CN106937455A - 基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，由远程城市照明管理主控中心、若干网络集中协调器和每个网络集中协调器所管辖的专用前端单灯信息终端组成，所述远程城市照明管理主控中心通过无线通信网络与网络集中协调器传输数据，所述单灯信息终端包括单灯控制装置和Zigbee无线传感装置，所述的无线通信网络为GPRS网络或者3G、4G网络。本发明采用Zigbee自组网的方式，实现1个网络集中协调器即可控制上百盏路灯，大大降低了路灯网络的运行成本，同时既有灯具改造时，无需重新布线，节约成本，方便施工；另外将各种智能传感器置于网路集中协调器中，在不影响对气象、环境检测功能的情况下，大大节约了系统的成本。

Description

基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统

技术领域

本发明涉及城市节能技术领域，尤其是一种基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统。

背景技术

近年来，随着我国经济改革的深入发展，城市照明与城市形象规划彰显城市经济和科技实力，体现城市定位与竞争力，逐步受到各级政府机构的重视。城市照明作为城市形象的重要组成部分，越来越为政府所重视，投入大量的资金进行建设和升级，随着城市发展的规模壮大，城市照明的能耗也逐年攀升，由此产生关联问题亦逐渐显露出来，如城市照明的维护量增大，导致人员不足；维护费用增加，社会成本过高，电费支出过多，财政负担家加重。同时，据调查，城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例，我国小型城市在夜晚9点后，大中城市在午夜12点后，户外活动的人流量大幅下降，仅为平常10%或者更低，但随着人流量的降低，城市照明的运行能耗并没有下降，很多地方仍然保持较高的照度，显然这些不合理的现象造成了能源的浪费。这些问题无疑给当地政府机构和城市照明管理部门带来了巨大的能耗的财政压力，急切需要我们共同探讨解决之道。

现有的节能监控管理技术中所采用的多种节能控制方式，都各自存在着一些不尽人意的表现。随着物联网技术的发展，一种基于Zigbee的无线传感器的物联网智能化城市照明节能监控管理系统越来越受到人们的重视。物联网是一个基于互联网、电信网和移动网络等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它将无处不在的终端设备，包括传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统以及携带无线终端的个人与车辆等，通过各种形式的网络实现互联互通。

Zigbee技术是一种无线连接技术的商业化命名，该无线连接技术主要解决低成本，低功耗、低复杂度，近距离的设备联网应用。网状结构，具有很强的网络健壮性和可靠性，非常适合应用与系统化照明产品的管理，如路灯产品，每灯之间的距离最长不超过50米，每个路灯加装一个Zigbee无线传感装置，每个装置之间互为路由，直至网络集中协调器，网路集中协调器再通过GPRS网络实现网络集中协调器与城市照明管理中心之间的数据传输。

随着我国节能减排，低碳经济的运行，城市照明节能被越来越受到重视，城市照明能耗与工程运行维护成为大家关注的重点问题，如何让城市照明既高效运营又降低投入成本？目前的解决的方法有很多种，但是都存在着一些不足，例如，有的方法在每个路灯终端都设置各种传感器，采集环境信息，但是一条马路或一个区域内的环境条件是一致的，这样就造成了资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种使照明节能效果达到最大化最优化的基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：由远程城市照明管理主控中心、若干网络集中协调器和每个网络集中协调器所管辖的专用前端单灯信息终端组成，所述远程城市照明管理主控中心通过无线通信网络与网络集中协调器传输数据，所述单灯信息终端包括单灯控制装置和Zigbee无线传感装置，所述的无线通信网络为GPRS网络或者3G、4G网络。

而且，所述的单灯控制装置包括单片机、继电器、灯光控制装置、AC/DC电源和电流电压互感器，所述的继电器、灯光控制装置、AC/DC电源和电流电压互感器分别连接单片机，所述单片机连接Zigbee无线传感装置。

而且，所述的网络集中协调器包括Zigbee无线传感装置、无线传输装置、智能传感器和控制装置，所述的Zigbee无线传感装置、无线传输装置和智能传感器分别连接控制装置。

