CN106879135A - 一种LoRa无线智能路灯照明控制系统 - Google Patents

一种LoRa无线智能路灯照明控制系统 Download PDF

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朱君亮
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Abstract

本发明公开了一种LoRa无线智能路灯照明控制系统，采用基于433/868/915MHz频段的LoRa无线技术LoRa无线技术、云端技术、大数据库技术对路灯进行远距离测控，能对1~4头路灯上的每盏灯进行独立控制，并能进行电能计量，电费预付费控制，对不同道路的路灯作分组控制，能对环境感应作出节能动作，并实时进行故障检测，故障定位并报警。能广泛应用于高速公路、普通公路、道路等，本智能照明控制系统能精确到每盏灯的开关灯和调光，还能进行分组控制，能在默认参数设定的情况下，便可智能的进行开灯、关灯、调光，并且具备故障报警、故障定位、管理信息推送、环境感知、电能统计、电费预付费、本地设备监控、远程设备监控、移动设备监控的功能。

Description

一种LoRa无线智能路灯照明控制系统
技术领域
本发明涉及路灯只能控制系统，特别涉及一种LoRa无线智能路灯照明控制系统。
背景技术
目前路灯都以人工、定时或光敏开关控制，光敏开关容易受到污染的影响而失去作用，定时开关在不同的季节、和特殊天气中控制方式不灵活，零散的灯具和广阔的地域分布，带来了控制管理的不方便，控制界面不直观，能源浪费严重，故障巡检费用高，维护和维修麻烦。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种LoRa无线智能路灯照明控制系统，采用基于433/868/915MHz频段的LoRa无线技术LoRa无线技术、云端技术、大数据库技术对路灯进行远距离测控，能对1~4头路灯上的每盏灯进行独立控制，并能进行电能计量，电费预付费控制，对不同道路的路灯作分组控制，能对环境感应作出节能动作，并实时进行故障检测，故障定位并报警。能广泛应用于高速公路、普通公路、道路等。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LoRa无线智能路灯照明控制系统，包含智能电源、终端控制器、photocell路灯控制器、环境传感器、网关控制器、服务器控制软件、PC端客户端应用模块、PC端WEB应用模块、云端服务器控制模块、移动端APP应用模块。
所述智能电源、环境感知传感器、终端控制器、photocell路灯控制器、网关控制器都涉及远距离通讯，都含有LoRa无线通讯；
所述的终端控制器，可用于单头，双头，最多4头的路灯，控制1~4路灯具回路的开关，输出1~4路0-10V的调光信号和DALI信号来控制电源的调光；
所述智能电源是普通调光电源内置了单路终端控制器的电源，安装于路灯灯壳中，所述智能电源记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，接收0-10V和DALI信号来调光；且智能电源接收指令来控制电源的开和关，记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，输出0-10V和DALI2信号来控制电源的调光；
所述photocell路灯控制器，属于单路终端控制器，内置光敏传感器，并且接口遵守7pin ANSI C136.41标准，与7pin ANSI C136.41标准的路灯插座连接，并控制灯具回路的开关带电能计量，电费计费功能，输出0-10V或DALI信号来控制电源的调光；（photocell路灯控制器具体是安装在哪里，与其他部分有无连接关系）
所述的网关控制器安装于高杆灯的杆体上，用于将LoRa通讯的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器连接到IP网络与服务器之间进行通讯；
所述的环境传感器同样安装于高杆灯的杆体上，用于进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关；
所述的服务器控制模块，运行在充当服务器角色的计算设备中；接收IP网络中人工发出的指令发给网关控制器；收集连接到IP网络的网关控制器采集到的数据保存到本地数据库和云端数据库中；利用大数据库统计和计算各种数据；
所述PC客户端应用模块，与服务器端对应的本地和远程windows桌面系统的客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据；
所述PC浏览器WEB应用模块，与服务器端对应的在本地和远程PC上浏览器的WEB客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据；
所述云端服务器控制模块，使远程PC，移动手机和平板可以根据权限连接到本地服务器系统，并备份数据到云端大数据库，使得服务供应商可以收到故障信息，主动为客户进行服务；
所述移动端APP应用模块，能在手机，平板上显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据。。
