CN107205304B - 一种智慧路灯控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智慧路灯控制系统，主要包括智慧路灯控制器、无线网关(基站)等；其核心模组包括中央处理器、无线模组单元、经纬度时间控制单元等；该系统中无线模组单元与无线网关(基站)进行数据通讯，无线网关(基站)连接至业务引擎，业务引擎与云端数据服务器进行数据交互，云端数据服务器通过网络与多种客户端分别连接。本发明的系统具有自动生成控制策略、全程智能、远程多平台监控、高可靠性、高抗干扰性、防盗、故障自检等诸多优点，不但解决了路灯的能耗浪费问题,延长了灯具寿命，解决了路灯的本地巡检、故障定位、线缆防盗问题，还解决了路灯的智慧策略控制问题，可在远程指挥调配，快速有效地处置各类突发事件。

Description

一种智慧路灯控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及路灯控制技术领域和物联网技术领域，具体为一种智慧路灯控制系统及其控制方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，城市规模不断壮大，路灯作为城市照明的公共基础设施，不但是城市建设的重要组成部分而且与人们的日常生活密不可分，在城市的社会治安、交通安全和市容市貌中扮演着不可估量的角色。与此同时，路灯管理和控制水平的先进与否，直接反应着城市现代化文明程度的高低。随着无线通信技术的发展，建设一套高自动化程度、高可靠运行的路灯监控系统已经成为建设现代化大都市的一个重要标志。
在现有的路灯控制中，只能控制路灯的开与关的时间，就跟我们家里的照明灯一样，到了天色较暗时，路灯打开，一直持续到第二天的早晨，路灯才熄灭。在上半夜，车辆及行人都比较多，路灯的利用率还算是比较高的，但是，一到下半夜，很多城市都进入休息状态，一直保持路灯的常开，造成了电资源的极大浪费，同时也造成照明灯的寿命大大缩短。传统的路灯控制系统模式已经逐渐显露出弊端，LED灯具终端的控制方式及算法单一，不但电能利用率低，造成能源的极度浪费，无法实现路灯的独立控制，且管理方式落后，传统的路灯巡检按照“白天巡线，夜晚巡灯”的方式，且事先并不知道具体是哪个位置的路灯出现故障,不知道具体是哪个位置的路灯线缆被盗和线缆漏电，效率极其低，增添了人工巡查和维护的麻烦，对突发事件和恶劣天气变化来临时无能为力。
目前，现有技术中有申请号为201610316357.X公开的智能路灯控制系统，申请公开了一种智能路灯控制系统，包含路灯控制终端、路灯监控子站、路灯管理中心。该发明采用GPRS公共无线通信技术与ZigBee短距离无线通信技术相结合的方案实现路灯智能控制。其主要是通过路灯控制终端采集路灯节点的电压、电流及功率信息，并把数据上传给路灯监控子站，路灯控制终端接收来自路灯监控子站下达的命令，执行操作，实现路灯的开关控制和亮度调节。路灯控制终端解析和处理接收到的数据包，通过射频传输模块收发数据，路灯监控子站维护其所在道路上所有路灯控制终端的节点信息，并把相应数据传送到路灯管理中心。在原理上该发明关注的是路灯的电压、电流、功率参数的采集，通过路灯控制终端采集的是路灯电压电流实时数据，忽略了重要的温度、湿度、光照度、经纬度参数的实时采集，也没有按照日、周、月、季等周期制定一整套路灯智能控制策略方案。因此在信息采集，计算方式上比较被动，有缺陷，在应对突发性的气候问题上存在延迟，不智能。在硬件实施上，该发明需要增加大量的路灯监控子站，基础投入比较大，浪费资源，大量的ZigBee终端同频干扰现象大，严重影响了整个系统的可靠性。
现有技术中有申请号为201611228122.1公开的路灯智能控制方法及系统，申请公开了一种路灯智能控制方法及系统，根据不同角度、不同维度自动分析、预测生成路灯真实亮灯需求，以期达到降低电能消耗，延长路灯寿命，有效合理利用能源，其中智能控制方法包括如下步骤：通过GPS接收器获取当前地区经纬度信息；判断GPS接收器是否接收到当前地区经纬度信息，确定控制周期模式；根据获取到的经纬度信息，按照天文算法计算出给定日期的日出日落时间；获取道路类型；获取道路时段路况信息以及天气变化信息；生成路灯控制策略。在原理上该发明关注的是路灯的经纬度参数的采集，采用经纬度日出日落控、周控、月控、季节控、节假日控等时控方式的一整套路灯智能控制策略方案。因此在信息采集方面，特别提到了GPS接收器，通过GPS接收器获取当前地区经纬度信息，但是在获取道路类型，获取道路时段路况信息以及天气变化信息，获取最近一周天气变化信息，获取突发事件参数的方法没有提及，没有实用性，把简单的路灯控制复杂化了，计算方式上半主动，有缺陷，智能，不智慧。没有彻底解决路灯行业内的终端控制弊端和监控管理弊端。此外，申请号为201611070084.1公开了一种用于智慧路灯的无线控制方法及系统，该方案提出的用于智慧路灯的无线控制方法及系统，减少了传统控制方案中的集中控制器，降低了整个路灯控制的成本，也减少了调试成本，避免了系统的工作不稳定而出现死机或者不工作的情况，使用NB-IOT无线模块与基站进行数据传送，该无线网络的构建需要电信运营商部署。以下两种方案可以实现使用NB-IOT无线模块与基站进行数据传送。方案一：终端控制器处于基站覆盖的范围内且信号较好，可以直接通过NB-IOT无线模块与基站进行数据传送。前提是，终端控制器与NB-IOT无线模块集成于一灯具4内。方案二：终端控制器不处于基站覆盖的范围内，或者终端控制器处于基站覆盖的边缘位置且信号较差，可以利用LTE无线模块建立微基站，在第三方运营商的基站内建立微基站。由于LTE无线模块的发送功率大，可以覆盖以微基站为中心，超过几公里的范围，该范围内的NB-IOT无线模块都可以直接与LTE无线模块进行数据传送。