CN104896394A - 一种智能路灯、其控制方法及由其组建的无线网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能路灯、其控制方法及由其组建的无线网络系统,属于智能组网技术领域。所述智能路灯包括灯头和灯架,灯头包括嵌入式中央处理器、照明光源、以及分别与嵌入式中央处理器相连的电源管理模块、照明控制模块、照明故障检测模块、摄像头模块、第一无线通信模块、第二无线通信模块、第一天线、第二天线、第三无线通信模块、内存及闪存模块、硬盘、交通传感器模块、加解密模块、烟雾探测器模块、人体移动红外传感器模块和报警模块。本发明还提供了智能路灯的控制方法及由智能路灯组建的无线网络系统。本发明实现了路灯照明自动化及智能化管理,安防视频监控,WiFi无线上网,为城市信息化的建设提供了一种低成本的工程实施方案。

Description

一种智能路灯、其控制方法及由其组建的无线网络系统
技术领域
[0001] 本发明涉及智能组网技术领域,特别涉及一种智能路灯、其控制方法及由其组建 的无线网络系统,该系统可广泛适用于城市公共设施、居民生活区、学校校园、工业生产园 区等区域的智能组网。
背景技术
[0002] 中国城市和经济的迅速发展,使路灯自动化、智能化、节能照明、安防监控、居民公 众场合无线上网及城市信息化成为迫切的需求。目前这几个方面的需求是由各自独立的设 备来实现的,这样会造成工程施工重复,工程布线复杂,工程安装难度大,并导致经济资源 和社会资源的极大浪费。更重要地,各系统之间缺乏互联、互通,产品系统功能弱化,系统工 作效率低。
[0003] 中国专利CN204180364U公开了一种基于ZigBee的智能路灯双向控制系统,该系 统仅单一地实现了街道路灯智能照明功能;中国专利CN204153611U公开了一种带摄像头 的灯具,该灯具可用于实现单个路灯WiFi无线安防监控功能。上述专利公开的技术方案未 考虑WiFi和ZigBee无线通信的距离限制、街道照明的组网需求、城市3G/4G无线热点网络 负载等实际问题。例如:在城市网络化、信息化建设过程中,需要安装大量的WiFi、3G/4G无 线热点,而WiFi、3G/4G无线热点需要专门布线及工程安装,工程实施难度大,并且容易造 成城市无线通信信号拥堵。
[0004] 在网络架构方面,传统智能路灯采用电力线通信技术(PLC,PowerLine Communication)实现路灯联网。但是,由于电力线通信技术自身的缺陷,如通信信号稳定 性、通信距离、带宽、组网规模等限制,使得PLC在实际应用中除了用于远程抄表以外,其他 应用十分有限。
[0005] 在路灯光源选择方面,目前LED路灯采用单一白光光源,控制上采用定时开关及 恒亮度照明,在日出、日落,晚间及凌晨人流少时光源亮度一致,造成用电的浪费;另外,路 灯无法根据环境实时情况对路灯亮度、颜色以及色温进行动态调整,例如:在大雾、雾霾天 气时,路灯灯光可调节为弱黄色光,在增强路灯灯光照射距离的同时,可大大提高道路交通 安全;在炎热的夏季夜晚,可采用冷色温照明,可提升城市照明视觉效果及环境舒适度。
发明内容
[0006] 为了解决传统路灯照明缺乏自动化、智能化的管理,路灯光源单一,以及城市网络 化和信息化建设工程实施难度大等问题,本发明提供了一种智能路灯,所述智能路灯包括 灯头和灯架,所述灯头固定连接在所述灯架顶端,所述灯架底端固定安装在街道上;所述灯 头包括嵌入式中央处理器、照明光源、以及分别与所述嵌入式中央处理器相连的电源管理 模块、照明控制模块、照明故障检测模块、摄像头模块、第一无线通信模块、第二无线通信模 块、第一天线、第二天线、第三无线通信模块、内存及闪存模块、硬盘、交通传感器模块、加解 密模块、烟雾探测器模块、人体移动红外传感器模块和报警模块;所述照明控制模块和所述 照明故障检测模块分别与所述照明光源连接,所述照明光源与所述电源管理模块连接。
[0007] 所述摄像头模块包括摄像头和视频处理器;所述摄像头包括全景摄像头和/或定 向摄像头,所述全景摄像头和/或定向摄像头与所述视频处理器连接;所述视频处理器通 过USB接口与所述嵌入式中央处理器采用即插即用方式连接。
[0008] 所述照明控制模块通过I2C接口与所述嵌入式中央处理器相连;所述照明故障检 测模块通过SPI接口与所述嵌入式中央处理器相连;所述报警模块包括蜂鸣器和报警按 钮;所述蜂鸣器通过GPIO接口与所述嵌入式中央处理器相连;所述报警按钮安装在所述灯 架上,并通过GPIO接口与所述嵌入式中央处理器相连。