作为本发明的进一步改进，所述的网关控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、LoRa通讯模块、GPS模块、ETH通讯模块或蜂窝通讯模块组成；网关收集LoRa网中的控制器、终端控制器、环境感知传感器的各种状态数据，并暂存一部分数据，所有数据通过ETH以太网或蜂窝通讯形式发送到IP网络，并发送给服务器；同时接收IP网络中服务器发来的数据，并处理，和转发指令给LoRa网络中的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器；
作为本发明的进一步改进，所述环境传感器内置ARM处理器，LoRa通讯模块，GPS元件监测当地经纬度和当地时间；ARM处理器发出时间基准负责全网时间校对，计算当地日出日落时间，天亮天黑时间；照度元件，风速测量元件对浓雾，雾霾，大风，台风，日全时等进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关。
作为本发明的进一步改进，所述的智能电源由恒流调光电源、ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块和CAN总线通讯模块组成；终端控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算，用于驱动继电器控制灯具回路的开关，输出0-10V电压信号控制电源调光，输出DALI指令控制带DALI接口的电源调光。
作为本发明的进一步改进，所述的photocell路灯控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块组成；控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算，用于驱动继电器控制灯具回路的开关，输出0-10V电压信号控制电源调光，输出DALI指令控制带DALI接口的电源调光；光敏传感器用于读取环境光照值，和断网时用于最简单的光敏开关灯控制；
本发明的有益效果是：本智能照明控制系统能精确到每盏灯的开关灯和调光，还能进行分组控制，能在默认参数设定的情况下，便可智能的进行开灯、关灯、调光，并且具备故障报警、故障定位、管理信息推送、环境感知、电能统计、电费预付费、本地设备监控、远程设备监控、移动设备监控的功能，相比现有技术其具有以下优点：
1）对LED灯的智能控制提高55%的节能率，提高80%的LED使用寿命，提高60%能效比；
2）动态感应调光技术，减少了无人灯的能耗，与传统控制相比，至少降低50%的CO2排放；
3）通过GPS经纬度和季节计算日出日落时间，在全球范围零设置，自动调节照明开关时间；
4）故障主动报警，快速GPS显示定位，维修维护方便，降低90%的人力成本；
5）移动端监控和故障通知，提高70%的工作执行效率；
6）自动检测雾霾，日全食，车流，暴雨，大雾等环境进行多重联动照明控制；
7）用加密技术保证了整个系统控制的安全和大数据信息的安全。
8）多级操作权限控制，历史数据查询统计，电能计量趋势分析，预付费控制系统。
9）网络断线时，内置离线控制策略自运控制，内置大容量储存器保存计量数据长达60天。
10）可广泛应用于高速公路、普通公路、道路等各种场景的智能控制。
附图说明
图1为本发明外部结构示意图；
图2为本发明原理结构示意图；
图3为本发明网关控制器内部结构示意图；
图4为本发明环境传感器内部结构示意图；
图5为本发明智能电源内部结构示意图；
图6为本发明终端控制器内部结构示意图；
图7为本发明photocell路灯控制器内部结构示意图；
图8为本发明系统原理概要图；
图1中标示：1-路灯灯杆；2-灯壳；3-网关控制器；4-环境传感器。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
图1-2示出了本发明一种LoRa无线智能路灯照明控制系统的一种实施方式，包含智能电源、终端控制器、photocell路灯控制器、环境传感器、网关控制器、服务器控制软件、PC端客户端应用模块、PC端WEB应用模块、云端服务器控制模块、移动端APP应用模块。
所述智能电源、环境感知传感器、终端控制器、photocell路灯控制器、网关控制器都涉及远距离通讯，都含有LoRa无线通讯；
所述的终端控制器，可用于单头，双头，最多4头的路灯，控制1~4路灯具回路的开关，输出1~4路0-10V的调光信号和DALI信号来控制电源的调光；
所述智能电源是调光电源内置了单路终端控制器的电源，安装于路灯灯壳中，所述智能电源记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，接收0-10V和DALI信号来调光，如图5所示；且智能电源接收指令来控制电源的开和关，记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，输出0-10V和DALI2信号来控制电源的调光；
所述photocell路灯控制器，属于单路终端控制器，内置光敏传感器，并且接口遵守7pin ANSI C136.41标准，与 遵守7pin ANSI C136.41标准的路灯插座连接，并控制灯具回路的开关带电能计量，电费计费功能，输出0-10V或DALI信号来控制电源的调光；