前提是，终端控制器与NB-IOT无线模块集成于一灯具4内。在该方案中，指令数据包通过Internet网络发送给基站，基站再将指令数据包发送给微基站，微基站再将指令数据包发送给终端控制器的NB-IOT无线模块。使用eLTE-IOT无线模块与基站进行数据传送。方案一：终端控制器处于基站覆盖的范围内且信号较好，可以直接通过eLTE-IOT无线模块与基站进行数据传送。在该方案中，指令数据包通过Internet网络发送给基站，基站再直接将指令数据包发送给终端控制器的eLTE-IOT无线模块。方案二：终端控制器不处于基站覆盖的范围内，或者终端控制器处于基站覆盖的边缘位置且信号较差，可以利用eLTE无线模块建立微基站，在第三方运营商的基站内建立微基站。由于eLTE无线模块的发送功率大，可以覆盖以微基站为中心，超过几公里的范围，该范围内的eLTE-IOT无线模块都可以直接与eLTE无线模块进行数据传送。在该方案中，指令数据包通过Internet网络发送给基站，基站再将指令数据包发送给微基站，微基站再将指令数据包发送给终端控制器的eLTE-IOT无线模块。该方案至始至终强调的只是一种IOT的传输方式而已，并且一再声明IOT无线模块集成于一灯具内，没有根本改变终端的控制方案策略，并没有彻底解决路灯行业内的终端控制弊端和监控管理弊端，灯具内属于发热源，将IOT无线模块集成于一灯具内，大大降低了无线模组的可靠性，严重的情况将发生模组死机现象。
因此，设计一套云端服务器自动生成控制策略、智慧控制终端、智能、远程多平台监控、高可靠性、高抗干扰性、防盗、故障自检、多点位的智慧路灯控制系统就非常有必要。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种智慧路灯控制系统及其控制方法。
本发明的智慧路灯控制系统，包括智慧路灯控制器、无线网关(基站)、业务引擎、云端数据服务器、多种客户端；
所述的智慧路灯控制器设置于每一只路灯上，包括外壳和核心模组；
所述的核心模组包括中央处理器及均与中央处理器相连接的无线模组单元、经纬度时间控制单元、光照度检测控制单元、漏电保护控制单元、故障及防盗报警单元；经纬度时间控制单元获取路灯控制器本地的经纬度数据和校验本地系统时间数据并传输至中央处理器，中央处理器将得到的数据输入到预先建立好的路灯控制算法模型参数值中，自动计算出核心模组所在地日出日落时间，并进一步计算出经纬度时间控制单元所需要的周期启动时间和关闭时间参数，并查询云端数据服务器的突发事件结合本地的实时温湿度光照度数据确定最终本地路灯实时智慧控制策略，控制路灯的开关动作或路灯配电设备动作。
进一步的，所述的智慧路灯控制器中核心模组还包括温湿度采集单元，温湿度采集单元由温度单元和湿度单元组成，中央处理器根据温湿度采集单元实时采集的温度和湿度数值对智慧路灯控制器本地的环境参数进行修正，再传递给核心模组中的路灯控制算法模型。温湿度采集单元可以由湿度传感器、温度传感器和转换电路组成(湿度传感器采用湿敏电阻HS1100电容式湿度传感器、温度传感器采用DS18B20、转换电路TLC555)或者直接采用湿度传感器、温度传感器和转换电路组成的模块DHT11或SHT11。
进一步的，所述的智慧路灯控制器中核心模组还包括电流电压采集单元，电流电压采集单元由电流采集处理电路和电压采集处理电路组成，电流采集处理电路由电流互感器检测到二次侧的测量电流微信号，所得到的测量电流微信号再次经过微信号采样电路处理后输出结果电性连接至中央处理器，电压采集处理电路由电压互感器检测到二次侧的测量电压微信号，所得到的测量电压微信号再次经过电压采样、放大电路处理后输出结果电性连接至中央处理器，中央处理器根据电流电压采集单元实时采集的电流和电压数值，并计算出功率参数一并存储在智慧路灯控制器本地FLASH中，智慧路灯控制器根据电流电压功率等参数的变化情况智能分析线缆的盗窃情况，漏电情况，路灯灯具的故障损坏情况，中央处理器将这些状态信息通过无线模组单元发送给无线网关(基站)，无线网关(基站)通过有线或无线连接至业务引擎，业务引擎通过internet公网连接至云端数据服务器进行数据交互，云端数据服务器通过网络与多种客户端分别连接。如果分析出线缆盗窃事件时声控单元输出高分贝警示声。
进一步的，所述的无线模组单元包括eLTE-IOT无线模组和天线单元，所述eLTE-IOT无线模组电连接天线单元，所述天线单元通过无线网络连接至无线网关(基站)。所述的无线模组单元也可以包括NB-IOT无线模组和天线单元，所述NB-IOT无线模组电连接天线单元，所述天线单元通过无线网络连接至无线网关(基站)。所述的无线模组单元也可以包括LoRa无线模组和天线单元，所述LoRa无线模组电连接天线单元，所述天线单元通过无线网络连接至无线网关(基站)。
进一步的，所述的无线网关(基站)可以为室内基站或室外基站。
进一步的，所述的双电源处理单元包括锂电池电压输入单元、交流220V输入单元、交直流电压检测切换单元、RTC3.0伏电源、3.6V电源、3.3V数字电源和12伏电源，所述的3.6伏电源连接至无线模组单元的发射电源接口，所述的3.3伏数字电源连接无线模组单元的核心CPU电源接口和中央处理器CPU电源接口，所述的RTC3.0伏电源连接核心模组的RTC实时时钟备用电源接口，12伏电源给灯具控制单元中的继电器、漏电保护动作处理中的继电器、故障、盗窃声控单元中声控电路供电。
所述的双电源处理单元可兼容电池单元供电、交流220V供电、稳压电源直流供电。
进一步的，所述的光照度检测、控制单元包括光照度传感器、光照度信号处理单元、灯具控制单元，光照度传感器将检测到的环境光照强度信息电信号电性连接至光照度信号处理单元进行放大处理，输出结果至中央处理器，中央处理器根据路灯控制算法模型综合参数控制着灯具控制单元的输出，同时将环境光照强度信息数据通过无线模组单元发送给无线网关(基站)，无线网关(基站)通过有线或无线连接至业务引擎，业务引擎通过internet公网连接至云端数据服务器进行数据交互，云端数据服务器通过网络与多种客户端分别连接。