[0009] 所述第一无线通信模块为WiFiAP模块;所述WiFiAP模块包括WiFiAP2. 4GHz 模块和WiFiAP5.8GHz模块,所述WiFiAP2.4GHz模块和所述WiFiAP5.8GHz模块分 别与所述嵌入式中央处理器连接;所述第二无线通信模块为WiFiClient模块,所述WiFi Client模块为WiFiClient5.8GHz模块,所述WiFiClient5.8GHz模块与所述嵌入式中央 处理器连接;所述第三无线通信模块为ZigBee模块,所述ZigBee模块与所述嵌入式中央处 理器连接。
[0010] 本发明提供了另一种智能路灯,所述智能路灯包括灯头和灯架,所述灯头固定连 接在所述灯架顶端,所述灯架底端固定安装在街道上;所述灯头包括照明光源;所述灯架 包括嵌入式中央处理器、以及分别与所述嵌入式中央处理器相连的电源管理模块、照明控 制模块、照明故障检测模块、摄像头模块、第一无线通信模块、第二无线通信模块、第一天 线、第二天线、第三无线通信模块、内存及闪存模块、硬盘、交通传感器模块、加解密模块、烟 雾探测器模块、人体移动红外传感器模块和报警模块;所述照明控制模块和所述照明故障 检测模块分别与所述照明光源连接,所述照明光源与所述电源管理模块连接。
[0011] 所述摄像头模块包括摄像头和视频处理器;所述摄像头包括全景摄像头和/或定 向摄像头,所述全景摄像头和/或定向摄像头与所述视频处理器连接;所述视频处理器通 过USB接口与所述嵌入式中央处理器采用即插即用方式连接。
[0012] 所述照明控制模块通过I2C接口与所述嵌入式中央处理器相连;所述照明故障检 测模块通过SPI接口与所述嵌入式中央处理器相连;所述报警模块包括蜂鸣器和报警按 钮;所述蜂鸣器通过GPIO接口与所述嵌入式中央处理器相连;所述报警按钮安装在所述灯 架上,并通过GPIO接口与所述嵌入式中央处理器相连。
[0013] 所述第一无线通信模块为WiFiAP模块;所述WiFiAP模块包括WiFiAP2.4GHz 模块和WiFiAP5.8GHz模块,所述WiFiAP2.4GHz模块和所述WiFiAP5.8GHz模块分 别与所述嵌入式中央处理器连接;所述第二无线通信模块为WiFiClient模块,所述WiFi Client模块为WiFiClient5.8GHz模块,所述WiFiClient5.8GHz模块与所述嵌入式中 央处理器连接;所述第三无线通信模块为ZigBee模块,所述ZigBee模块与所述嵌入式中央 处理器连接。
[0014] 本发明提供了一种上述智能路灯的控制方法,包括:
[0015] 根据智能路灯预先存储的地理位置信息和智能路灯所在地的当前时间,计算出当 日的日出时间和日落时间;
[0016] 选取当日的日出时间或日落时间作为与智能路灯所在地当前时间最近的下一个 时间点,并将所述时间点与智能路灯所在地当前时间的时间差,设置为智能路灯下次自动 关闭或开启的等待时间;
[0017] 根据智能路灯所在地在所述等待时间内的空气气象信息,调整所述等待时间,并 将调整后的等待时间设置为等待计时器的预设阈值,启动所述等待计时器;
[0018] 当所述等待计时器达到所述预设阈值时,开启或关闭智能路灯。
[0019] 本发明还提供了一种由上述智能路灯组建的无线网络系统,包括智能路灯、路灯 配电站、WiFi路由器、ZigBee路由器、上位机和路灯云服务平台;所述智能路灯安装在街道 上,并且通过电缆与所述路灯配电站连接;所述WiFi路由器和所述ZigBee路由器均安装在 所述路灯配电站,并且通过网络与所述路灯云服务平台连接;所述上位机通过网络与所述 路灯云服务平台连接。
[0020] 本发明提供的智能路灯及由其组建的无线网络系统,实现了路灯照明自动化和智 能化的管理、道路的安防视频和交通信息的实时监控及自动报警、火灾消防的预警及自动 报警、以及街道路灯的互联、互通、WiFi无线上网,为城市网络化、信息化的建设提供了一种 低成本的工程实施方案。另外,本发明提供的智能路灯的控制方法,采用日落/日出时间与 气象信息相结合的方式,完成了对智能路灯的开关及亮度调节的自动化控制,有效地节省 了智能路灯的用电消耗,提高了智能路灯的使用效率,增强了道路交通的安全性及可靠性。
附图说明
[0021] 图1是本实施例1提供的全景摄像头智能路灯外部结构示意图;
[0022] 图2是本实施例1提供的定向摄像头智能路灯外部结构示意图;
[0023] 图3是本实施例1提供的智能路灯灯头的电路原理框图;
[0024] 图4是图1所示智能路灯灯头的外部结构示意图;
[0025] 图5是本实施例3提供的智能路灯的控制方法流程图;
[0026]图6是本实施例4提供的由智能路灯组建的无线网络系统结构示意图;
[0027] 图7是本实施例4提供的街道智能路灯组网的结构示意图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和实施例,对本发明技术方案作进一步描述。
[0029] 实施例1
