CN107623975B - 一种智能照明节电测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能照明节电测控系统，包括数据监测模块、参数配置模块、网关和照明节电测控中心；所述数据监测模块为无线传感器网络，用于采集照明节电设备主回路参数，并将采集的照明节电设备主回路参数发送至网关；网关汇聚所有采集的照明节电设备主回路参数后，通过串口发送给照明节电测控中心；所述的照明节电测控中心用于接收网关上传的照明节电设备主回路参数并保存，生成配置数据，通过串口将配置数据发送至网关，进而由网关发送至参数配置模块，参数配置模块根据该配置数据配置对应照明节电设备的参数。本发明克服了传统有线数据采集方式安装和维护成本高、恶劣环境下难以采集照明节电设备主回路参数的困难。

Description

一种智能照明节电测控系统

技术领域

本发明涉及照明节电领域，具体涉及一种智能照明节电测控系统。

背景技术

相关技术中，照明节电设备的投入，主要的方面是对现有照明设施的改造。无论是市政照明，还是办公照明，这些照明工程和弱电线路多数都是已经完工的庞大系统，所以推广照明节电设备必须着眼于改造。同时照明用电的输入端，总是被安置在不易接触人群的位置，在这些位置安装照明节电设备，或者安装好后进行参数设置都是不易的，这就要求照明节电设备的安装方式简单、可靠，而且通过无线方式进行参数设置。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种智能照明节电测控系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种智能照明节电测控系统，包括数据监测模块、参数配置模块、网关和照明节电测控中心；所述数据监测模块为无线传感器网络，用于采集照明节电设备主回路参数，并将采集的照明节电设备主回路参数发送至网关；网关汇聚所有采集的照明节电设备主回路参数后，通过串口发送给照明节电测控中心；所述的照明节电测控中心用于接收网关上传的照明节电设备主回路参数并保存，生成配置数据，通过串口将配置数据发送至网关，进而由网关发送至参数配置模块，参数配置模块根据该配置数据配置对应照明节电设备的参数。

本发明的有益效果为：基于无线传感器网络获取照明节电设备主回路参数，克服了传统有线数据采集方式安装和维护成本高、恶劣环境下难以采集照明节电设备主回路参数的困难，实现了一种维护成本低，安装方便，操作方面，适应环境广泛的无线集中控制方式。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图；

图2是本发明照明节电测控中心的连接框图。

附图标记：

数据监测模块1、参数配置模块2、网关3、照明节电测控中心4、数据存储单元10、配置数据生成单元20、通信单元30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例提供的一种智能照明节电测控系统，包括数据监测模块1、参数配置模块2、网关3和照明节电测控中心4；所述数据监测模块1为无线传感器网络，用于采集照明节电设备主回路参数，并将采集的照明节电设备主回路参数发送至网关3；网关3汇聚所有采集的照明节电设备主回路参数后，通过串口发送给照明节电测控中心4；所述的照明节电测控中心4用于接收网关3上传的照明节电设备主回路参数并保存，生成配置数据，通过串口将配置数据发送至网关3，进而由网关3发送至参数配置模块2，参数配置模块2根据该配置数据配置对应照明节电设备的参数。

优选地，所述照明节电设备主回路参数包括照明节电设备主回路的核心温度、照明电网输入电压、照明节电设备输出电压和负载电流。

优选地，所述照明节电测控中心4包括数据存储单元10、配置数据生成单元20、通信单元30。

本发明上述实施例基于无线传感器网络获取照明节电设备主回路参数，克服了传统有线数据采集方式安装和维护成本高、恶劣环境下难以采集照明节电设备主回路参数的困难，实现了一种维护成本低，安装方便，操作方面，适应环境广泛的无线集中控制方式。

优选地，所述的数据监测模块1包括基站和多个部署于监测区域内的传感器节点，所述的传感器节点通过节点竞选分为监测节点和簇头节点，其中监测节点用于采集照明节电设备主回路参数，簇头节点用于收集簇内监测节点发送的照明节电设备主回路参数，还包括与网关3通信连接的基站，该簇头节点将自身采集的照明节电设备主回路参数和收集的照明节电设备主回路参数融合后传递至基站。