进一步的，所述的漏电保护控制单元包括漏电电流互感器、电流信号处理单元、漏电保护动作处理，流过线缆的电流信号穿过漏电电流互感器，漏电电流互感器将检测到二次侧测量电流微信号，所得到的测量电流微信号再次经过电流信号处理单元处理后输出结果电性连接至中央处理器，中央处理器将结果与预设漏电保护阈值比较，得到的结果输出至漏电保护动作处理单元，并把漏电电流数据通过无线模组单元发送给无线网关(基站)，无线网关(基站)通过有线或无线连接至业务引擎，业务引擎通过internet公网连接至云端数据服务器进行数据交互，云端数据服务器通过网络与多种客户端分别连接。
进一步的，所述的故障及防盗报警单元包括灯具故障检测单元、线缆故障检测单元、水浸变送器单元、防盗检测单元、故障分析单元、故障、盗窃声控单元，灯具故障检测单元、线缆故障检测单元、水浸变送器单元和防盗检测单元将所得到的数据输出至故障分析单元，故障分析单元根据故障的不同归类，排序出优先等级等参数数据，将结果输出至故障、盗窃声控单元，故障、声控单元根据系统设置要求来输出高分贝警示音，故障分析单元将汇集的灯具故障信息、线缆故障信息、浸水故障信息、线缆盗窃信息数据存储在中央处理器的FLASH里，同时通过无线模组单元发送给无线网关(基站)，无线网关(基站)通过有线或无线连接至业务引擎，业务引擎通过internet公网连接至云端数据服务器进行数据交互，云端数据服务器通过网络与多种客户端分别连接。
进一步的，所述的多种客户端包括用于监管方监控、指挥和管理的远程PC客户端监控平台、远程PC客户端指挥平台、用于业主单位用户或维保单位本地监控和管理的手机APP监控、维护平台。
一种智慧路灯系统的控制方法，采用复合式主从多机通信方式，包括两条数据传输链路，数据由主向从传输，在数据传输链路1中以核心模组为主，所述的云端数据服务器为从，在数据传输链路2中所述的云端数据服务器为主，所述的多种客户端为从；
所述的无线模组向所述的云端数据服务器以ASCII码流发送命令指令，从机应答于命令指令，建立数据链路；无线模组依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器，所述的云端数据服务器接收到的数据通过internet公网实时推送到各客户端。
无线模组发送命令指令和数据指令时，所述的命令指令和数据指令数据包，可以通过eLTE无线网络向所述云端数据服务器发送所述数据。也可以通过LTE无线网络向所述云端数据服务器发送所述数据。也可以通过LoRa无线网络向所述云端数据服务器发送所述数据。
通过预先建立路灯的自学习控制算法模型，智慧控制终端中的路灯控制算法模型参数由本地经纬度数据、本地温湿度数据、本地光照度数据、本地道路信息数据、本地突发事件数据、本地重大节假日数据、本地电流电压数据、本地漏电保护电流数据、线缆盗窃监控数据、RTC实时时钟组成，可以依据上述各参数对路灯使用的重要性进行依次排序，设定各参数的权重，结合本地道路信息数据、本地突发事件数据、本地重大节假日数据等信息(如路灯所在道路近期因修路而全线封道)建立路灯的控制算法模型；智慧控制终端按照如下步骤实现：
S20：核心模组自检；
S21：核心模组经纬度数据获取，方式可以由GPS接收器获取，可以由带定位的IOT模组获取，也可以由终端基站地址注册时获取；
S22：判断是否获取了正确的经纬度数据，获取到经纬度数据正确执行下一步S23，无数据或者错误数据继续执行S21；
S23：核心模组温湿度、光照度实时采集；
S24：路灯开关控制数据模型建立；
S25：查询云端数据服务器新模型数据参数；
S26：获取道路信息、节假日信息数据参数；
S27：查询云端服务器突发事件数；
S28：生成路灯控制策略；
S29：读取路灯控制器系统时间，时间到，动作；
S30：路灯故障、防盗数据检测、分析、处理；
S31：路灯电流电压采集；
S32：线缆漏电保护电流检测、处理；
S33：路灯控制器进入自学习模式；
S34：结束。
该智慧路灯控制器系统的使用方法具体步骤可以如下：
S1：核心模组1自检，采集本地经纬度信息数据、环境的温度数据、湿度数据、光照度数据、道路信息、节假日信息、突发事件数据，建立自学习路灯控制算法模型；
S2：无线模组13自检，检测数据传输链路1的无线网络是否畅通，直至无线网络传输通畅为止；
S3：在步骤S2中建立的数据传输链路1畅通的基础上，智慧路灯装置中的无线模组13向云端数据服务器7以ASCII码流发送命令指令步骤：响应于智慧路灯的命令，发送命令指令，从机云端数据服务器7应答于命令指令，建立数据链路1,执行下一步S4，没有响应于智慧路灯的命令，执行S3；
S4：在步骤S3中建立的数据传输链路1上，智慧路灯中的无线模组13向云端数据服务器7以ASCII码流发送数据指令步骤：依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器7，所述的云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时与所述的远程PC客户端监控平台8从1、所述的远程PC客户端指挥平台9从2、所述的手机APP监控、维护平台10从3进行数据交互，建立数据链路2,执行下一步S5，没有响应于智慧路灯的数据指令，执行S4；
S5：在步骤S4完成后，智慧路灯中的核心模组1向云端服务器查询新模型数据参数；
S6：核心模组1将得到的新模型数据参数传递给路灯控制算法模型，修正控制策略；
S7：在步骤S6完成后，智慧路灯中的核心模组1进入自学习模式；