[0030]参见图1至图3,本实施例提供了一种智能路灯,该路灯包括灯头1和灯架2,灯头 1固定连接在灯架2顶端,灯架2底端固定安装在街道上。其中,灯头1包括嵌入式中央处 理器101、照明光源102、以及分别与嵌入式中央处理器101相连的电源管理模块103、照明 控制模块104、照明故障检测模块105、摄像头模块、WiFiAP模块、WiFiClient模块、定向 天线109、全向天线110、ZigBee模块111、内存及闪存模块112、硬盘113、交通传感器模块 114、烟雾探测器模块115、人体移动红外传感器模块117、报警模块118和加解密模块119; 照明控制模块104和照明故障检测模块105分别与照明光源102连接,照明光源102与电 源管理模块103连接。
[0031] 其中,嵌入式中央处理器为32位MIPS工业处理器,运行32位嵌入式Linux操作 系统,支持WiFib/g/n网络通信协议和WiFiac网络通信协议。
[0032] 其中,照明光源由4组或6组或8组LED光源组合而成,每组LED光源实际用电功 率小于30W,最大输出功率120W,光通量9600-10800流明,色温3000-6500k。在安装路灯 时,可根据街道照明实际需求采用不同组数量的LED光源组合。
[0033] 其中,照明控制模块采用CS1630/CS1631芯片,通过I2C接口与嵌入式中央处理器 相连,用于实现对LED光源的开关控制、亮度调节及色温调节。CS1630/CS1631芯片接收来 自嵌入式中央处理器的控制命令,并将该控制命令转换为LED光源驱动电路的控制信号。
[0034] 其中,照明故障检测模块采用MAX71020芯片,通过SPI接口与嵌入式中央处理器 相连,用于实时监控LED光源的工作电流及工作电压,并将监控到的电流及电压信息发送 给嵌入式中央处理器。例如:当监控到LED光源的工作电流或工作电压发生异常时,照明故 障检测模块将该异常信号发送给嵌入式中央处理器,嵌入式中央处理器通过电源管理模块 关闭LED光源的电源;同时,嵌入式中央处理器根据该异常信号生成故障报告,并将故障报 告和发生故障路灯的地理位置信息通过ZigBee模块或WiFiClient模块推送至路灯云服 务平台。路灯属于大功率用电设备,并且长时间工作在恶劣的室外环境中,使得路灯工作故 障频率较高;当路灯故障发生时,故障需要第一时间通知上位机以便获得及时维护,保证道 路交通安全。
[0035] 其中,摄像头模块包括摄像头106和视频处理器107。摄像头包括全景摄像头1061 和/或定向摄像头1062 (如图1和图2所示),用于实时采集街道全景视频和/或固定方向 的视频。全景摄像头由三个摄像镜头组合而成,可以同时获取360度空间的实时视频。全景 摄像头和定向摄像头的芯片模块采用SN9C292A。视频处理器采用基于DSP(DigitalSignal Process,数字信号处理技术)平台的视频处理技术,对全景摄像头和/或定向摄像头采集 的视频进行数据压缩及编码处理,并输出至嵌入式中央处理器。视频处理器与嵌入式中央 处理器采用即插即用方式连接,通过USB2. 0/USB3. 0与嵌入式中央处理器连接。视频处理 器输出的数据编码格式为JPEG/h. 264 ;当视频分辨率为1080p时,视频处理器的采集和传 输速度可达30帧/秒。嵌入式中央处理器将视频处理器输出的视频数据存储到硬盘中,并 可通过ZigBee模块或WiFiClient模块将视频数据推送至路灯云服务平台。在安装路灯 时,可根据道路安装实际需求,选择使用全景摄像头或定向摄像头。关键地段(例如:路口 或事故多发地段)和关键时段(例如:上、下班高峰期等)的视频数据可实时推送至上位 机;非关键地段及非关键时段的视频信息可暂时存储在硬盘内,待晚间或凌晨时上传至路 灯云服务平台,这样可以有效减少网络负载。
[0036] 其中,电源管理模块,用于实现对LED光源和嵌入式中央处理器及与其相连外设 的供电,并对路灯供电提供电力过载保护。电源管理模块将交流220V/380V电压转换成直 流电压5V/3. 3V及24V,分别对嵌入式中央处理器及与其相连外设(例如:ZigBee模块、摄 像头模块等)和LED光源供电。
[0037]其中,WiFiAP模块包括WiFiAP2.4GHz模块 1151 和WiFiAP5.8GHz模块 1152。 WiFiClient模块为WiFiClient5.8GHz模块 116。WiFiAP模块和WiFiClient模块, 用于提供互联网接入服务和组建路灯WiFi无线网络。在实际应用中,用户通过WiFiAP 2.4GHz模块实现无线上网;WiFiAP5.8GHz模块接收相邻路灯的WiFiClient5.8GHz模 块的连接请求,实现组建路灯WiFi桥接网络;WiFiClient5. 8GHz模块,可连接相邻路灯 WiFiAP5. 8GHz模块组建WiFi桥接网络,或连接路由器将已组建的路灯WiFi桥接网络接 入路灯云服务平台及互联网。WiFiAP2. 4GHz模块由MT7620SoC内置WiFi芯片实现;WiFi AP5. 8GHz模块及WiFiClient5. 8GHz模块分别由两片MT7620U模块实现。MT7620U模块 通过USB2.0与嵌入式中央处理器连接。路灯通过无线WiFi网络扫描获取附近已安装路灯 网络的WiFiAP5. 8GHz信息,并连接到附近信号最强的路灯WiFiAP5. 8GHz热点。如果 该路灯连接的WiFiAP5. 8GHz发生网络故障,那么该路灯会重新扫描选择并连接到附近信 号最强的WiFiAP5. 8GHz热点,这样可保证路灯网络的稳定性。
