CN104333947A - 一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于物联网的路灯智慧节能控制系统和方法。系统包括多个单盏路灯单元、路段物联网主控单元和监控中心。方法包括步骤：S1，通过采集环境照度和/或路灯电量数据；S2，根据环境照度和/或路灯电量数据控制路灯照明亮度或开关时间。本发明通过物联网技术，将路灯数据采集、电量计量、节电调节、控制集成在一起，实现了对每个路灯的单独控制和对所有路灯的远程节能监控，实现了节能控制、能耗管理、分析统计、维护、巡检的智慧化，对于提高能源利用效率，缓解能源紧张状况具有重要意义。本发明可广泛应用于各种路灯节能监控系统。

Description

一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统和方法

技术领域

本发明涉及智能能源系统领域，尤其涉及一种路灯智慧节能控制系统，本发明还涉及一种路灯智慧节能控制方法。

背景技术

ZigBee：是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

SPI：Serial Peripheral Interface，串行外设接口。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。

随着物联网技术的发展，国家对智慧城市的建设要求也更加具体，作为智慧城市建设的子系统智慧能源来说，做好路灯的节能智慧化控制和管理是智慧能源的具体的应用。

目前，全国大部分城市的路灯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节能控制和管理，除了部分实现了路灯变压器的监测外，对单盏路灯的耗能数据、照明节能和智能节能还无法做到，不便于对城市道路各路段照明用能进行分类、分项统计、管理和控制，也无法做到城市路灯节能的智慧化管理和控制。 

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可实现统一性节能控制和管理的路灯智慧节能控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明的另一个目的是提供一种可实现统一性节能控制和管理的路灯智慧节能控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统，其包括多个单盏路灯单元、路段物联网主控单元和监控中心，所述多个单盏路灯单元均与路段物联网主控单元连接，所述路段物联网主控单元与监控中心连接；所述单盏路灯单元包括微处理器，所述微处理器的输入端分别连接有照度传感器和电量计量电路，所述微处理器的输出端依次连接有节能控制电路和路灯，所述电量计量电路的输入端与路灯的输出端连接，所述微处理器还连接有路灯通信电路，所述路灯通信电路与路段物联网主控单元连接。

优选的，所述路灯通信电路为路灯Zigbee无线通信电路。

优选的，所述路段主控单元包括主控芯片，所述主控芯片连接有用于与路灯通信电路连接的路段第一通信电路和用于与监控中心连接的路段第二通信电路。

优选的，所述路段第一通信电路为路段Zigbee无线通信电路，所述路段第二通信电路为GPRS/GSM通信电路。

优选的，其还包括控制终端，所述控制终端与监控中心连接。

优选的，所述路灯为LED路灯或高压钠灯。

一种基于物联网的路灯智慧节能控制方法，其用于一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统上，其包括步骤：S1，通过采集环境照度和/或路灯电量数据；S2，根据环境照度和/或路灯电量数据控制路灯照明亮度或开关时间。

优选的，所述步骤S1具体为：通过单盏路灯单元中的照度传感器和/或电量计量电路采集环境照度和/或电量数据。

优选的，所述步骤S2具体包括子步骤：S21，通过路段主控单元将环境照度和/或路灯电量数据传送到监控中心；S22，监控中心根据环境照度和/或路灯电量数据通过路段主控单元控制路灯照明亮度或开关时间。

本发明的有益效果是：

本发明一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统通过物联网技术，将路灯数据采集、电量计量、节电调节、控制集成在一起，实现了对每个路灯的单独控制和对所有路灯的远程节能监控，实现了“分时”、“分路段”、“分情景”的合理光源分布，实现了节能控制、能耗管理、分析统计、维护、巡检的智慧化；通过各种节能手段的综合运用，实现了路灯精确管理，可实现30%-60%以上的路灯节能效果，对于提高能源利用效率，缓解能源紧张状况具有重要意义。

另外，本发明通过Zigbee协议实现单盏路灯单元与路段主控单元的连接，使得组网简单、灵活，而且具有功耗低和成本低的优点。

本发明可广泛应用于各种路灯节能监控系统。

本发明的另一个有益效果是：

本发明一种基于物联网的路灯智慧节能控制方法通过物联网技术，将路灯数据采集、电量计量、节电调节、控制集成在一起，实现了对每个路灯的单独控制和对所有路灯的远程节能监控，实现了“分时”、“分路段”、“分情景”的合理光源分布，实现了节能控制、能耗管理、分析统计、维护、巡检的智慧化；通过各种节能手段的综合运用，实现了路灯精确管理，可实现30%-60%以上的路灯节能效果，对于提高能源利用效率，缓解能源紧张状况具有重要意义。