S8：智慧路灯中的核心模组1进入自学习模式后，对本地经纬度数据、本地温湿度数据、本地光照度数据、本地道路信息数据、本地突发事件数据、本地重大节假日数据、本地电流电压数据、本地漏电保护电流数据、线缆盗窃监控数据、RTC实时时钟十大参数深度检测计算；
S9：在步骤S8完成后，重点实时采集环境数据、故障状态突变等数据，若采集的数据在自学习的值域范围内没有突变，则进行下一步骤S10，若采集的数据超出自学习的值域范围达到突变，则进入步骤S3；
S10：实时读取RTC实时时钟数据，判断控制策略周期是否到，如果周期比较符合要求，动作输出至路灯灯具；
S11：智慧路灯系统进入睡眠模式，心跳包周期到，则进入步骤S3；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明系统由于采取了云端服务器自动生成控制策略和路灯控制器本地的路灯控制算法模型相结合的复合策略，根据多角度参数反馈，智能模型自动算法分析，生成了实用的路灯控制方案控制其开启和关闭，有效的降低了能源的浪费，增加了灯具的可靠性，增加了道路车辆的安全性，可以彻底解决了人工巡灯巡线的烦劳，给路灯管理工作带来了革命性的提升，让路灯指挥和监控迈入全程自动化，智能化，智慧化。另外，本发明特别的增加了漏电保护控制单元和故障、防盗单元，系统可以精确的检测到线路漏电情况，漏电保护动作阈值参数可以由服务器根据路灯线路老化程度动态的改变，非常的智慧，并且能实时将线缆漏电电流参数传输至云端数据服务器，故障、防盗单元可以精确的检出路灯灯具的故障情况，线缆被盗情况，解决了以前不能解决的在什么位置出现路灯损坏情况，线缆被盗情况。当采用的交流220V故障停电时系统自动切换到锂电池电源供电，系统实时处于监测工作状态，能有效的解决突发事件信息传输，给突发事件争取了宝贵的处理时间。所以采用本发明的系统具有云端服务器自动生成控制策略、控制终端智慧生成控制策略、全程智能、远程多平台监控、高可靠性、高抗干扰性、防盗、故障自检等诸多优点，不但解决了路灯的能耗浪费问题,延长了灯具寿命问题，解决了路灯的本地巡检、故障定位、线缆防盗问题，还解决了路灯的智慧策略控制问题，还可以实现一旦有应急事件出现时，可在远程指挥调配，快速有效地处置各类突发事件提供强有力的保障。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明核心模组原理图；
图3为本发明温湿度采集单元原理图；
图4为本发明无线模组单元原理图；
图5为本发明无线模组单元原理图；
图6为本发明无线模组单元原理图；
图7为本发明双电源处理单元原理图；
图8为本发明电流电压采集单元原理图；
图9为本发明经纬度时间控制单元原理图；
图10为本发明光照度检测、控制单元原理图；
图11为本发明漏电保护控制单元原理图；
图12为本发明故障、防盗单元原理图；
图13为本发明数据传输链路1原理图；
图14为本发明数据传输链路2原理图；
图15为本发明系统工作流程图；
图16为本发明控制终端控制算法模型参数原理图；
图17为本发明控制终端工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-17，本发明的一种智慧路灯的控制系统，包括智慧路灯控制器、无线网关(基站)5、业务引擎6、云端数据服务器7、多种客户端；
所述的智慧路灯控制器包括由智慧路灯控制器塑料外盖、智慧路灯控制器塑料基板及方便拆卸的安装板构成的外壳、置于外壳内的核心模组1组成；
所述的核心模组1包括中央处理器11及均与中央处理器11相连接的无线模组单元13、双电源处理单元14、经纬度时间控制单元16、光照度检测、控制单元17、漏电保护控制单元18、故障、防盗单元19；经纬度时间控制单元16获取路灯控制器本地的经纬度数据和校验本地系统时间数据并传输至中央处理器，中央处理器11将得到的数据输入到核心模组1自检建立好的路灯控制算法模型参数值中，自动计算出核心模组1所在地日出日落时间，并进一步计算出经纬度时间控制单元16所需要的周期启动时间和关闭时间参数，并查询云端数据服务器的突发事件结合本地的实时温湿度光照度数据确定最终本地路灯实时智慧控制策略，控制路灯的开关动作或路灯配电设备动作。具体举例说明控制算法初步模型的建立，经纬度时间控制单元16获取路灯控制器本地的经纬度数据，通过中央处理器11内嵌入的算法算出当天路灯安装地的日落日出时间点分别为晚上7点和早上6点30分，光照度检测及控制单元17在环境光照度正常情况下读取初始预设置路灯的开启时间为在日落时间前20分钟开启的默认参数，读取初始预设置经纬度时间控单元16强制开灯的时间为日落时间后20分钟，则光照度检测及控制单元17开启时间为18：40，此时，光照度检测、控制单元17通过光照度传感器171检测路灯的光照强度信息，并且实时查询云端服务器7，得到周围路灯的环境光照强度信息数据，以判断是否达到开灯要求，如果达到则开灯，未达到则继续检测，如果到达日落时间后50分钟，即19：50时光照度传感器171仍判断未达到开灯要求，则在19：50分经纬度时间控单元16强制开灯。特别强调的是，初始预设置的日落时间前20分钟开启的默认参数和初始预设置的日落时间后50分钟强制开启的默认参数均可自适应学习调节或从云端服务器7获取。日出时路灯处理方式则相反，读取初始预设置路灯的关闭时间为在日出时间前20分钟开启的默认参数，读取初始预设置经纬度时间控单元16强制关灯的时间为日出时间后20分钟，则光照度检测及控制单元17开启时间为为6：10，此时，光照度检测及控制单元17通过光照度传感器171检测路灯的光照强度信息，并且实时查询云端服务器7，得到周围路灯的环境光照强度信息数据，以判断是否达到关灯要求，如果达到则关灯，未达到则继续检测，如果到日出时间后20分钟，即6：50时光照度传感器171仍判断未达到关灯要求，则在6：50分经纬度时间控单元16强制关灯。特别强调的是，初始预设置的日落时间前20分钟开启的默认参数和初始预设置的日落时间后20分钟强制开启的默认参数均可自适应学习调节或从云端服务器7获取。