[0038] 其中,全向天线用于WiFiAP2. 4GHz模块,为实现无线上网提供信号传输;定向 天线用于WiFiAP5.8GHz模块及WiFiClient5. 8GHZ模块,为路灯组建WiFi桥接网络实 现信号传输。定向天线的信号发射和接收方向为安装在路灯配电站的路由器所在方向,这 样可有利于减少无线上网通信和路灯安防监控通信之间的干扰,并且还有利于提高路灯组 网规模及通信速率。在实际应用中,全向天线和定向天线满足IEEE802.lla/b/g/n/ac通 信标准要求,天线增益设置满足100米内两路灯之间通信速率不小于30Mbps,一条街道路 灯组网数量不少于50盏路灯,街道路灯总组网距离不少于2500米。
[0039] 其中,ZigBee模块组建路灯照明控制网络,用于实现对路灯照明的监控及控制管 理。每盏路灯均支持ZigBee节点路由功能,街道路灯可组建大规模照明控制ZigBee网络。 相比于WiFi网络,ZigBee网络具有网络速度低(< 700kbps)、传输距离长、网络稳定及抗 干扰强等特点。同一街道路灯照明控制ZigBee网络组网能力大于50盏路灯,无障碍组网 总距离大于5000米。ZigBee模块可采用SiLabsEM357网络协处理器或TICC2531,运行 ZigBeeLightLink及HomeAutomation协议。ZigBee模块通过USB或UART与嵌入式中 央处理器相连。路灯照明控制ZigBee网络,可通过WiFi/ZigBee路由器接入路灯云服务平 台及互联网,并且与上位机实现双向通信。另外,WiFi桥接网络用作路灯照明控制ZigBee 网络故障时的备用网络;当任意一盏路灯的ZigBee网络发生故障时,路灯照明的监控及控 制功能可通过WiFi桥接网络实现。这种网络备份设计保证了路灯照明网络的稳定性及可 靠性。路灯通过ZigBee或WiFi网络接收上位机控制命令,或自动获取路灯照明控制软件 的控制命令,并将控制命令转换成对应的CS1630/CS1631控制驱动信号来实现对LED光源 的开关、亮度、颜色、色温的控制和调节。
[0040] 其中,交通传感器模块采用激光多普勒测速仪(LDV,LaserDoppler Velocimetry),通过SPI硬件接口与嵌入式中央处理器相连,用于监测街道车辆行驶速度 以判断当前交通的拥堵状况。另外,交通传感器模块还可以与摄像头实施联动,从而全方位 捕捉违规超速车辆的视频及图像信息。
[0041] 其中,内存及闪存模块通过数据总线与嵌入式中央处理器相连。内存采用Winbond 128bytes工业内存,为Linux操作系统及路灯应用程序提供运行空间。闪存采用32Mbytes 工业闪存,用于存储Linux操作系统、路灯应用程序及路灯配置信息等。闪存采用双备份启 动系统,并轮换存储系统固件的升级。
[0042] 其中,加解密模块用于对路灯关键信息的存取进行加密/解密处理。路灯关键信 息主要包括路由器关联信息、上位机信息、云服务关联信息、安防报警视频及图像信息等。 加解密模块可采用安全芯片,例如NeowineALPU-C模块,通过I2C硬件接口与嵌入式中央 处理器相连。
[0043] 其中,报警模块包括蜂鸣器(未示出)和报警按钮6,用于接收到来自外部或内部 的报警触发信号后,发出声音报警信号。蜂鸣器通过GPI0接口与嵌入式中央处理器相连, 采用RE46C100蜂鸣器控制模块;嵌入式中央处理器通过控制GPIO电压及供电频率实现蜂 鸣器声音控制。如图1和图2所示,报警按钮6安装在灯架上,通过GPI0接口与嵌入式中 央处理器相连;当按下报警按钮时,嵌入式中央处理器接收到报警按钮发送的触发信号,并 对该触发信号作出逻辑响应,触发蜂鸣器发出声音报警。
[0044]其中,烟雾探测器模块采用MC145010芯片,通过GPI0接口与嵌入式中央处理器相 连,用于对路灯周围环境的烟雾进行实时检测;当检测到周围烟雾浓度大于烟雾浓度预设 值时,将通知嵌入式中央处理器,嵌入式中央处理器接收到该通知并作出逻辑响应,触发蜂 鸣器发出声音报警。