而且，所述的智能传感器包括温湿度传感器、光照度传感器和集成化风速/风向传感器。

而且，所述的远程城市照明管理主控中心具有随意开关任何一路路灯或开关自定义群组的主动控制单元。

而且，所述的远程城市照明管理主控中心具有按季节变化自动调节路灯开关时间的自动控制单元。

而且，所述的远程城市照明管理主控中心具有反馈路灯异常情况的故障报警单元。

而且，所述的远程城市照明管理主控中心还连接有手机客户端。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明具有可靠性高、抗干扰性能好，功耗低等优点，可以延长灯具的使用寿命，降低灯具的损坏率和拆换费用，节省车辆巡检、人工开支费用，避免出现大面积灭灯或白天亮灯的现象，比较适合现代化的城市照明节能监控管理；同时既有灯具改造时，灯具的交流电源先经过此模块后再与灯具相连，无需重新布线，节约成本，方便施工。

2、本发明将各种智能传感器置于网路集中协调器中，而未置于单独分布的单灯控制装置，在不影响对气象、环境检测功能的情况下，大大节约了系统的成本。

3、本发明采用Zigbee自组网的方式，实现1个Zigbee网络集中协调器即可控制上百盏路灯，大大降低了路灯网络的运行成本，另外，路灯作为物联网传感器的节点，可以实现城市中有路灯的地方就可以获得路灯终端信息，为城市管理提供精确化的信息。

附图说明

图1是本发明结构框图示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

如图1所示，本发明所述的一种基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，由远程城市照明管理主控中心、若干网络集中协调器和每个网络集中协调器所管辖的专用前端单灯信息终端组成，所述远程城市照明管理主控中心通过无线通信网络与网络集中协调器传输数据，所述单灯信息终端包括单灯控制装置和Zigbee无线传感装置，所述的无线通信网络为GPRS网络或者3G、4G网络。所述的单灯控制装置包括单片机、继电器、灯光控制装置、AC/DC电源和电流电压互感器，所述的继电器、灯光控制装置、AC/DC电源和电流电压互感器分别连接单片机，所述单片机连接Zigbee无线传感装置；所述的网络集中协调器包括Zigbee无线传感装置、无线传输装置、智能传感器和控制装置，所述的Zigbee无线传感装置、无线传输装置和智能传感器分别连接控制装置；所述的智能传感器包括温湿度传感器、光照度传感器和集成化风速/风向传感器；所述的远程城市照明管理主控中心具有随意开关任何一路路灯或开关自定义群组的主动控制单元；所述的远程城市照明管理主控中心具有按季节变化自动调节路灯开关时间的自动控制单元；所述的远程城市照明管理主控中心具有反馈路灯异常情况的故障报警单元；所述的远程城市照明管理主控中心还连接有手机客户端。

单灯信息终端：每盏城市照明上面都安装有单灯信息终端，主要功能是采集单个灯具电压、电流、功率因数等信息，进行初步判断，发送报警信息，是把单个灯具的电压等信息上传到网络集中协调器，同时接接收网络集中协调器的指令，来控制单个灯具的开关或亮度调节，同时还有报警功能。单灯控制装置的单片机连接Zigbee无线传感装置，用来同网络集中协调器进行无线数据交换。

硬件设计采用低功耗快速单片机为主处理器，与Zigbee无线传感装置之间采用串口交换数据，单灯信息终端在设计时采用低功耗设计，白天待机状态功耗只有几毫瓦。

网络集中协调器的作用是把一条路或者一个区域内的城市照明信息集中起来，起到一个数据缓存，报警管理、通信管理的作用，其温湿度传感器、光照度传感器和集成化风速/风向传感器，可以获取当前位置的气象、环境等信息，通过无线通信网络发送到远程城市照明管理主控中心，同时，将远程城市照明管理主控中心发来的指令分发给每个单个的城市照明，它是整个系统的桥梁，起到一个Zigbee到无线通信网络网关的作用，为防止意外故障，特设有备用手动控制功能。网络集中协调器上同样配有Zigbee无线传感模块，用以和单灯信息终端进行无线通信。内置无线传输装置主要用于每条路的网络集中协调器与远程城市照明管理主控中心管理计算机之间的远程数据传输。

无线通信网络可以是无线局域网络、无线移动网络中的通用分组无线业务GPRS、第三代无线通信网络3G或第四代无线通信网络4G，用于实现物联网传感器信息的上行和下行传输。

本发明可以实现以下功能：

单点控制或集成控制：通过单点控制来满足不同的特殊情况，自动和手动遥控，按不同的季节自动定时开关全夜灯和半夜灯，也可手动对全夜灯和半夜灯进行遥控。可实现单点监测，采集单一灯具运行参数。