所述的智慧路灯控制器中核心模组1还包括温湿度采集单元12，温湿度采集单元由温度单元121和湿度单元122组成，中央处理器11根据温湿度采集单元12实时采集的温度和湿度数值对智慧路灯控制器本地的环境参数进行修正，再传递给核心模组中的路灯控制算法模型。温湿度采集单元12可以由湿度传感器、温度传感器和转换电路组成(湿度传感器采用湿敏电阻HS1100电容式湿度传感器、温度传感器采用DS18B20、转换电路TLC555)或者直接采用湿度传感器、温度传感器和转换电路组成的模块DHT11或SHT11。
所述的无线模组13单元包括eLTE-IOT无线模组131和天线单元132，所述eLTE-IOT无线模组131电连接天线单元132，所述天线单元132通过无线网络连接至无线网关(基站)5。所述的无线模组单元13也可以包括NB-IOT无线模组131和天线单元132，所述NB-IOT无线模组131电连接天线单元132，所述天线单元132通过无线网络连接至无线网关(基站)5。所述的无线模组单元13也可以包括LoRa无线模组131和天线单元132，所述LoRa无线模组131电连接天线单元132，所述天线单元132通过无线网络连接至无线网关(基站)5。
所述的无线网关(基站)5可以为室内基站或室外基站。
所述LoRa无线模组131一般由SX127x射频芯片、RF电路和低功耗的MCU组成，低功耗的MCU实现LoRaWAN协议栈，控制SX127x射频电路，实现通讯数据交互，所述的无线网关(基站)5一般由SX1301外接2片SX1257(或SX1255)、RF电路、2个MCU和ASIC组成，射频MCU通过SPI总线连接2片SX125x，主要负责实时自动增益控制、射频校准和收发切换，数据包MCU负责分配8个LoRa调制解调器给多个通道，它仲裁数据包的机制包括速率、通道、射频和信号强度，IF0～IF7的LoRa通道带宽固定为125kHz，每个通道可以设置中心频率，每个通道可以接收SF7～SF12共6种速率的LoRa信号,MCU和SX1301的通信总线也是SPI,SX1301依赖microcode(微代码)来运行。
所述的双电源处理单元14包括锂电池电压输入单元141、交流220V输入单元142、交直流电压检测切换单元143、RTC3.0伏电源147、3.6V电源144、3.3V数字电源145和12伏电源145，所述的3.6伏电源144连接至无线模组单元13的发射电源接口，所述的3.3伏数字电源145连接无线模组单元13的核心CPU电源接口和中央处理器11CPU电源接口，所述的RTC3.0伏电源147连接核心模组1的RTC实时时钟备用电源接口，12伏电源145给灯具控制单元165、173中的继电器、漏电保护动作处理183中的继电器、故障、盗窃声控单元196中声控电路供电。
所述的双电源处理单元14可兼容电池单元供电、交流220V供电、稳压电源直流供电。
所述的智慧路灯控制器中核心模组1还包括电流电压采集单元15，电流电压采集单元15由电流采集处理电路和电压采集处理电路组成，电流采集处理电路由电流互感器152检测到二次侧的测量电流微信号，所得到的测量电流微信号再次经过微信号采样电路153处理后输出结果电性连接至中央处理器11，电压采集处理电路由电压互感器151检测到二次侧的测量电压微信号，所得到的测量电压微信号再次经过电压采样、放大电路154处理后输出结果电性连接至中央处理器11，中央处理器11根据电流电压采集单元实时采集的电流和电压数值，并计算出功率参数一并存储在智慧路灯控制器本地FLASH中，智慧路灯控制器根据电流电压功率等参数的变化情况智能分析线缆的盗窃情况，漏电情况，路灯灯具的故障损坏情况，中央处理器11将这些状态信息通过无线模组单元13发送给无线网关(基站)5，无线网关(基站)5通过有线或无线连接至业务引擎6，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7通过网络与多种客户端分别连接。如果分析出线缆盗窃事件时声控单元输出高分贝警示声。
所述的光照度检测、控制单元17包括光照度传感器171、光照度信号处理单元172、灯具控制单元17，光照度传感器171将检测到的环境光照强度信息电信号电性连接至光照度信号处理单元172进行放大处理，输出结果至中央处理器11，中央处理器11根据路灯控制算法模型综合参数控制着灯具控制单元的输出，同时将环境光照强度信息数据通过无线模组单13元发送给无线网关(基站)5，无线网关(基站)5通过有线或无线连接至业务引擎6，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7通过网络与多种客户端分别连接。
所述的漏电保护控制单元18包括漏电电流互感器181、电流信号处理单元182、漏电保护动作处理183，流过线缆的电流信号穿过漏电电流互感器181，漏电电流互感器181将检测到二次侧测量电流微信号，所得到的测量电流微信号再次经过电流信号处理单元182处理后输出结果电性连接至中央处理器11，中央处理器11将结果与预设漏电保护阈值比较，得到的结果输出至漏电保护动作处理183单元，并把漏电电流数据通过无线模组单元13发送给无线网关(基站)5，无线网关(基站)5通过有线或无线连接至业务引擎6，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7通过网络与多种客户端分别连接。