[0045]其中,人体移动红外传感器模块采用HC-SR501模块,通过SPI接口与嵌入式中央 处理器相连,用于检测人体/物体的移动信号;HC-SR501模块的红外发射角度可调,发射半 角在5~60度;当检测到人体/物体移动信号时,将通知嵌入式中央处理器,嵌入式中央处 理器作出逻辑响应处理,例如:触发蜂鸣器发出声音报警。
[0046] 图4为图1所示的智能路灯灯头的外部结构示意图,其外部主要包括路灯电源口 3、天线安装孔4、交通传感器模块安装孔5。
[0047] 实施例2
[0048] 本实施例提供了另一种智能路灯,该路灯由灯头和灯架构成,灯头固定连接在灯 架顶端,灯架底端固定安装在街道上。其中,灯头包括照明光源,灯架包括嵌入式中央处 理器、以及分别与嵌入式中央处理器相连的电源管理模块、照明控制模块、照明故障检测模 块、摄像头模块、WiFiAP模块、WiFiClient模块、定向天线、全向天线、ZigBee模块、内存 及闪存模块、硬盘、交通传感器模块、烟雾探测器模块、人体移动红外传感器模块、报警模块 和加解密模块;照明控制模块和照明故障检测模块分别与照明光源连接,照明光源与电源 管理模块连接。
[0049] 本实施例所述的照明光源、嵌入式中央处理器、电源管理模块、照明控制模块、 照明故障检测模块、摄像头模块、WiFiAP模块、WiFiClient模块、定向天线、全向天线、 ZigBee模块、内存及闪存模块、硬盘、交通传感器模块、烟雾探测器模块、人体移动红外传感 器模块、报警模块和加解密模块的功能、连接方式、信息传输方式及芯片型号与实施例1完 全相同,本实施例不再赘述。
[0050] 需要特别指出的是:实施例1和实施例2所述的各种功能模块(除照明光源以 外),可根据设计要求,任意组合的设置在智能路灯灯头和/或灯架中。实施例1和实施例 2不用于限定上述各种功能模块的具体安装位置。另外,还可根据应用场合的不同,对实施 例1和实施例2的智能路灯所包括的各种功能模块进行适当的删减,以满足特定场合的实 际应用。例如:当智能路灯应用到居民生活小区时,可以考虑不设置交通传感器模块。
[0051] 与传统路灯相比,本实施例1和实施例2提供的智能路灯,具有如下突出的优点:
[0052] 1)本实施例的智能路灯,只需要对现有路灯灯头或灯架进行简单的替换,并采用 无线网络组网,无需任何额外工程实施即可实现路灯照明智能化、街道安防网络化及规模 化,从而大大地降低了城市网络化、智能化的施工工程成本,有效地利用了现有路灯资源, 实现了城市网络化、智能化的社会效益。
[0053] 2)通过无线网络组建大规模路灯网络,并通过统一的互联网接入点接入路灯云服 务平台及互联网,有效地减少了街道网络部署(有线网络及3G/4G无线网络)的密度及工 程安装,提升了城市无线网络的利用效率,市民可通过街道路灯实现无线上网。
[0054] 3)实现了街道路灯的智能化、自动化控制,提高了电力的使用效率,节约了路灯电 耗,提高了路灯使用寿命,满足了环保、节能、舒适的社会效益。实现了路灯监控及故障实时 报告,有利于完成对路灯照明故障的快速解决,降低了工程维护成本。
[0055] 4)实现了摄像头安防网络化、规模化,有利于提高社会安全等级;同时,通过改变 照明模式实现对路灯照明色彩的改变,在不增加任何成本的情况下,提升了街道交通的安 全性。
[0056] 实施例3
[0057] 参见图5,本实施例提供了一种实施例1或实施例2所述的智能路灯的控制方法, 具体包括如下步骤:
[0058] 步骤301 :根据智能路灯预先存储的地理位置信息和智能路灯所在地的当前时 间,计算出当日准确的日出时间和日落时间。
[0059] 使用专业手持GPS,采集智能路灯所在地的地理位置信息,包括经度、炜度、海拔及 时区信息,并将这些地理位置信息预先存储到智能路灯的闪存中。
[0060] 获取智能路灯所在地的当前时间,包括:年、月、日、小时、分钟、秒,以及获 取智能路灯所在地是否启用夏令时制信息。
[0061] 计算出智能路灯所在地当日准确的日落时间T05f_和日出时间T0a_,具体计算 过程包括:
Figure CN104896394AD00101
[0062]
[0063]
[0064] 其中,Jsrt为T__的儒略日时间,JHse为T0_a1的儒略日时间;WQ为日落或日 出时太阳的角度(小时角),W0=arcos(_tan①+tan6 )_A麵高度修正角,①为智能路灯所在 地的炜度,6为太阳的赤道炜度,为智能路灯所在地海拔高于水平线时作出的 修正,A海拔高度修正角=(海拔(码)/l〇〇〇)*L92° ;LW是智能路灯所在地的经度;N是当日 日期自2000年1月1日起所经历的儒略世纪数,N=(当日距离2000年1月1日的天数 +0• 5)/36525 ;M是太阳平近点角,M= [357. 5291+0. 98560028*(Lw/360+N)]/360 ;A是太阳 黄道经度,X= [M+102.9372+1.9148*sinM+0.0200*sin2M+0.003*sin3M+180]/360。
