CN104582188B - 一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能远程控制技术领域，它公开了一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，包括单灯控制器、智能网关和上位机，所述单灯控制器与所述智能网关通讯，所述上位机通过RS232总线与所述智能网关通讯。本发明能在实际光照小于阈值光照时才启动整个系统，并实现对开灯的时间和亮度进行自动控制，也可在人工干预下进行对开灯的时间和亮度进行控制。进而可以对路灯进行精确地控制，进而在减少能源浪费的同时，保证市政照明需要及特殊照明需要。本发明用于监测网络内路灯情况及其电参数，在有特殊照明需要时，可加入人工远程干预，进行调整。

Description

一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统

技术领域

本发明涉及智能远程控制技术领域，尤其涉及到一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统。

背景技术

“绿色照明”是国际上对采用节约能源、保护环境的照明系统形象性的说法。绿色照明的核心是节能减排，是节约用电、减少发电量需求、进而减少发电燃煤产生的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化合物和碳粉尘等大气污染物的排放，以及由此造成的温室效应和酸雨、粉尘悬浮物等对空气和环境的严重污染。城市路灯照明是人们日常生活中必不可少的公共设施。路灯照明耗电量约占总耗电量的15％，全国各地无不面对电力紧张带来的各种问题。面对供电紧张形势，路灯巡查对于市政部门来讲是一项需要耗费大量人力的工作，各种临时应急节电措施被广泛采用：夜晚间隔关灯、调整路灯开关的时间、在用电紧张的日子里关闭景观照明等等，当用电高峰过后，这些措施可能就被束之高阁，明年的用电高峰来临，一切又会重新开始。

在现有技术中，在组网实施过程中，需要额外的无线协调器，增加了实施过程中的技术要求，并且其无线协调器与路灯检测及控制装置是一对多的有线连接，非常容易受到无线协调器的资源限制，且对导线也造成了不必要的浪费。其首先用有线将一个Zigbee通讯节点与多个路灯检测器相连，而后通过Zigbee与上位机通讯，并且其无法监控路灯的电参数，仅能返回路灯是否正常工作，所以不能达到精准的目的。其路灯检测器不带有控制功能，所以更不能达到降低路灯总能耗的目的。故现有技术无法做到监控的要求，进而暴露出其与现在提出的资源节约型社会的差距。现在应该需要在满足人类正常合理的需求之上，想方设法去降低资源的浪费现象，提高资源利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，使用无线组网技术和自动控制技术满足对任意路灯的独立操作需求，并能将其所消耗的能源统计上报，以供对比决策，在发生故障时，能自动上报故障发生点和故障信息。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，用于实施对路灯的控制和实时信息监测，所述路灯控制系统包括单灯控制器、智能网关和上位机；所述单灯控制器用于控制路灯的明暗程度，实时检测路灯所在支路的电参变化，对所述智能网关发送下来的指令进行处理，及时上传智能网关所需数据；所述智能网关控制总线上的开关，所述总线与各路灯所在支路连接，实时检测所述总线上的电参变化，与各个单灯控制器上报汇总的数据进行比对，对所述上位机发送下来的指令进行处理，及时上传上位机所需数据；所述上位机提供傻瓜式操作界面，对实际参数进行隐藏，并通过数据库接口查询并显示历史相关数据；所述上位机发送各种指令或获得智能网关报告的数据。

进一步的，所述单灯控制器包括第一电源模块、第一电参检测模块、第一控制模块、路灯控制接口、第一通讯模块、第一故障处理模块和环境参数监控模块。

进一步的，所述第一电源模块采用变压整流稳压电源，所述第一电源模块由变压器、1N4007组成的整流桥、电解电容及B0505电源隔离模块组成；所述第一电参检测模块由ADE7753及外围辅助电路组成，所述第一控制模块采用单片机CC2530，所述路灯控制接口由微型继电器组成，所述第一通讯模块采用自带Zigbee协议栈的CC2530单片机外接天线实现，所述环境参数监控模块采用光敏继电器。

进一步的，每个所述路灯控制接口至少控制2盏路灯，且每盏路灯灯泡的功率均相同。

进一步的，所述智能网关包含第二电源模块、第二电参检测模块、第二通讯模块。

进一步的，所述第二电源模块采用变压整流稳压电源，所述第二电源模块由变压器、1N4007组成的整流桥、电解电容及B0505电源隔离模块组成；所述第二电参检测模块由ADE7753及外围辅助电路组成；所述第二控制模块采用单片机CC2530；所述第二通讯模块由自带Zigbee协议栈的CC2530单片机与MAX232进行编程实现。

进一步的，所述上位机包括串口通讯模块和处理模块。

进一步的，所述处理模块提供UI界面，具有查询功能及报警提示功能，对实际参数进行隐藏，并能通过所述数据库模块查询并显示历史相关数据，所述上位机通过所述串口通讯模块与所述智能网关通讯，发送各种指令或获得各智能网关报告的数据。