所述的故障及防盗报警单元19包括灯具故障检测单元191、线缆故障检测单元192、水浸变送器单元193、防盗检测单元194、故障分析单元195、故障、盗窃声控单元196，灯具故障检测单元191根据路灯在正常开启状态下时电流电压采集单元15采集到的电流信号为一额定值，如果采集到的电流信号为一额定值为很小或很大(每次都可以记忆存储本次的开灯电流电压值，每次开灯时都和前5次数据比较)的数值则路灯出现故障，线缆故障检测单元192根据路灯在正常开启状态下时电流电压采集单元15采集到的电压信号为一额定值，如果采集到的电压信号为一额定值为很小(每次都可以记忆存储本次的开灯电流电压值，每次开灯时都和前5次数据比较)的数值则线缆出现故障，或者漏电保护控制单元18检测到漏电电流大于70mA，则说明线缆出现故障，灯具故障检测单元191、线缆故障检测单元192、水浸变送器单元193和防盗检测单元194将所得到的数据输出至故障分析单元195，故障分析单元195根据故障的不同归类，排序出优先等级等参数数据，将结果输出至故障、盗窃声控单元196，故障、声控单元196根据系统设置要求来输出高分贝警示音，故障分析单元195将汇集的灯具故障信息、线缆故障信息、浸水故障信息、线缆盗窃信息数据存储在中央处理器11的FLASH里，同时通过无线模组单元13发送给无线网关(基站)5，无线网关(基站)5通过有线或无线连接至业务引擎6，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7通过网络与多种客户端分别连接。
所述的多种客户端包括用于监管方监控、指挥和管理的远程PC客户端监控平台、远程PC客户端指挥平台、用于业主单位用户或维保单位本地监控和管理的手机APP监控、维护平台。
一种智慧路灯系统的控制方法，采用复合式主从多机通信方式，包括两条数据传输链路，数据由主向从传输，在数据传输链路1中以核心模组为主，所述的云端数据服务器为从，在数据传输链路2中所述的云端数据服务器为主，所述的多种客户端为从；
所述的无线模组向所述的云端数据服务器以ASCII码流发送命令指令，从机应答于命令指令，建立数据链路；无线模组依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器，所述的云端数据服务器接收到的数据通过internet公网实时推送到各客户端。
无线模组发送命令指令和数据指令时，所述的命令指令和数据指令数据包，可以通过eLTE无线网络向所述云端数据服务器发送所述数据。也可以通过LTE无线网络向所述云端数据服务器发送所述数据。也可以通过LoRa无线网络向所述云端数据服务器发送所述数据。
智慧控制终端中的路灯控制算法模型参数由本地经纬度数据、本地温湿度数据、本地光照度数据、本地道路信息数据、本地突发事件数据、本地重大节假日数据、本地电流电压数据、本地漏电保护电流数据、线缆盗窃监控数据、RTC实时时钟组成，智慧控制终端按照如下步骤实现：
S20：核心模组自检；
S21：核心模组经纬度数据获取，方式可以由GPS接收器获取，可以由带定位的IOT模组获取，也可以由终端基站地址注册时获取；
S22：判断是否获取了正确的经纬度数据，获取到经纬度数据正确执行下一步S23，无数据或者错误数据继续执行S21；
S23：核心模组温湿度、光照度实时采集；
S24：路灯开关控制数据模型建立；
S25：查询云端数据服务器新模型数据参数；
S26：获取道路信息、节假日信息数据参数；
S27：查询云端服务器突发事件数；
S28：生成路灯控制策略；
S29：读取路灯控制器系统时间，时间到，动作；
S30：路灯故障、防盗数据检测、分析、处理；
S31：路灯电流电压采集；
S32：线缆漏电保护电流检测、处理；
S33：路灯控制器进入自学习模式；
S34：结束。
该智慧路灯控制器系统的使用方法具体步骤可以如下：
S1：核心模组1自检，采集本地经纬度信息数据、环境的温度数据、湿度数据、光照度数据、道路信息、节假日信息、突发事件数据，建立自学习路灯控制算法模型；
S2：无线模组13自检，检测数据传输链路1的无线网络是否畅通，直至无线网络传输通畅为止；
S3：在步骤S2中建立的数据传输链路1畅通的基础上，智慧路灯装置中的无线模组13向云端数据服务器7以ASCII码流发送命令指令步骤：响应于智慧路灯的命令，发送命令指令，从机云端数据服务器7应答于命令指令，建立数据链路1,执行下一步S4，没有响应于智慧路灯的命令，执行S3；
S4：在步骤S3中建立的数据传输链路1上，智慧路灯中的无线模组13向云端数据服务器7以ASCII码流发送数据指令步骤：依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器7，所述的云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时与所述的远程PC客户端监控平台8从1、所述的远程PC客户端指挥平台9从2、所述的手机APP监控、维护平台10从3进行数据交互，建立数据链路2,执行下一步S5，没有响应于智慧路灯的数据指令，执行S4；
S5：在步骤S4完成后，智慧路灯中的核心模组1向云端服务器查询新模型数据参数；
S6：核心模组1将得到的新模型数据参数传递给路灯控制算法模型，修正控制策略；
S7：在步骤S6完成后，智慧路灯中的核心模组1进入自学习模式；
S8：智慧路灯中的核心模组1进入自学习模式后，对本地经纬度数据、本地温湿度数据、本地光照度数据、本地道路信息数据、本地突发事件数据、本地重大节假日数据、本地电流电压数据、本地漏电保护电流数据、线缆盗窃监控数据、RTC实时时钟十大参数深度检测计算；
S9：在步骤S8完成后，重点实时采集环境数据、故障状态突变等数据，若采集的数据在自学习的值域范围内没有突变，则进行下一步骤S10，若采集的数据超出自学习的值域范围达到突变，则进入步骤S3；
S10：实时读取RTC实时时钟数据，判断控制策略周期是否到，如果周期比较符合要求，动作输出至路灯灯具；