[0065] 根据智能路灯所在地的时区信息,将Jsrt和J转换为当日的日落和日出的本地 时间T' 0落和T' 0a,儒略日时间转换为公历日时间的计算可参见https: //zh.wikipedia.org/wiki/儒略日;如果智能路灯所在地不启用夏令时制,则T' 和T' _为当日日落和 日出的准确时间,即T日落时间=r曰落,T日出时间=r曰出;如果智成路灯所在地启用夏令时 制时,并且当日日期处于夏令时启用日期内,则根据夏令时发生时时钟需要后拨/前拨的 小时数A ,对智能路灯所在地的当日的日落和日出的本地时间进行夏令时制修 正,获取当日准确的日洛和日出时间,艮P:T日落时间=T'曰落+A夏令时调整小时数,T日出时间=T'曰出 + △夏令咖整小雜;如果智能路灯所在地启用夏令时制时,并且当曰曰期不处于夏令时启用曰 期内,则T'日落和T'日出为当日准确的日落和日出时间,即T日麵间=T'日落,T日出时间=T'曰 出0
[0066] 步骤302 :选取当日准确的日出时间或日落时间作为与智能路灯所在地当前时间 最近的下一个时间点,并将该时间点与智能路灯所在地当前时间的时间差,设置为智能路 灯下次自动关闭或开启的等待时间。
[0067]根据时间轴比$父T当前时间、T日出时间和T日落时间,从T日出时间和T日綱间中选取与T当前时间取 近的下一个时间点,并计算T日出时间或T日綱间与T当前时间的时间差AT等待时间,即:AT等待时间= T曰出时间-T当前时间,$AT等待时间=T当前时间_T曰落时间, 该为智能路灯下次自动关闭或开 启的等待时间。
[0068] 步骤303 :获取智能路灯所在地在等待时间内的空气气象信息,并根据该空气气 象信息调整智能路灯下次自动关闭或开启的等待时间。
[0069] 空气气象信息包括空气可见度、雨、雪、雾和霾等信息;调整后的智能路灯下次自 动关闭或开启的等付时间AT等待时间一AT等待时间-AT修正时间,AT修正时间为雨、雪、务或羅开 始的时间,或空气可见度低于预设阈值开始的时间距离日落或日出的时间差。需要注意的 是:如果AT'__为负值,则需要立即开启智能路灯以保证恶劣环境下的照明。
[0070] 步骤304 :将调整后的智能路灯下次自动关闭或开启的等待时间,设置为等待计 时器的预设阈值,并启动该等待计时器。
[0071] 步骤305 :当等待计时器达到该预设阈值时,开启或关闭智能路灯。
[0072] 开启路灯时,可根据当日的空气可见度选择合适的最大照明亮度、灯光色彩及色 温,并将路灯照明从关状态逐渐调节至最大照明亮度;关闭路灯时,可将路灯从最大照明亮 度状态逐渐调节至路灯关闭状态。嵌入式中央处理器向照明控制模块发送灯光亮度调节控 制命令。
[0073] 在实际应用中,本实施例智能路灯的自动控制方法是通过路灯照明控制软件来实 现的,该控制软件内置在智能路灯的闪存中,用于对路灯照明的开启/关闭、亮度、色彩及 色温进行自动调节,从而实现路灯自动化、智能化及节能化的控制。该路灯照明控制软件包 括如下多种功能:
[0074]a)具有人机管理界面,工程安装人员可登录智能路灯人机管理界面对智能路灯进 行操作及管理。
[0075] b)写入并存储智能路灯的地理位置信息,包括:经度、炜度、海拔及时区等。
[0076] c)写入并存储智能路灯所在地的当前时间信息,并周期性地从时间服务器获取时 间,更新智能路灯的时钟系统。
[0077] d)根据智能路灯所在地的地理位置信息及时间,计算出某日期当天准确的日出、 日落时间及日出、日落完成所需的时间。
[0078] e)通过智能路灯云服务平台获取某日当天的空气气象信息,包括:空气温度、空 气湿度、空气可见度、雾、霾、雨、雪及风速等。
[0079] f)选择某日期当天的日落、日出时间作为路灯开、关的时间,并结合从路灯云服务 平台获取的气象信息对路灯的开、关时间进行修正,实现路灯定时开关的动态控制;例如: 从日落开始至日落完成时,路灯亮度逐渐从低亮度上升到高亮度;从日出开始至日出完成 时,路灯亮度逐渐从高亮度降低到低亮度并关闭;这样不仅实现了路灯的节能用电,而且还 提尚了路灯效率。
[0080] g)根据季节、空气温度、空气可见度、实时时间等因素,对智能路灯的亮度、颜色、 色温进行动态调节,从而获得最佳的路灯照明效果及最舒适的照明体验。
[0081] 本实施例智能路灯的控制方法,脱离了日出、日落时间对云服务器的依赖,并在不 同地区形成地域位置应有的差异,同时充分结合日落/日出时间和空气气象信息,实现了 对路灯开关及亮度调节的自动化控制,满足了对路灯照明的个性化需求。
[0082] 实施例4
