CN106793391B - 一种智能照明控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明提供了一种智能照明控制系统,包括主站、一级终端和二级终端。本发明还提供了一种智能照明控制系统的控制方法,包括以下步骤,S1,所述二级终端接收一级终端发出的控制信号;S2,所述一级终端接收主站发出的控制信号;S3,所述主站对一级终端发出控制信号,并接收一级终端反馈的数据处理后用显示装置显示出来。本发明智能照明控制系统,可以对城市的路灯实施统一启闭或者单独控制,实现分时段调光减少不必要的浪费,并且对夜间照明系统和路灯的实时监控和管理,确保高效稳定,全天候运行,有效节约电能消耗。本发明的控制方法可以极大地提高通信效率,同时能有效地进行数据辨识,提高数据处理的准确性。

Description

一种智能照明控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种控制系统及方法,特别是一种只能照明控制系统及方法。
背景技术
随着时代的发展,城市现代化建设步伐不断加快,对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大,而能源的供需矛盾也越来越突出,节电节能、绿色照明的要求越来越迫切,越来越高。现在再采用那些传统的手控、钟控城市照明系统的方法已不能满足要求。如何充分利用高科技手段解决上述矛盾也就成为当前照明控制领域一个新的和紧要的问题。
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、号召居民在用电高峰时关闭空调、公共设施和写字楼等空调温度调高一度等等,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。这样的节电措施,在缓解用电紧张的同时,却带来资源的浪费和对人们日常生活的负面影响。缓解用电紧张的最佳和有效的办法是对用电实施智能化管理,减少浪费,使我们的每一度电都能物尽其用!
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明的目的在于提供一种智能照明控制系统及方法。
本发明提供了一种智能照明控制系统,包括主站、一级终端和二级终端;
所述二级终端用于直接控制照明装置并对一级终端所发送下来的指令进行处理并将照明装置的电参数和状态进行采集记录并上传至一级终端;
所述一级终端用于将接收到的二级终端上传的数据整理后发送至主站,并采集自身电参数和光强信号经处理后也发送至主站,同时用于将所述主站发出的指令下发至二级终端;
所述主站用于发出控制指令以及接受一级终端上传的数据,以及显示所述一级终端、二级终端和被控制的照明装置的状态。
优选地,所述二级终端设有第一电源模块、第一前端采集模块、第一电参数检测模块、第一调光模块、第一控制模块、第一通讯模块和第一保险模块,所述第一电源模块用于给二级终端供电,所述第一前端采集模块用于采集被控制照明装置所在电路的电信号,所述第一电参数检测模块设有计量芯片,所述第一电参数检测模块用于接收第一前端采集模块传输来的电信号,并将该电信号送到计量芯片的输入端口,所述计量芯片对该电信号进行处理后输出于寄存器中,并通过通讯接口实现与第一控制模块的通讯,所述第一调光模块用于接收第一控制模块发出的指令并控制照明装置的输出光强,所述第一通讯模块电连接第一控制模块,并用于和外部进行通讯,所述第一保险模块设有熔断器。
优选地,所述第一电源模块设有电源转换电路、稳压保护电路和电源隔离电路,所述电源转换电路设有用于整流和变压的IN4007芯片,所述稳压保护电路设有用于稳压保护的viper22a芯片,所述电源隔离电路设有EL817电源隔离芯片。
优选地,所述第一前端采集模块设有电流互感器、电阻、电压互感器和继电器,所述电流互感器和电阻串联后分别连接照明装置和电压互感器的一端,所述电压互感器的两个端点分别连接电源模块,另两个端点连接至第一电参数检测模块,所述继电器电连接第一控制模块,还连接至电压互感器的连接有串联后的电流互感器和电阻的一端。
优选地,所述第一电参数检测模块设有ATT7053AU芯片;所述第一调光模块设有MC33063芯片和LM2904芯片,用于改变输出电压值,从而控制照明装置的光强;所述第一控制模块设有单片机;所述第一通讯模块设有Zigbee天线。