S11：智慧路灯系统进入睡眠模式，心跳包周期到，则进入步骤S3；
该智慧路灯控制器系统的经纬度计算日出日落的时间的方法，举例如下：
已知日出日落时太阳的位置h＝-0.833°,需要计算地的地理位置,经度Long,纬度G1at,时区zone,UTo为上次计算的日出日落时间,第一次计算时UTo＝180°。
S40：先计算出从格林威治时间公元2000年1月1日到计算日天数days；
S41：计算从格林威治时间公元2000年1月1日到计算日的世纪数t,则t＝(days+UTo/360)/36525；
S42：计算太阳的平黄径:L＝280.460+36000.770×t；
S43：计算太阳的平近点角:G＝357.528+35999.050×t
S44：计算太阳的黄道经度:λ＝L+1.915×sinG+0.020xsin(2G)；
S45：计算地球的倾角:ε＝23.4393-0.0130×t；
S46：计算太阳的偏差:δ＝arcsin(sinε×sinλ)；
S47：计算格林威治时间的太阳时间角GHA:GHA＝UTo-180-1.915×sinG-0.020×sin(2G)+2.466×sin(2λ)-0.053×sin(4λ)
S48：计算修正值e:e＝arcos{[sinh-sin(Glat)sin(δ)]/cos(Glat)cos(δ)}
S49：计算新的日出日落时间：UT＝UTo-(GHA+Long±e)；其中“+”表示计算日出时间,“-”表示计算日落时间；
S50：比较UTo和UT之差的绝对值,如果大于0.1°即0.007小时,把UT作为新的日出日落时间值,重新从第S41步开始进行迭代计算,如果UTo和UT之差的绝对值小于0.007小时,则UT即为所求的格林威治日出日落时间；
S51：上面的计算以度为单位,即180°＝12小时,因此需要转化为以小时表示的时间,再加上所在的时区数Zone,即要计算地的日出日落时间为：
T＝UT/15+Zone
上面的计算日出日落时间方法适用于小于北纬60°和南纬60°之间的区域,如果计算位置为西半球时,经度Long为负数。
本实施例中，无线网关(基站)可以是企业自建或者第三方运营商(如移动、联通或者电信)两种方式。
本实施例中，数据传输链路1可以是非授权频段的无线网络，若采用非授权频段的无线网络，即可以使用eLTE-IOT无线模组与无线网关(基站)进行数据传输。eLTE-IOT属于非授权频段，工作于公共频段，任何组织只要符合相关标准无需审核即可组建eLTE无线网关(基站)。数据传输方向是命令指令和数据指令均通过智慧路灯中的无线模组13向无线网关(基站)5发送，无线网关(基站)5将相关内容向业务引擎6发送，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时推送到远程PC客户端监控平台8从1、远程PC客户端指挥平台9从2、手机APP监控、维护平台10从3。
本实施例中，数据传输链路1可以是非授权频段的无线网络，若采用非授权频段的无线网络，即可以使用LoRa无线模组与无线网关(基站)进行数据传输。LoRa属于非授权频段，工作于公共频段，任何组织只要符合相关标准无需审核即可组建LoRa无线网关(基站)。数据传输方向是命令指令和数据指令均通过智慧路灯中的无线模组13向无线网关(基站)5发送，无线网关(基站)5将相关内容向业务引擎6发送，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时推送到远程PC客户端监控平台8从1、远程PC客户端指挥平台9从2、手机APP监控、维护平台10从3。
本实施例中，数据传输链路1也可以是授权频段的无线网络，若采用授权频段的无线网络，即使用NB-IOT无线模组与无线网关(基站)进行数据传输。该无线网络的无线网关(基站)需要运营商组建。数据传输方向是命令指令和数据指令均通过智慧路灯装置中的无线模组13向无线网关(基站)5发送，无线网关(基站)5将相关内容向业务引擎6发送，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时推送到远程PC客户端监控平台8从1、远程PC客户端指挥平台9从2、手机APP监控、维护平台10从3。
从实际应用的角度来看，选用的eLTE-IOT无线模块是企业级解决方案，基站是需企业自建的，现场信号范围覆盖由企业自己架设基站解决，NB-IOT无线模块是运营商解决方案，由三大运营商组建基站，现场信号范围覆盖由运营商架设基站解决；我们现场采用的企业级eLTE-IOT无线解决方案来看，信号的覆盖范围完全有我们的基站选址来解决，室内终端密集区采用室内增加一个挂墙或吸顶安装的室内型基站，一个室外基站范围可以覆盖10公里，通过业务引擎直通公网连接至云端数据服务器。在室外空旷的应用场景中，NB-IOT和eLTE-IOT都适合，有室内应用场景时还是eLTE-IOT合适。在我们的方案里不需要微基站，每个基站都直接通往业务引擎直达云端数据服务器。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (8)

1.一种智慧路灯控制系统的控制方法，其特征在于，采用复合式主从多机通信方式，包括两条数据传输链路，数据由主向从传输，在数据传输链路1中以核心模组(1)为主，云端数据服务器(7)为从，在数据传输链路2中所述的云端数据服务器(7)为主，多种客户端为从；无线模组(13)向所述的云端数据服务器(7)以ASCII码流发送命令指令，从机应答于命令指令，建立数据链路；无线模组(13)依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器(7)，所述的云端数据服务器(7)接收到的数据通过internet公网实时推送到各客户端；所述控制方法包括如下步骤：