本发明可广泛应用于各种路灯节能监控系统。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明基于物联网的路灯智慧节能控制系统一种实施例的系统结构示意图；

图2是单盏路灯单元一种实施例的内部电路结构示意图；

图3是路段主控单元一种实施例的内部电路结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统，其包括多个单盏路灯单元、路段物联网主控单元和监控中心，所述多个单盏路灯单元均与路段物联网主控单元连接，所述路段物联网主控单元与监控中心连接；所述单盏路灯单元包括微处理器，所述微处理器的输入端分别连接有照度传感器和电量计量电路，所述微处理器的输出端依次连接有节能控制电路和路灯，所述电量计量电路的输入端与路灯的输出端连接，所述微处理器还连接有路灯通信电路，所述路灯通信电路与路段物联网主控单元连接。其还包括控制终端，所述控制终端与监控中心连接。控制终端可以是手机、个人电脑或平板电脑等。

其中，单盏路灯单元为物联网路灯智慧节能控制系统的执行层，它负责单盏路灯节能控制的执行，其还包括电源电路和复位电路，电源电路和复位电路分别为微处理器提供工作电源信号和复位信号，保证微处理器能正常工作的基本保证。

照度传感器用于检测环境照度，它可以实时检测环境的照度值，微处理器可以根据照度传感器检测实际环境照度值，调节路灯的输出功率。如当实际环境照度值大于设定要求的照度值时，微处理器输出路灯功率调节信号给节能控制电路，从而调节路灯的输出功率，起到节能功效。

电量计量电路为路灯统计定时（如每小时）消耗的电量，将定时计量出的电量数据存入微处理器的内存中。当监控中心或控制终端需要了解单盏灯的消耗电能时，通过网络通信层反馈给监控中心/控制终端，实现电量的远程监控和管理。

节能控制电路用于根据微处理器的指令，调节路灯的输出功率。

单盏路灯单元还包括用于控制路灯开关的开关控制电路，微处理器输出的开通或关断路灯信号给开关控制电路，以控制路灯点亮或关灯。也可使用控制终端远程控制路灯的点亮或关灯。

优选的，所述路灯通信电路为路灯Zigbee无线通信电路。其中路灯ZigBee无线通信电路内嵌在每一盏路灯的单盏路灯单元上，微处理器的串口将自己的发送端和接收端分别与路灯ZigBee无线通信电路的信号接收端和发送端相连，构成内部SPI通信。

如图3所示，所述路段主控单元包括主控芯片，所述主控芯片连接有用于与路灯通信电路连接的路段第一通信电路和用于与监控中心连接的路段第二通信电路。

优选的，所述路段第一通信电路为路段Zigbee无线通信电路，所述路段第二通信电路为GPRS/GSM通信电路。

本实施例中，路段主控单元作为监控中心和单盏路灯单元数据传输的桥梁，包括GPRS/GSM通信电路、主控芯片、路段ZigBee无线通信电路、电源电路、复位电路组成；GPRS/GSM通信电路的信号接收端和发送端与主控芯片第一串口的发送端和接收端直接相连，GPRS/GSM通信电路和主控芯片可直接进行数据交换，GPRS/GSM通信电路主要用于接收来自控制终端发过来的控制指令和发送来自单盏路灯单元反馈的数据；路段ZigBee无线通信电路的信号接收端和发送端与主控芯片第二串口的发送端和接收端直接相连，主控芯片需要传输的数据，可以通过第二串口的发送端和接收端直接传输给路段ZigBee无线通信电路,路段ZigBee无线通信电路主要用于接收来自单盏路灯单元反馈的数据和发送来自控制终端发过来的控制指令。

优选的，所述路灯为LED路灯或高压钠灯。

本发明一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统通过物联网技术，将路灯数据采集、电量计量、节电调节、控制集成在一起，实现了对每个路灯的单独控制和对所有路灯的远程节能监控，实现了“分时”、“分路段”、“分情景”的合理光源分布，实现了节能控制、能耗管理、分析统计、维护、巡检的智慧化；通过各种节能手段的综合运用，实现了路灯精确管理，可实现30%-60%以上的路灯节能效果，对于提高能源利用效率，缓解能源紧张状况具有重要意义。

另外，本发明通过Zigbee协议实现单盏路灯单元与路段主控单元的连接，使得组网简单、灵活，而且具有功耗低和成本低的优点。

本发明可广泛应用于各种路灯节能监控系统。

一种基于物联网的路灯智慧节能控制方法，其用于一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统上，其包括步骤：S1，通过采集环境照度和/或路灯电量数据；S2，根据环境照度和/或路灯电量数据控制路灯照明亮度或开关时间。