所述的网关控制器安装于高杆灯的杆体上，用于将LoRa通讯的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器连接到IP网络与服务器之间进行通讯；
所述的环境传感器同样安装于高杆灯的杆体上，用于进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关；
所述的终端控制器，控制灯具回路的开关，输出0-10V和DALI信号来控制电源的调光；
所述的服务器控制模块，运行在充当服务器角色的计算设备中；接收IP网络中人工发出的指令发给网关控制器；收集连接到IP网络的网关控制器采集到的数据保存到本地数据库和云端数据库中；利用大数据库统计和计算各种数据；
所述PC客户端应用模块，与服务器端对应的本地和远程windows桌面系统的客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据；
所述PC浏览器WEB应用模块，与服务器端对应的在本地和远程PC上浏览器的WEB客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据；
所述云端服务器控制模块，使远程PC，移动手机和平板可以根据权限连接到本地服务器系统，并备份数据到云端大数据库，使得服务供应商可以收到故障信息，主动为客户进行服务；
所述移动端APP应用模块，能在手机，平板上显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据。。
所述的网关控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、LoRa通讯模块、GPS模块、ETH通讯模块或蜂窝通讯模块组成；网关收集LoRa网中的控制器、终端控制器、环境感知传感器的各种状态数据，并暂存一部分数据，所有数据通过ETH以太网或蜂窝通讯形式发送到IP网络，并发送给服务器；同时接收IP网络中服务器发来的数据，并处理，和转发指令给LoRa网络中的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器，如图3所示；
所述环境传感器内置ARM处理器，LoRa通讯模块，GPS元件监测当地经纬度和当地时间；ARM处理器发出时间基准负责全网时间校对，计算当地日出日落时间，天亮天黑时间；照度元件，风速测量元件对浓雾，雾霾，大风，台风，日全时等进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关，如图4所示。
所述的智能电源由恒流调光电源、ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块和CAN总线通讯模块组成；终端控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算，用于驱动继电器控制灯具回路的开关，输出0-10V电压信号控制电源调光，输出DALI指令控制带DALI接口的电源调光，如图6所示。
所述的photocell路灯控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块组成；控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算，用于驱动继电器控制灯具回路的开关，输出0-10V电压信号控制电源调光，输出DALI指令控制带DALI接口的电源调光；光敏传感器用于读取环境光照值，和断网时用于最简单的光敏开关灯控制；如图7所示。
自动案例一(人流，车流节能照明)：
环境传感器感应到所监视道路的人员和车在监测点范围内移动，环境传感器向LoRa无线网发出物体active信号 ，路灯终端控制器和服务器都能收到该信号；根据人工预先的功能设定，该分组的路灯终端控制器自动操作调光至明亮，使得监测地点高照度，服务器实时显示照明状态；
如果人工对流动节能照明功能关闭，则该分组的路灯终端控制器和服务器接收到active不会动作；
网关，IP网，服务器断线失效的情况下，不影响该功能的自动操作，但服务器不能实时显示照明状态；
环境传感器感应到所监视道路的人员和车流超出监测点范围，环境传感器向LoRa无线网发出物体active_over信号 ，该分组的路灯终端控制器和服务器都能收到该信号；根据人工预先的功能设定，该分组的路灯终端控制器自动操作调光至暗，或间隔亮灯，使得监测地点保持最低的照度进行节能，服务器并实时显示照明状态；
自动案例二(不同季节的精确定时开关灯)
路灯终端控制器的处理器每天根据GPS的日期，当地的经维度，当地的UTC时区，计算出当天的天亮天黑时间，进行精确的定时开关灯，相比容易受污染而失效的光敏开关，更加实用和节能；
但当路灯终端控制器损坏时，光敏开关和普通定时控制将承担最基本的控制，尽可能的减少白天亮灯的能源浪费。
自动案例三(自动故障报警)
当路灯的输出功率出现10%偏差时，或是功率输出始终小于5W时，判断为路灯故障，并发出本机的编号在控制电脑上显示，并发出定位信息给维修维护人员，维护人员在白天就可以通过GPS导航找到路灯，并对其进行维修动作 。作为灯具的供应商，也可以从云端看到故障信息，提醒用户，并及时向用户提供更换的配件。