在一个实施例中，所述无线传感器网络进行簇头节点竞选，具体执行：

(1)在每一轮的簇头节点竞选时，传感器节点按照下列公式计算本轮的阈值：

式中，T_a表示传感器节点a在本轮计算出的阈值，E_a、E_aO分别为传感器节点a的当前剩余能量、初始能量，定义位于传感器节点的通信范围内的其他传感器节点为该传感器节点的邻居节点，N_a为传感器节点a的邻居节点数目，N为无线传感器网络包含的传感器节点数目，μ为设定的权重系数，且设定取值范围为(0.6,1)；

(2)传感器节点应用随机数产生器随机生成一个0到1之间的随机数，并判断是否小于其计算的阈值，若是，则该传感器节点成功当选为簇头节点，否则为监测节点。

本实施例设计了簇头节点选举策略，该策略保证了簇头节点选举的随机性，也使得邻居节点密度大的区域内剩余能量值高的传感器节点有更高的概率当选为簇头节点，简单便捷，使得当选的簇头节点能够在最小化能耗和提供网络服务之间获得更好的均衡，从而有利于延长无线传感器网络的生命周期，节省照明节电测控系统的照明节电设备主回路参数的采集成本。

在一个实施例中，当所有簇头节点被确定后，监测节点获取自己的各个邻居簇头节点的相关信息，根据相关信息计算自己的各个邻居簇头节点的生命值，其中相关信息包括邻居簇头节点的当前剩余能量、发送一个照明节电设备主回路参数包的能量开销、接收一个照明节电设备主回路参数包的能量开销以及到目前为止已将该簇头节点作为簇头的监测节点数目；

监测节点从自己的邻居簇头节点中选择生命值最大的一个作为自己的簇头，其他没有邻居簇头节点的监测节点选择距离最近的簇头节点加入簇，其中簇头节点的生命值按照下列公式计算：

式中，Q_j表示监测节点计算其第j个邻居簇头节点的生命值，E_j为所述第j个邻居簇头节点的当前剩余能量，为所述第j个邻居簇头节点发送一个照明节电设备主回路参数包的能量开销，为所述第j个邻居簇头节点接收一个照明节电设备主回路参数包的能量开销，N_j为到目前为止已将所述第j个邻居簇头节点作为簇头的监测节点数目。

本实施例根据簇头节点的当前剩余能量和预估的能量开销两个因素设计了节点生命值的计算公式，使得计算出的生命值能够较好地反映当前簇头节点继续接收其他监测节点的能力，监测节点通过选取生命值为最大的簇头节点作为簇头，能够最大化地提高自身采集的照明节电设备主回路参数被接收和融合的可靠度。

在一个实施例中，监测节点与对应的簇头节点为多跳距离时，监测节点在其邻居节点中选择一个能力值最优的作为中继节点，加入到距离最近的簇，其中定义邻居节点能力值的计算公式为：

式中，W_i表示监测节点的第i个邻居节点的能力值，E_i为所述第i个邻居节点的当前剩余能量，为所述第i个邻居节点发送一个照明节电设备主回路参数包的能量开销，为所述第i个邻居节点接收一个照明节电设备主回路参数包的能量开销，M_j为在所述第i个邻居节点通信范围内的监测节点数目，d_i0为所述第i个邻居节点与对应簇头节点之间的距离，n_i为监测节点的邻居节点数目，α、β为设定的权重系数，0<α,β<1。