优选地,所述一级终端设有第二电源模块、第二前端采集模块、第二电参数检测模块、第二通讯模块、第二光传感控制模块和第二控制模块,所述第二电源模块用于给一级终端供电,所述第二前端采集模块用于采集总线上的电信号,所述第二电参数检测模块设有计量芯片,所述第二电参数检测模块用于接收第二前端采集模块传输来的电信号,并将该电信号送到计量芯片的输入端口,所述计量芯片对该电信号进行处理后输出于寄存器中,并通过通讯接口实现与第二控制模块的通讯,所述第二通讯模块电连接第二控制模块并用于和外部进行通讯,所述第二光传感控制模块设有光敏传感器,用于将光强转换为电参数。
优选地,所述第二电参数检测模块设有ATT7022E芯片,所述第二通讯模块设有Zigbee天线和GPRS天线,所述第二控制模块设有单片机。
优选地,所述第二前端采集模块设有电流互感器、电压互感器和继电器,位于所述第二电源模块的每一路输入总线上均连接有一组电流互感器、电压互感器和继电器。
本发明还提供了一种智能照明控制系统的控制方法,包括以下步骤,
S1,所述二级终端接收一级终端发出的控制信号,并将该信号处理后转化为对照明装置的控制指令,同时反馈自身数据至一级终端;
S2,所述一级终端接收主站发出的控制信号,并将该信号处置后发出二级控制信号至二级终端,同时接收二级终端反馈的数据和采集自身数据,将上述数据处理后发送至主站;
S3,所述主站对一级终端发出控制信号,并接收一级终端反馈的数据处理后用显示装置显示出来。
优选地,所述步骤S3还包括以下步骤,S31,所述主站接收一级终端反馈的数据后,将上述数据拆分成电参数变量和环境参数变量;
S32,将上述电参数变量与主站内的阀值数据进行对比,如超出阀值数据,则启动故障指示,如未超出阀值数据则正常工作;
S33,将上述环境参数变量与主站的基准数据进行比较,用于发出调光指令。
综上所述,本发明具有以下优点:
本发明智能照明控制系统,可以对城市的路灯实施统一启闭或者单独控制,实现分时段调光减少不必要的浪费,并且对夜间照明系统和路灯的实时监控和管理,确保高效稳定,全天候运行,控制不必要的“全夜灯照明”,有效节约电能消耗。本发明的控制方法可以极大地提高通信效率,同时能有效地进行数据辨识,提高数据处理的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例控制系统的结构框图;
图2为本发明实施例二级终端的结构框图;
图3为本发明实施例一级终端的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施方式及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。
如图1-3所示,一种智能照明控制系统,包括主站、一级终端和二级终端。所述二级终端用于直接控制路灯的开关、亮度调节、对一级终端所发送下来的指令进行处理并将路灯电参数和路灯状态进行采集记录并上传至一级终端,所述一级终端是二级终端和主站之间沟通的一个桥梁,既可以将接收到二级终端的数据进行整理上传至主站,又可以将主站的指令下发至二级终端,所述主站提供简洁化和傻瓜式的操作界面,可以清楚的看到资产信息、节能信息、能耗分析、一级终端的信息及智能控制器所控制路灯的信息。
二级终端是一个单灯控制器,它包括第一电源模块、第一电参数检测模块、第一调光模块、第一控制模块、第一通讯模块、第一保险模块所构成。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IN4007组成的整流桥、变压器、电解电容、viper22a稳压保护芯片和EL817电源隔离模块组成。具有自动热关断、过温保护,过流和过压保护自动重启功能。第一电参数监测模块由单项多功能计量芯片ATT7053A及外围辅助电路组成,通过前端的电能采集电路(电流互感器、电压互感器)和信号调理电路,把采集的电信号送到电能计量芯片的输入端口,电能计量芯片内部集成了模数转换模块、数字处理模块,并把采集的电流、电压、有功功率、无功功率等储存参数输出寄存器中,通过通讯接口实现与处理器的信息交流。第一调光模块主要由MC33063和LM2904运算放大器构成,通过波宽控制调光(Pulse Width Modulation,简称PWM)将电源方波数位化,并控制方波的占空比,改变输出电压值,从而达到控制路灯调光(1%—100%)。第一控制模块采用STC系列单片机;第一通讯模块采用自带Zigbee的天线和单片机进行通讯;第一保险模块采用继电器和5A/250V保险丝组成,能够快速切断供电,有偶然或突发情况可以很好的保护路灯或行人,另外在设计上增加了各种防范措施和纠错措施,具有良好的电磁兼容性和异常情况下的后备处理能力,防护安全级别达到了IP67,确保设备能经受高低温、电磁干扰、冲击耐压、静电辐射、振动、强降雨等恶劣环境的考验,确保开关灯正常操作。