Claims (5)

1.一种LoRa无线智能路灯照明控制系统，其特征在于：包含智能电源、终端控制器、photocell路灯控制器、环境传感器、网关控制器、服务器控制软件、PC端客户端应用模块、PC端WEB应用模块、云端服务器控制模块、移动端APP应用模块；
所述智能电源、环境感知传感器、终端控制器、photocell路灯控制器、网关控制器都涉及远距离通讯，都含有LoRa无线通讯；
所述的终端控制器，可用于单头，双头，最多4头的路灯，控制1~4路灯具回路的开关，输出1~4路0-10V的调光信号和DALI信号来控制电源的调光；
所述photocell路灯控制器，属于单路终端控制器，内置光敏传感器，并且接口遵守7pin ANSI C136.41标准，与7pin ANSI C136.41标准路灯插座连接，并控制灯具回路的开关带电能计量，电费计费功能，输出0-10V或DALI信号来控制电源的调光；
所述的智能电源安装于路灯灯壳中，所述智能电源是普通调光电源内置了单路终端控制器的电源，所述智能电源记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，接收0-10V和DALI信号来调光；且智能电源接收指令来控制电源的开和关，记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，输出0-10V和DALI2信号来控制电源的调光；
所述的网关控制器安装于高杆灯的杆体上，用于将LoRa通讯的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器连接到IP网络与服务器之间进行通讯；
所述的环境传感器同样安装于高杆灯的杆体上，用于进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关；
所述的服务器控制模块，运行在充当服务器角色的计算设备中；接收IP网络中人工发出的指令发给网关控制器；收集连接到IP网络的网关控制器采集到的数据保存到本地数据库和云端数据库中；利用大数据库统计和计算各种数据；
所述PC客户端应用模块，与服务器端对应的本地和远程windows桌面系统的客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据；
所述PC浏览器WEB应用模块，与服务器端对应的在本地和远程PC上浏览器的WEB客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据；
所述云端服务器控制模块，使远程PC，移动手机和平板可以根据权限连接到本地服务器系统，并备份数据到云端大数据库，使得服务供应商可以收到故障信息，主动为客户进行服务；
所述移动端APP应用模块，能在手机，平板上显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据。
2.根据权利要求1所述的一种LoRa无线智能路灯照明控制系统，其特征在于：所述的网关控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、LoRa通讯模块、GPS模块、ETH通讯模块或蜂窝通讯模块组成；网关收集LoRa网中的控制器、终端控制器、环境感知传感器的各种状态数据，并暂存一部分数据，所有数据通过ETH以太网或蜂窝通讯形式发送到IP网络，并发送给服务器；同时接收IP网络中服务器发来的数据，并处理，和转发指令给LoRa网络中的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器。
3.根据权利要求1所述的一种LoRa无线智能路灯照明控制系统，其特征在于：所述环境传感器内置ARM处理器，LoRa通讯模块，GPS元件监测当地经纬度和当地时间；ARM处理器发出时间基准负责全网时间校对，计算当地日出日落时间，天亮天黑时间；照度元件，风速测量元件对浓雾，雾霾，大风，台风，日全时等进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关。
4.根据权利要求1所述的一种LoRa无线智能路灯照明控制系统，其特征在于：所述的智能电源由恒流调光电源、ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块和CAN总线通讯模块组成；终端控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算，用于驱动继电器控制灯具回路的开关，输出0-10V电压信号控制电源调光，输出DALI指令控制带DALI接口的电源调光。
5.根据权利要求1所述的一种LoRa无线智能路灯照明控制系统，其特征在于：所述的photocell路灯控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块组成；控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算，用于驱动继电器控制灯具回路的开关，输出0-10V电压信号控制电源调光，输出DALI指令控制带DALI接口的电源调光；光敏传感器用于读取环境光照值，和断网时用于最简单的光敏开关灯控制。
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