本发明的有益效果：

本发明以最省的成本接入现在的路灯中，借助现有路线和接口，以声音和图像等直观的显示告知工作人员每盏路灯的实时情况，解除了工作人员定时巡检的现实麻烦，并帮助工作人员扫除了人工巡检存在的低效率和实时性低的缺陷，本发明可依据实时测得电参数据判断其系统或某一部分发生故障，如有疑似故障发生，系统会第一时间实施断电措施，并通知工作人员进行排错工作，是一种全天候、适用于各种情况的无线智能路灯控制系统，结构紧凑、设计合理，可靠性高，且造价低，易推广。本发明能在实际光照小于阈值光照时才启动整个系统，并实现对开灯的时间和亮度进行自动控制，也可在人工干预下进行对开灯的时间和亮度进行控制。进而可以对路灯进行精确地控制，进而在减少能源浪费的同时，保证市政照明需要及特殊照明需要。本发明用于监测网络内路灯情况及其电参数，在有特殊照明需要时，可加入人工远程干预，进行调整。既能降低维护人员工作强度，又能保证总能耗的降低，并且能满足特殊照明需要。

附图说明

图1为本发明一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统的结构示意图；

图2本发明一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统的单灯控制器电源电路结构示意图；

图3为本发明一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统的智能网关电源电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

结合图1所示，一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，包括单灯控制器、智能网关、上位机和路灯，单灯控制器与智能网关通讯，上位机通过RS232总线与智能网关通讯。其中：

1、单灯控制器包括第一电源模块、第一电参检测模块、第一控制模块、第一通讯模块、路灯控制接口、第一故障处理模块和环境参数监控模块。单灯控制器用于控制路灯的明暗程度，实时检测路灯所在支路的电参变化，对智能网关发送下来的指令进行处理，及时上传智能网关所需数据。其中：

(1)如图2所示，第一电源模块采用变压整流稳压电源，为单灯控制器供电，第一电源模块由变压器、1N4007组成的整流桥、电解电容及B0505电源隔离模块组成。

(2)如图2所示，第一电参检测模块由ADE7753及外围辅助电路(T1、T2)组成，检测路灯(DS1和DS2)的电参信息(工作电流和电压)，实时读取路灯电参信息，发送给第一控制模块和第一故障处理模块进行处理。

(3)第一控制模块，本实施例第一控制模块采用单片机CC2530，接收第一电参检测模块检测的电参信息，通过第一通讯模块发送到智能网关，并通过第一通讯模块接收智能网关发送的控制指令，控制路灯控制接口实现对路灯的开启和关闭；接收环境参数监控模块检测的环境光照程度信号，通过路灯控制接口控制路灯的明暗程度。

(4)第一通讯模块采用支持Zigbee协议的CC2530单片机外接天线实现，通过Zigbee协议与智能网关实现自组网，并交互数据。

(5)环境参数监控模块采用光敏继电器，检测环境的光照程度，并上传到第一通讯模块。

(6)路灯控制接口由微型继电器(S1、S2)组成，每个第一控制模块至少控制2盏路灯，且每盏路灯灯泡的功率均相同。

(7)第一故障处理模块根据第一电参检测模块输入的电参信息，以此为依据判断其所连路灯是否出故障以及故障类型，若有故障，第一故障处理模块主动切断开关，并通过第一通讯模块将故障类型信号上报给智能网关。

2、智能网关包含第二电源模块、第二电参检测模块、第二通讯模块、第二故障处理模块、统计模块与路灯巡检模块。智能网关控制总线上的开关，总线与各路灯所在支路连接，实时检测总线上的电参变化，与各个单灯控制器上报汇总的数据进行比对，对上位机发送下来的指令进行处理，及时上传上位机所需数据。其中：

(1)如图3所示，第二电源模块采用变压整流稳压电源，为智能网关供电，第二电源模块由变压器、1N4007组成的整流桥、电解电容及B0505电源隔离模块组成。

(2)第二电参检测模块由ADE7753及外围辅助电路组成，实时检测总线上的电参变化。

(3)第二通讯模块由自带Zigbee协议栈的CC2530单片机与MAX232进行编程实现，实现与单灯控制器的数据交互，以及与上位机的数据交互。第二通讯模块与第一通讯模块通过Zigbee进行通信，与上位机通过RS-232实现通信。

(4)第二控制模块采用单片机CC2530，接收第二电参检测模块检测的总线电参数和单灯控制器上传的每个路灯的电参信息，进行比对，通过第二通讯模块输出控制指令给单灯控制器；向上位机上传检测数据，并接收上位机的指令，转发到单灯控制器控制路灯的开关。第二控制模块还实时记录整条支路的电流电压参数，并实时计算功率参数，统计每一固定时间段内的电功；在得到上位机相关指令时，上报或清除相关参数。本实施例中，第二控制模块在正常工作时，每隔一段时间，对智能网关管理的单灯控制器轮询，使其分别上报电参信息，将其汇总后通过第二通讯模块，上报到上位机。