本实施例设定了监测节点的中继节点选择策略，该策略中，从能量维持和距离代价两个角度出发，定义了邻居节点的能力值计算公式，并从中选取能力值最大的邻居节点作为中继节点，有利于保障簇内照明节电设备主回路参数传输的可靠性，节省簇内照明节电设备主回路参数传递到簇头节点的能耗。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种智能照明节电测控系统，其特征是，包括数据监测模块、参数配置模块、网关和照明节电测控中心；所述数据监测模块为无线传感器网络，用于采集照明节电设备主回路参数，并将采集的照明节电设备主回路参数发送至网关；网关汇聚所有采集的照明节电设备主回路参数后，通过串口发送给照明节电测控中心；所述的照明节电测控中心用于接收网关上传的照明节电设备主回路参数并保存，生成配置数据，通过串口将配置数据发送至网关，进而由网关发送至参数配置模块，参数配置模块根据该配置数据配置对应照明节电设备的参数；所述的数据监测模块包括基站和多个部署于监测区域内的传感器节点，所述的传感器节点通过节点竞选分为监测节点和簇头节点，其中监测节点用于采集照明节电设备主回路参数，簇头节点用于收集簇内监测节点发送的照明节电设备主回路参数，还包括与网关通信连接的基站，该簇头节点将自身采集的照明节电设备主回路参数和收集的照明节电设备主回路参数融合后传递至基站；当所有簇头节点被确定后，监测节点获取自己的各个邻居簇头节点的相关信息，根据相关信息计算自己的各个邻居簇头节点的生命值，其中相关信息包括邻居簇头节点的当前剩余能量、发送一个照明节电设备主回路参数包的能量开销、接收一个照明节电设备主回路参数包的能量开销以及到目前为止已将该簇头节点作为簇头的监测节点数目；

监测节点从自己的邻居簇头节点中选择生命值最大的一个作为自己的簇头，其他没有邻居簇头节点的监测节点选择距离最近的簇头节点加入簇，其中簇头节点的生命值按照下列公式计算：

式中，Q_j表示监测节点计算其第j个邻居簇头节点的生命值，E_j为所述第j个邻居簇头节点的当前剩余能量，为所述第j个邻居簇头节点发送一个照明节电设备主回路参数包的能量开销，为所述第j个邻居簇头节点接收一个照明节电设备主回路参数包的能量开销，N_j为到目前为止已将所述第j个邻居簇头节点作为簇头的监测节点数目；

监测节点与对应的簇头节点为多跳距离时，监测节点在其邻居节点中选择一个能力值最优的作为中继节点，加入到距离最近的簇，其中定义邻居节点能力值的计算公式为：

式中，W_i表示监测节点的第i个邻居节点的能力值，E_i为所述第i个邻居节点的当前剩余能量，为所述第i个邻居节点发送一个照明节电设备主回路参数包的能量开销，为所述第i个邻居节点接收一个照明节电设备主回路参数包的能量开销，M_j为在所述第i个邻居节点通信范围内的监测节点数目，d_i0为所述第i个邻居节点与对应簇头节点之间的距离，n_i为监测节点的邻居节点数目，α、β为设定的权重系数，0＜α,β＜1。

2.根据权利要求1所述的一种智能照明节电测控系统，其特征是，所述照明节电设备主回路参数包括照明节电设备主回路的核心温度、照明电网输入电压、照明节电设备输出电压和负载电流。

3.根据权利要求1所述的一种智能照明节电测控系统，其特征是，所述照明节电测控中心包括数据存储单元、配置数据生成单元、通信单元。

4.根据权利要求1所述的一种智能照明节电测控系统，其特征是，所述无线传感器网络进行簇头节点竞选，具体执行：

(1)在每一轮的簇头节点竞选时，传感器节点按照下列公式计算本轮的阈值：

式中，T_a表示传感器节点a在本轮计算出的阈值，E_a、E_aO分别为传感器节点a的当前剩余能量、初始能量，定义位于传感器节点的通信范围内的其他传感器节点为该传感器节点的邻居节点，N_a为传感器节点a的邻居节点数目，N为无线传感器网络包含的传感器节点数目，μ为设定的权重系数；

(2)传感器节点应用随机数产生器随机生成一个0到1之间的随机数，并判断是否小于其计算的阈值，若是，则该传感器节点成功当选为簇头节点，否则为监测节点。