远程控制：可以足不出户，远程操作管辖范围内的城市照明，减少巡灯人员的工作量，大大提高了工作效率。控制LED驱动器调节灯光亮度，在不影响功能与应用照明前提下，达到最大节能效果。

门限报警：将过去的巡逻式维护报警改为预防式提醒报警，这样远程城市照明管理主控中心可以得到第一手资料从而进行调度协调。

精确定位：故障出现后，远程城市照明管理主控中心可以精确获取故障灯的精确位置信息，工作人员可以再最短时间内到现场进行维护。

防盗报警：通过采集电力线的电流、电压值，通知远程城市照明管理主控中心，从而进行防盗监控处理。

总之，该监控管理系统可以通过任意一台电脑终端或智能设备，与远程城市照明管理主控中心的服务器通讯（需要授权），对部署在城市内的任何位置的路灯，实现远程单灯或多灯的开关、调光等人性化、智能化的自动控制。

每条街道可以有一个或多个网络集中协调器，自动监视现场照明系统的运行，给现场的单灯信息终端发送指令并收集各终端的状态信息。

远程城市照明管理主控中心包括以下若干功能单元，以实现以下的功能：

主动问询功能：远程城市照明管理主控中心可以主动问询每路路灯的开关状态、电压电流、耗电量等数据。

主动控制功能：远程城市照明管理主控中心可以随意开关任何一路路灯或开关自定义群组的路灯。

自动控制功能：现场按季节变化自动调节路灯开关时间。按照预先设定好的时间进行开关灯操作，调节光能；自动进行巡检，检测城市照明的运行状况。

故障报警功能：通信中断、亮灯率过低、未按时开关等情况出现时，远程城市照明管理主控中心有报警显示。

地图显示功能：电子地图上显示每组路灯的开关状态及其他重要信息。

数据存储功能：现场监控设备和服务器上的数据库中存储历史记录。

数据查询功能：远程城市照明管理主控中心可以查询任意时间段每组路灯数据信息。

本发明具有可靠性高、抗干扰性能好，功耗低等优点，可以延长灯具的使用寿命，降低灯具的损坏率和拆换费用，节省车辆巡检、人工开支费用，避免出现大面积灭灯或白天亮灯的现象，比较适合现代化的城市照明节能监控管理；同时既有灯具改造时，灯具的交流电源先经过此模块后再与灯具相连，无需重新布线，节约成本，方便施工。本发明将各种智能传感器置于网路集中协调器中，而未置于单独分布的单灯控制装置，在不影响对气象、环境检测功能的情况下，大大节约了系统的成本。本发明采用Zigbee自组网的方式，实现1个Zigbee网络集中协调器即可控制上百盏路灯，大大降低了路灯网络的运行成本，另外，路灯作为物联网传感器的节点，可以实现城市中有路灯的地方就可以获得路灯终端信息，为城市管理提供精确化的信息。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：由远程城市照明管理主控中心、若干网络集中协调器和每个网络集中协调器所管辖的专用前端单灯信息终端组成，所述远程城市照明管理主控中心通过无线通信网络与网络集中协调器传输数据，所述单灯信息终端包括单灯控制装置和Zigbee无线传感装置，所述的无线通信网络为GPRS网络或者3G、4G网络。

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：所述的单灯控制装置包括单片机、继电器、灯光控制装置、AC/DC电源和电流电压互感器，所述的继电器、灯光控制装置、AC/DC电源和电流电压互感器分别连接单片机，所述单片机连接Zigbee无线传感装置。

3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：所述的网络集中协调器包括Zigbee无线传感装置、无线传输装置、智能传感器和控制装置，所述的Zigbee无线传感装置、无线传输装置和智能传感器分别连接控制装置。

4.根据权利要求3所述的基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：所述的智能传感器包括温湿度传感器、光照度传感器和集成化风速/风向传感器。

5.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：所述的远程城市照明管理主控中心具有随意开关任何一路路灯或开关自定义群组的主动控制单元。

6.根据权利要求1或5所述的基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：所述的远程城市照明管理主控中心具有按季节变化自动调节路灯开关时间的自动控制单元。

7.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：所述的远程城市照明管理主控中心具有反馈路灯异常情况的故障报警单元。

8.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能化城市照明节能监控管理系统，其特征在于：所述的远程城市照明管理主控中心还连接有手机客户端。