所述的一级终端包含第二电源模块、第二电参数检测模块、第二通讯模块、第二光传感控制模块、第二控制模块。第二电源模块采用变压整流稳压电源,提供5V和12V两路稳压输出,能适应交直流无极性输入,极宽的输入范围(AC85V~500V或DC100V~700V);完善的输入过压、短路保护功能;高隔离,输入输出的隔离电压达4KV AC;抗干扰能力强,良好的电磁兼容特性。
所述第二电参数检测模块由高精度计量芯片ATT7022E和辅助外围电路组成,能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量,同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数。每条总线上都有电压互感器和电流互感器,这样可以实时检测总线上的电参数变化。
第二通讯模块由Zigbee+GPRS无线技术模块组成,Zigbee具有功耗低、成本低、传输数据完全免费、自由组网等优点的双向无通讯技术,但是缺点是数据率低,单跳传输距离近(可视距离300米)而GPRS无线技术数据率高,传输距离很远(有GPRS网络的地方就可以控制),这两种无线技术的组合可以弥补互相的缺点成为优点,从而进行高效的数据传输。
第二光传感控制模块由高精度光敏传感器和辅助电路构成,主要是将光的强弱转换为电阻的大小;第二控制模块由STM32系列单片机,主站发送命令给GPRS模块,GPRS将接收的数据下发给Zigbee模块来控制单灯控制器,亦或是接收Zigbee模块发送上来的数据上传至GPRS模块,在由GPRS模块上传给主站;接收第二检测模块的总线电参数数据和单灯控制器的电参数数据并发送给GPRS模块,在由GPRS模块上传至总站;判断光敏传感器接收的信号,如果环境变暗或者变亮到一个临界值,单片机可以判断路灯是否需要开灯或关灯并自动发出信号给Zigbee来控制路灯。
主站即是云服务管理平台,主站可以控制一级终端和二级终端的功能,还可以查看一级终端二级终端上传的数据。另外云服务管理平台还具有移动端APP管理,可以实时控制。
本发明还提供了一种智能照明控制系统的控制方法,包括以下步骤,
S1,所述二级终端接收一级终端发出的控制信号,并将该信号处理后转化为对照明装置的控制指令,同时反馈自身数据至一级终端;
S2,所述一级终端接收主站发出的控制信号,并将该信号处置后发出二级控制信号至二级终端,同时接收二级终端反馈的数据和采集自身数据,将上述数据处理后发送至主站;
S3,所述主站对一级终端发出控制信号,并接收一级终端反馈的数据处理后用显示装置显示出来。
优选地,所述步骤S3还包括以下步骤,S31,所述主站接收一级终端反馈的数据后,将上述数据拆分成电参数变量和环境参数变量;
S32,将上述电参数变量与主站内的阀值数据进行对比,如超出阀值数据,则启动故障指示,如未超出阀值数据则正常工作;
S33,将上述环境参数变量与主站的基准数据进行比较,用于发出调光指令。
本发明的系统在使用时,先在云服务管理平台添加项目、网关和灯控节点,然后可以在策略管理中设置策略,策略可以设置网关的开关灯时间、开灯默认亮度、策略类型、执行周期、有效期等;之后在网关管理中添加该策略,网关就可以执行策略控制单灯控制器,单灯控制器中的通讯模块收到指令后发送给第一控制模块,第一控制模块在判断接收到的指令是否正确。在把指令发送给继电器、第一调光模块、第一电参数检测模块;同时第一电参数检测模块把路灯的工作情况上传至单片机,单片机上传至通讯模块,通讯模块在上传网关;网关把第二电参数检测模块检测到的数据和第一电参数检测模块的数据进行上传主站进行对比,一旦数据有异常,主站中的告警管理便会进行告警,等待维修员进行排除故障。另外在智能网关中的第二光传感控制模块也可以控制单灯控制器的开关灯动作,只要环境变暗到一个临界值,第二控制模块就会接收到光传感控制模块的信号,并发送给Zigbee群开启命令来开启路灯;相反,如果环境变亮到一个临界值,就会发送给Zigbee群关闭命令来关闭路灯。另外这种通过环境感应控制路灯功能的优先级可以在云服务管理平台中设置。
