
4.根据权利要求2所述的基于物联网的智能路灯控制装置,其特征在于:所述的移动终端(7)为智能手机或平板电脑。
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