3、上位机接收智能网关的数据，处理后下发控制指令。上位机包括串口通讯模块和处理模块。上位机的处理模块通过串口通讯模块与智能网关第二通讯模块通讯，发送各种指令或获得各智能网关报告的数据。

处理模块提供的UI界面为傻瓜式操作界面，UI界面提供查询功能及报警提示功能，对实际参数进行隐藏，并能通过数据库模块查询并显示历史相关数据。

本实施例上位机维护有数据库，实时的准确的记录上位机的每一条操作和通过智能网关上报至上位机的所有数据，以供查询。

本发明的工作原理为：首先环境参数监控模块检测实际光照，在实际光照小于阈值光照时，单灯控制器启动整个系统。系统在运行过程中，单灯控制器的第一电参检测模块实时读取路灯电参信息，并将信息发送给第一控制模块和第一故障处理模块进行处理，第一控制模块通过接收环境参数监控模块的信号，控制路灯的明暗程度；第一故障处理模块根据第一电参检测模块输入的电参信息，以此为依据判断其所连路灯是否出故障以及故障类型，若有故障，第一故障处理模块主动切断开关，并通过第一通讯模块将故障类型信号上报给智能网关。智能网关在得到单灯控制器汇总上来的数据后，将汇总数据与自身的第二电参检测模块监控数据比对，若误差小于阈值，则认为总体无异常，智能网关将其数据上传给上位机中数据库模块进行保存；若误差大于阈值，则认为总体出现异常，智能网关将异常上报给上位机后对整条路灯线进行断电处理后，等待工作人员手动复位。智能网关对单灯控制器进行一对一的指令数据传输，点对点的通讯，方便上位机的指令快速准确的下传至特定单灯，从而实现对路灯的精确控制，有效的防止各种灾难性事故发生。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，用于实施对路灯的控制和实时信息监测，其特征在于，所述路灯控制系统包括单灯控制器、智能网关和上位机；所述单灯控制器控制路灯的明暗程度，实时检测路灯所在支路的电参变化，对所述智能网关发送下来的指令进行处理，及时上传智能网关所需数据；所述智能网关控制总线上的开关，所述总线与各路灯所在支路连接，实时检测所述总线上的电参变化，与各个单灯控制器上报汇总的数据进行比对，对所述上位机发送下来的指令进行处理，及时上传上位机所需数据；所述上位机提供傻瓜式操作界面，对实际参数进行隐藏，并通过数据库接口查询并显示历史相关数据；所述上位机发送各种指令或获得智能网关报告的数据；

所述单灯控制器包括第一电源模块、第一电参检测模块、第一控制模块、路灯控制接口、第一通讯模块、第一故障处理模块和环境参数监控模块；

所述智能网关包含第二电源模块、第二电参检测模块、第二控制模块、第二通讯模块；

在运行过程中，单灯控制器的第一电参检测模块实时读取路灯电参信息，并将信息发送给第一控制模块和第一故障处理模块进行处理，第一控制模块通过接收环境参数监控模块的信号，控制路灯的明暗程度；第一故障处理模块根据第一电参检测模块输入的电参信息，判断其所连路灯是否出故障以及故障类型，若有故障，第一故障处理模块主动切断开关，并通过第一通讯模块将故障类型信号上报给智能网关；智能网关在得到单灯控制器汇总上来的数据后，将汇总数据与自身的第二电参检测模块监控数据比对，若误差小于阈值，则认为总体无异常，智能网关将其数据上传给上位机中数据库模块进行保存；若误差大于阈值，则认为总体出现异常，智能网关将异常上报给上位机后对整条路灯线进行断电处理后，等待工作人员手动复位。

2.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，其特征在于，所述第一电源模块采用变压整流稳压电源，所述第一电源模块由变压器、1N4007组成的整流桥、电解电容及B0505电源隔离模块组成；所述第一电参检测模块由ADE7753及外围辅助电路组成，所述第一控制模块采用单片机CC2530，所述路灯控制接口由微型继电器组成，所述第一通讯模块采用自带Zigbee协议栈的CC2530单片机外接天线实现，所述环境参数监控模块采用光敏继电器。

3.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，其特征在于，每个所述路灯控制接口至少控制2盏路灯，且每盏路灯灯泡的功率均相同。

4.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，其特征在于，所述第二电源模块采用变压整流稳压电源，所述第二电源模块由变压器、1N4007组成的整流桥、电解电容及B0505电源隔离模块组成；所述第二电参检测模块由ADE7753及外围辅助电路组成；所述第二控制模块采用单片机CC2530；所述第二通讯模块由自带Zigbee协议栈的CC2530单片机与MAX232进行编程实现。

5.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，其特征在于，所述上位机包括串口通讯模块和处理模块。

6.根据权利要求5所述的基于Zigbee技术的无线智能路灯控制系统，其特征在于，所述处理模块提供UI界面，具有查询功能及报警提示功能，对实际参数进行隐藏，并能通过所述数据库模块查询并显示历史相关数据，所述上位机通过所述串口通讯模块与所述智能网关通讯，发送各种指令或获得各智能网关报告的数据。