本发明采用主站时控(光控)的方式执行开关灯操作。预先给智能网关设定好每天的开关灯时间,在阴雨天气,光照度低,系统提前开灯,晴朗天气光照度高,提前关灯,方便市民出行,改善社会治安和交通安全都具有非常积极的意义;当出现特殊情况或有重大活动时,也可通过计算机人工干预,随时进行手动开关灯操作。
本发明系统的主站和现场智能网关均具有智能化运行和检测的功能。当系统主站发现某一现场终端出现故障时,会将故障信息及时通知值班人员,以便及时处理;当集中器停机或通信出现故障以致开关灯命令无法下达时,现场智网关能会启动光控策略,对路灯进行开关灯操作。并向主站发送通讯告警故障。
本发明采用物联网Zigbee通讯技术作为节点组网技术,可以做到节点的自动组网,不仅做到网络的自动延伸和快速实施,而且可以任意组合路灯进行控制。而传统控制系统采用回路控制,只能做到预先设定的路灯进行开关控制。
本发明增加了移动端控制能力,通过移动设备(手机,PAD)可以精确的定位到每个路灯,并直接通过移动设备控制路灯,进行路灯维修,和新建路灯节点。这极大的提高了施工速度和维护效率。
同时本发明的控制系统相比于现有技术,本智能照明控制系统不仅保证命令,数据上报的即时性,同时为系统诊断提供了技术基础。传统照明控制虽然可以做到开关灯的控制,但是无法及时确认是否正确到达灯控节点,只能通过人工巡查来确认路灯是否亮灭。而智能照明控制系统可以通过单灯控制器中第一检测模块所上传的电参数数据进行查看路灯工作情况。
智能照明控制系统的策略可多样化和优先级的设置,比如设置时间策略优先,光控策略延后,则路灯会先执行时间策略,后执行光控策略,另外还具有分时间段调光的功能,这样设置的意义是比如智能网关的GPRS信号接收不到的情况下,智能网关仍然可以通过光控来控制路灯开关,这样的设置更具有人性化并且更加保险的控制路灯,避免了白天亮灯和晚上不亮灯的情况发生。而传统控制路灯的方式只有固定的开灯关灯,不具有调光和光控等功能。
智能照明控制系统包括云端计算能力,为智能照明发明了能耗分析模块,利用单灯控制器的ZigBee通讯模块和第一电参数采集模块把采集的电信号送到电能计量芯片的输入端口,电能计量芯片内部通常集成了模数转换模块、数字处理模块,并把采集的电流、电压、有功功率、无功功率等储存参数输出寄存器中,通过通讯接口实现云端数据分析计算能力。LED灯寿命预测计算模型,满足工业4.0时代系统预警、预测的目标。其它照明控制系统并无云端数据分析、计算能力。此外智能照明控制系统利用百度开放云BAE系统,将数据采集首先存放到关系型数据库RDS中,同时定时将数据库日志文件存放到百度BOS大文件中,这样最后利用百度集群计算BMR技术利用LED灯寿命计算模型和能耗分析模型,对一个月,半年,一年内收集的多达几亿条的数据根据需求请求集群计算,并在短时间内将结果计算出来供系统预警,预测使用。
智能照明控制系统具有分时段调光和故障告警功能,分时段调光功能比夜间全亮灯节省电能30%—50%,另外可以在主站查看路灯工作状态,减少了不必要的夜间全亮灯和后期人员现场巡逻查看路灯工作状态,这样大大节省了电力资源和人力资源,对节能环保也具有重大意义。
同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用,仅为本发明技术方案的列举,并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书及说明书所公开的范围。

Claims (7)

1.一种智能照明控制系统,其特征在于,包括主站、一级终端和二级终端;
所述二级终端用于直接控制照明装置并对一级终端所发送下来的指令进行处理并将照明装置的电参数和状态进行采集记录并上传至一级终端;
所述一级终端用于将接收到的二级终端上传的数据整理后发送至主站,并采集自身电参数和光强信号经处理后也发送至主站,同时用于将所述主站发出的指令下发至二级终端;