优选的，所述步骤S1具体为：通过单盏路灯单元中的照度传感器和/或电量计量电路采集环境照度和/或电量数据。

优选的，所述步骤S2具体包括子步骤：S21，通过路段主控单元将环境照度和/或路灯电量数据传送到监控中心；S22，监控中心根据环境照度和/或路灯电量数据通过路段主控单元控制路灯照明亮度或开关时间。

其中，该方法应用在物联网路灯智慧节能控制系统种，从总体上来说分为三层。分别为：监控中心、路段主控单元和单盏路灯单元。在每盏路灯中嵌入了一个单盏路灯单元，该单盏路灯单元内部带有ZigBee通信模块，并被分配一个地址，使得路灯与路灯之间能够自组网络，接收监控中心的命令并反馈路灯信息。路段主控单元用于采用物联网技术与所管辖道路的路灯通信，利用GPRS通信技术与监控中心通信，根据监控中心的节电控制指令对每盏灯进行控制。监控中心直接面向路灯的管理者，使得路灯管理者可以通过一台计算机实现对整个城市的路灯进行智能化控制，实现节能控制、能耗管理、分析统计、维护、巡检的智慧化。

系统还可以包括控制终端，控制终端通过Intetnet与监控中心连接，控制终端可以实时访问监控中心。可利用控制终端给某一地址路灯发送控制指令，监控中心服务器收到指令后进行相关数据处理，通过GPRS/GSM网络传输给路灯地址所在路段主控单元，路段主控单元收到数据后进行地址分析判断后通过ZigBee无线路由传输给相应的单盏路灯单元，单盏路灯单元进行数据处理后对路灯进行相关的控制。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、  可以实现对单盏路灯的耗电量、节能调节比例、照度、路灯使用情况、开关灯对智能化管理和控制。

2、  具有节电、能耗分析管理、路灯监控等多重功效；

3、  提高城市路灯智能化管理水平。

本发明一种基于物联网的路灯智慧节能控制方法通过物联网技术，将路灯数据采集、电量计量、节电调节、控制集成在一起，实现了对每个路灯的单独控制和对所有路灯的远程节能监控，实现了“分时”、“分路段”、“分情景”的合理光源分布，实现了节能控制、能耗管理、分析统计、维护、巡检的智慧化；通过各种节能手段的综合运用，实现了路灯精确管理，可实现30%-60%以上的路灯节能效果，对于提高能源利用效率，缓解能源紧张状况具有重要意义。

本发明可广泛应用于各种路灯节能监控系统。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统，其特征在于，其包括多个单盏路灯单元、路段物联网主控单元和监控中心，所述多个单盏路灯单元均与路段物联网主控单元连接，所述路段物联网主控单元与监控中心连接；所述单盏路灯单元包括微处理器，所述微处理器的输入端分别连接有照度传感器和电量计量电路，所述微处理器的输出端依次连接有节能控制电路和路灯，所述电量计量电路的输入端与路灯的输出端连接，所述微处理器还连接有路灯通信电路，所述路灯通信电路与路段物联网主控单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统，其特征在于，所述路灯通信电路为路灯Zigbee无线通信电路。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统，其特征在于，所述路段主控单元包括主控芯片，所述主控芯片连接有用于与路灯通信电路连接的路段第一通信电路和用于与监控中心连接的路段第二通信电路。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统，其特征在于，所述路段第一通信电路为路段Zigbee无线通信电路，所述路段第二通信电路为GPRS/GSM通信电路。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统，其特征在于，其还包括控制终端，所述控制终端与监控中心连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统，其特征在于，所述路灯为LED路灯或高压钠灯。

7.一种基于物联网的路灯智慧节能控制方法，其特征在于，其用于如权利要求1至6任一项所述的一种基于物联网的路灯智慧节能控制系统上，其包括步骤：

S1，通过采集环境照度和/或路灯电量数据；

S2，根据环境照度和/或路灯电量数据控制路灯照明亮度或开关时间。

8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的路灯智慧节能控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：通过单盏路灯单元中的照度传感器和/或电量计量电路采集环境照度和/或电量数据。

9.根据权利要求7或8所述的一种基于物联网的路灯智慧节能控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括子步骤：

S21，通过路段主控单元将环境照度和/或路灯电量数据传送到监控中心；

S22，监控中心根据环境照度和/或路灯电量数据通过路段主控单元控制路灯照明亮度或开关时间。