[0083] 参见图6和图7,本实施例还提供了一种由实施例1或实施例2所述的智能路灯 组建的无线网络系统,该系统包括智能路灯、路灯配电站、WiFi路由器、ZigBee路由器、上 位机和路灯云服务平台。其中,智能路灯安装在街道上,并且通过电缆与路灯配电站连接; WiFi路由器和ZigBee路由器均安装在路灯配电站,并且通过网络(3G/4G网络、宽带网络、 光纤网络或电力线载波通信网络)与路灯云服务平台连接;上位机包括路灯照明上位机和 路灯安防监控上位机,路灯照明上位机和路灯安防监控上位机均通过网络与路灯云服务平 台连接。
[0084] 在具体应用中,上位机包括计算机、移动终端等设备,用于实现对智能路灯的管 理,包括:路灯的远程开、关控制,灯光动态亮度调节,灯光动态颜色调节,灯光动态色差调 节,路灯故障实时监测及报告,街道实时交通信息监控,街道实时安防视频监控等。上位机 通过云服务平台向WiFi路由器和ZigBee路由器下发街道X和Y之间互联、互通授权信息 及信号触发条件。当街道X的路灯信号发生改变时,该信号自动推送至街道Y的所有路灯 并触发对应的响应行为,无需上位机的任何干预即可实现街道路灯网络的互联、互通。同一 街道的路灯,通过WiFi网络和ZigBee网络与街道远端WiFi路由器和ZigBee路由器相连 接,并通过路由器接入路灯云服务平台及互联网。上位机可向正在进行工程施工或道路发 生故障的街道路灯下发警告信号,包括警告类别及警告持续时间,以便实现自动控制路灯 光源亮度、颜色和光源开关闪烁频率,提醒行人、车辆注意交通安全。
[0085] 本实施例智能路灯组建的无线网络系统可应用到居民生活小区、学校、生产工业 园区或重要设施分布区域等,可通过系统中各个组成部分的相互联动,实现多种不同的功 能应用,例如:
[0086] 1)消防预警功能:当智能路灯的烟雾探测器模块检测到烟雾浓度超标时,嵌入式 中央处理器会使摄像头启动图像抓拍及对抓拍图像进行分析,当抓拍图像为疑似火情时, 触发蜂鸣器报警,并向上位机报告智能路灯的地理位置和发起视频通信请求,这样可有效 对消防火灾状况进行及时预警和处理。
[0087] 2)安防预警功能:人体移动红外传感器模块通过调节发射角度,可实现对指定区 域范围的监控。上位机向智能路灯发起安防报警检测设置,例如设置〇〇:〇〇至6:00时间段 内,当检测到智能路灯周围指定区域范围内有人体移动时,主动向上位机发起视频通信,触 发蜂鸣器进行声音报警,从而实现预警功能。这种安防预警功能特别适用于重要设施分布 的区域或边境线等。
[0088] 3)安防报警功能:当智能路灯安装在通信受限区域时,可实现应急呼叫功能。当 出现紧急情况时,用户按下智能路灯灯架上的报警按钮,触发蜂鸣器报警,并将智能路灯所 在地理位置上报至上位机,向上位机发起视频通信,实现应急报警及通信功能。
[0089] 4)摄像头联网联动:当嵌入式中央处理器接收到来自烟雾探测器模块、人体移动 红外传感器模块或报警模块的报警信号后,嵌入式中央处理器向摄像头模块发送录像开启 指令,并将摄像头获取的实时视频上传至路灯云服务平台及上位机;同时,嵌入式中央处理 器通过WiFiAP5. 8GHz模块向其所在局域网络广播联动请求指令,局域网络内的其他智能 路灯通过WiFiClient5. 8GHz模块接收到该联动请求指令后,向自身的摄像头模块发送录 像开启指令,并转发该联动请求指令,从而实现摄像头联动。
[0090] 本实施例提供的智能路灯及由其组建的无线网络系统,实现了路灯照明自动化、 智能化的管理,道路安防视频及道路交通信息的实时监控,街道路灯互联、互通,以及WiFi 无线上网,为城市网络化、信息化的建设提供了一种低成本的工程实施方案。
[0091] 本发明实施例提供的智能路灯及由其组建的无线网络系统,实现了路灯照明自动 化和智能化的管理、道路的安防视频和交通信息的实时监控及自动报警、火灾消防的预警 及自动报警、以及街道路灯的互联、互通、WiFi无线上网,为城市网络化、信息化的建设提供 了一种低成本的工程实施方案。另外,本发明实施例提供的智能路灯的控制方法,采用日落 /日出时间与气象信息相结合的方式,完成了对智能路灯的开关及亮度调节的自动化控制, 有效地节省了智能路灯的用电消耗,提高了智能路灯的使用效率,增强了道路交通的安全 性及可靠性。
[0092] 以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡 在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保 护范围之内。

Claims (10)

1. 一种智能路灯,其特征在于,所述智能路灯包括灯头和灯架,所述灯头固定连接在 所述灯架顶端,所述灯架底端固定安装在街道上;所述灯头包括嵌入式中央处理器、照明光 源、以及分别与所述嵌入式中央处理器相连的电源管理模块、照明控制模块、照明故障检测 模块、摄像头模块、第一无线通信模块、第二无线通信模块、第一天线、第二天线、第三无线 通信模块、内存及闪存模块、硬盘、交通传感器模块、加解密模块、烟雾探测器模块、人体移 动红外传感器模块和报警模块;所述照明控制模块和所述照明故障检测模块分别与所述照 明光源连接,所述照明光源与所述电源管理模块连接。