S1：预先建立路灯自学习控制算法模型；核心模组自检，采集本地经纬度信息数据、环境的温湿度数据、光照度数据，并获取本地道路信息、节假日信息、突发事件数据；
S2：无线模组(13)自检，检测数据传输链路1的无线网络是否畅通，直至无线网络传输通畅为止；
S3：在步骤S2中建立的数据传输链路1畅通的基础上，智慧路灯装置中的无线模组(13)向云端数据服务器(7)以ASCII码流发送命令指令步骤：响应于智慧路灯的命令，发送命令指令，从机云端数据服务器(7)应答于命令指令，建立数据链路1,执行下一步S4，没有响应于智慧路灯的命令，执行S3；
S4：在步骤S3中建立的数据传输链路1上，智慧路灯中的无线模组(13)向云端数据服务器(7)以ASCII码流发送数据指令步骤：依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器(7)，所述的云端数据服务器(7)接收到的数据通过internet公网实时与远程PC客户端监控平台(8)、远程PC客户端指挥平台(9)、手机APP监控、维护平台(10)进行数据交互，建立数据链路2,执行下一步S5，没有响应于智慧路灯的数据指令，执行S4；
S5：在步骤S4完成后，智慧路灯中的核心模组(1)向云端服务器查询新的模型数据参数，所述模型数据参数包括道路信息、节假日信息参数及突发事件数；
S6：核心模组(1)将得到的新模型数据参数传递给路灯控制算法模型，更新；
S7：在步骤S6完成后，智慧路灯中的核心模组(1)进入自学习模式；
S8：智慧路灯中的核心模组(1)进入自学习模式后，对本地经纬度数据、本地温湿度数据、本地光照度数据、本地道路信息数据、本地突发事件数据、本地重大节假日数据、本地电流电压数据、本地漏电保护电流数据、线缆盗窃监控数据、RTC实时时钟十大参数深度检测计算；
S9：在步骤S8完成后，重点实时采集环境数据、故障状态突变数据，若采集的数据在自学习的值域范围内没有突变，则进行下一步骤S10，若采集的数据超出自学习的值域范围达到突变，则进入步骤S3；
S10：实时读取RTC实时时钟数据，判断是否达到预先设置的控制策略周期，达到则智慧路灯系统进入睡眠模式。
2.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统的控制方法，其特征在于：无线模组(13)发送命令指令和数据指令时，所述的命令指令和数据指令的数据包，通过eLTE无线网络向所述云端数据服务器(7)发送所述数据；或者，无线模组(13)发送命令指令和数据指令时，所述的命令指令和数据指令数据包，通过LTE无线网络向所述云端数据服务器(7)发送所述数据；或者，无线模组(13)发送命令指令和数据指令时，所述的命令指令和数据指令数据包，通过LoRa无线网络向所述云端数据服务器(7)发送所述数据。
3.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统的控制方法，其特征在于：
所述智慧路灯控制系统包括智慧路灯控制器、无线网关(5)、业务引擎(6)、云端数据服务器(7)、多种客户端；
所述的智慧路灯控制器设置于每一只路灯上，包括外壳和设置于外壳内的核心模组，所述的核心模组(1)包括中央处理器(11)、及均与中央处理器(11)相连接的电流电压采集单元(15)、温湿度采集单元(12)、所述无线模组(13)、经纬度时间控制单元(16)、光照度检测控制单元(17)、漏电保护控制单元(18)、故障及防盗报警单元(19)；电流电压采集单元(15)用于采集相应路灯的电流电压信息，温湿度采集单元(12)用于采集环境温湿度信息，经纬度时间控制单元(16)用于获取路灯控制器本地的经纬度数据和校验本地系统时间数据，光照度检测控制单元(17)用于检测相应路灯的环境光照强度信息；
所述的无线模组(13)通过无线与无线网关(5)进行数据通讯，无线网关(5)通过有线或无线连接至业务引擎(6)，业务引擎(6)通过internet公网连接至云端数据服务器(7)进行数据交互，云端数据服务器(7)通过网络与多种客户端分别连接。
4.根据权利要求3所述的智慧路灯控制系统的控制方法，其特征在于，所述的经纬度时间控制单元(16)基于下述方法实现：采用GPS接收器、或采用带定位的IOT模组、或通过读取相应路灯区域的终端基站的地址注册信息。
5.根据权利要求3所述的智慧路灯控制系统的控制方法，其特征在于，所述的无线模组(13)包括eLTE-IOT无线模组(131)和天线单元(132)，所述eLTE-IOT无线模组(131)电连接天线单元(132)，所述天线单元(132)通过无线网络连接至无线网关(5)；或者；所述的无线模组(13)包括NB-IOT无线模组(131)和天线单元(132)，所述NB-IOT无线模组(131)电连接天线单元(132)，所述天线单元(132)通过无线网络连接至无线网关(5)；或者；所述的无线模组包括LoRa无线模组和天线单元，所述LoRa无线模组电连接天线单元，所述天线单元通过无线网络连接至无线网关。
6.根据权利要求3所述的智慧路灯控制系统的控制方法，其特征在于，所述的无线网关(5)为室内基站或室外基站。
7.根据权利要求3所述的智慧路灯控制系统的控制方法，其特征在于，所述的云端数据服务器(7)内存储有地区节假日信息数据、地区道路信息数据、地区突发事件数据，并实时更新。
8.根据权利要求3所述的智慧路灯控制系统的控制方法，其特征在于，所述的多种客户端包括用于监管方监控、指挥和管理的所述远程PC客户端监控平台(8)、所述远程PC客户端指挥平台(9)、或者用于业主单位用户或维保单位本地监控和管理的所述手机APP监控、维护平台(10)。
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