所述主站用于发出控制指令以及接受一级终端上传的数据,以及显示所述一级终端、二级终端和被控制的照明装置的状态;
所述二级终端设有第一电源模块、第一前端采集模块、第一电参数检测模块、第一调光模块、第一控制模块、第一通讯模块和第一保险模块,所述第一电源模块用于给二级终端供电,所述第一前端采集模块用于采集被控制照明装置所在电路的电信号,所述第一电参数检测模块设有计量芯片,所述第一电参数检测模块用于接收第一前端采集模块传输来的电信号,并将该电信号送到计量芯片的输入端口,所述计量芯片对该电信号进行处理后输出于寄存器中,并通过通讯接口实现与第一控制模块的通讯,所述第一调光模块用于接收第一控制模块发出的指令并控制照明装置的输出光强,所述第一通讯模块电连接第一控制模块,并用于和外部进行通讯,所述第一保险模块设有熔断器;
系统运行时,期控制方法包括以下步骤,
S1,所述二级终端接收一级终端发出的控制信号,并将该信号处理后转化为对照明装置的控制指令,同时反馈自身数据至一级终端;
S2,所述一级终端接收主站发出的控制信号,并将该信号处置后发出二级控制信号至二级终端,同时接收二级终端反馈的数据和采集自身数据,将上述数据处理后发送至主站;
S3,所述主站对一级终端发出控制信号,并接收一级终端反馈的数据处理后用显示装置显示出来;
所述步骤S3还包括以下步骤,
S31,所述主站接收一级终端反馈的数据后,将上述数据拆分成电参数变量和环境参数变量;
S32,将上述电参数变量与主站内的阀值数据进行对比,如超出阀值数据,则启动故障指示,如未超出阀值数据则正常工作;
S33,将上述环境参数变量与主站的基准数据进行比较,用于发出调光指令;
所述步骤S3中的数据处理包括:利用百度开放云BAE系统,将数据采集首先存放到关系型数据库RDS中,同时定时将数据库日志文件存放到百度BOS大文件中,这样最后利用百度集群计算BMR技术利用LED灯寿命计算模型和能耗分析模型,对一个月,半年,一年内收集的数据根据需求请求集群计算,并将结果计算出来供系统预警,预测使用。
2.如权利要求1所述的一种智能照明控制系统,其特征在于,所述第一电源模块设有电源转换电路、稳压保护电路和电源隔离电路,所述电源转换电路设有用于整流和变压的IN4007芯片,所述稳压保护电路设有用于稳压保护的viper22a芯片,所述电源隔离电路设有EL817电源隔离芯片。
3.如权利要求1所述的一种智能照明控制系统,其特征在于,所述第一前端采集模块设有电流互感器、电阻、电压互感器和继电器,所述电流互感器和电阻串联后分别连接照明装置和电压互感器的一端,所述电压互感器的两个端点分别连接电源模块,另两个端点连接至第一电参数检测模块,所述继电器电连接第一控制模块,还连接至电压互感器的连接有串联后的电流互感器和电阻的一端。
4.如权利要求1所述的一种智能照明控制系统,其特征在于,所述第一电参数检测模块设有ATT7053AU芯片;所述第一调光模块设有MC33063芯片和LM2904芯片,用于改变输出电压值,从而控制照明装置的光强;所述第一控制模块设有单片机;所述第一通讯模块设有Zigbee天线。
5.如权利要求1所述的一种智能照明控制系统,其特征在于,所述一级终端设有第二电源模块、第二前端采集模块、第二电参数检测模块、第二通讯模块、第二光传感控制模块和第二控制模块,所述第二电源模块用于给一级终端供电,所述第二前端采集模块用于采集总线上的电信号,所述第二电参数检测模块设有计量芯片,所述第二电参数检测模块用于接收第二前端采集模块传输来的电信号,并将该电信号送到计量芯片的输入端口,所述计量芯片对该电信号进行处理后输出于寄存器中,并通过通讯接口实现与第二控制模块的通讯,所述第二通讯模块电连接第二控制模块并用于和外部进行通讯,所述第二光传感控制模块设有光敏传感器,用于将光强转换为电参数。
6.如权利要求5所述的一种智能照明控制系统,其特征在于,所述第二电参数检测模块设有ATT7022E芯片,所述第二通讯模块设有Zigbee天线和GPRS天线,所述第二控制模块设有单片机。
7.如权利要求5所述的一种智能照明控制系统,其特征在于,所述第二前端采集模块设有电流互感器、电压互感器和继电器,位于所述第二电源模块的每一路输入总线上均连接有一组电流互感器、电压互感器和继电器。
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