2. 如权利要求1所述的智能路灯,其特征在于,所述摄像头模块包括摄像头和视频处 理器;所述摄像头包括全景摄像头和/或定向摄像头,所述全景摄像头和/或定向摄像头与 所述视频处理器连接;所述视频处理器通过USB接口与所述嵌入式中央处理器采用即插即 用方式连接。
3.如权利要求2所述的智能路灯,其特征在于,所述照明控制模块通过12C接口与所述 嵌入式中央处理器相连;所述照明故障检测模块通过SPI接口与所述嵌入式中央处理器相 连;所述报警模块包括蜂鸣器和报警按钮;所述蜂鸣器通过GPIO接口与所述嵌入式中央处 理器相连;所述报警按钮安装在所述灯架上,并通过GPIO接口与所述嵌入式中央处理器相 连。
4.如权利要求3所述的智能路灯,其特征在于,所述第一无线通信模块为WiFi AP模 块;所述WiFi AP模块包括WiFi AP 2. 4GHz模块和WiFi AP 5. 8GHz模块,所述WiFi AP 2. 4GHz模块和所述WiFi AP 5. 8GHz模块分别与所述嵌入式中央处理器连接;所述第二无 线通信模块为WiFi Client模块,所述WiFi Client模块为WiFi Client 5. 8GHz模块, 所述WiFi Client 5. 8GHz模块与所述嵌入式中央处理器连接;所述第三无线通信模块为 ZigBee模块,所述ZigBee模块与所述嵌入式中央处理器连接。
5. -种智能路灯,其特征在于,所述智能路灯包括灯头和灯架,所述灯头固定连接在所 述灯架顶端,所述灯架底端固定安装在街道上;所述灯头包括照明光源;所述灯架包括嵌 入式中央处理器、以及分别与所述嵌入式中央处理器相连的电源管理模块、照明控制模块、 照明故障检测模块、摄像头模块、第一无线通信模块、第二无线通信模块、第一天线、第二天 线、第三无线通信模块、内存及闪存模块、硬盘、交通传感器模块、加解密模块、烟雾探测器 模块、人体移动红外传感器模块和报警模块;所述照明控制模块和所述照明故障检测模块 分别与所述照明光源连接,所述照明光源与所述电源管理模块连接。
6. 如权利要求5所述的智能路灯,其特征在于,所述摄像头模块包括摄像头和视频处 理器;所述摄像头包括全景摄像头和/或定向摄像头,所述全景摄像头和/或定向摄像头与 所述视频处理器连接;所述视频处理器通过USB接口与所述嵌入式中央处理器采用即插即 用方式连接。
7.如权利要求6所述的智能路灯,其特征在于,所述照明控制模块通过12C接口与所述 嵌入式中央处理器相连;所述照明故障检测模块通过SPI接口与所述嵌入式中央处理器相 连;所述报警模块包括蜂鸣器和报警按钮;所述蜂鸣器通过GPIO接口与所述嵌入式中央处 理器相连;所述报警按钮安装在所述灯架上,并通过GPIO接口与所述嵌入式中央处理器相 连。
8.如权利要求7所述的智能路灯,其特征在于,所述第一无线通信模块为WiFi AP模 块;所述WiFiAP模块包括WiFiAP2. 4GHz模块和WiFiAP5. 8GHz模块,所述WiFiAP 2. 4GHz模块和所述WiFiAP5. 8GHz模块分别与所述嵌入式中央处理器连接;所述第二无 线通信模块为WiFiClient模块,所述WiFiClient模块为WiFiClient5.8GHz模块, 所述WiFiClient5. 8GHz模块与所述嵌入式中央处理器连接;所述第三无线通信模块为 ZigBee模块,所述ZigBee模块与所述嵌入式中央处理器连接。
9. 一种如权利要求1或5所述的智能路灯的控制方法,其特征在于,包括: 根据智能路灯预先存储的地理位置信息和智能路灯所在地的当前时间,计算出当日的 日出时间和日落时间; 选取当日的日出时间或日落时间作为与智能路灯所在地当前时间最近的下一个时间 点,并将所述时间点与智能路灯所在地当前时间的时间差,设置为智能路灯下次自动关闭 或开启的等待时间; 根据智能路灯所在地在所述等待时间内的空气气象信息,调整所述等待时间,并将调 整后的等待时间设置为等待计时器的预设阈值,启动所述等待计时器; 当所述等待计时器达到所述预设阈值时,开启或关闭智能路灯。
10. -种由权利要求1或5所述的智能路灯组建的无线网络系统,其特征在于,包括智 能路灯、路灯配电站、WiFi路由器、ZigBee路由器、上位机和路灯云服务平台;所述智能路 灯安装在街道上,并且通过电缆与所述路灯配电站连接;所述WiFi路由器和所述ZigBee路 由器均安装在所述路灯配电站,并且通过网络与所述路灯云服务平台连接;所述上位机通 过网络与所述路灯云服务平台连接。
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