CN107635307A - 一种基于物联网技术的智能路灯监控系统 - Google Patents

一种基于物联网技术的智能路灯监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,包括上位机和控制器,所述上位机通过无线网络与控制器实现数据通信,所述控制器的内部设置有电缆监测主机和集中控制器,所述控制器的输出端通过电力线与单灯控制电路相连接,所述单灯控制电路的输出端与电缆监测终端相连接,所述集中控制器包括内部设置有微控制器,所述微控制器的输入端还连接有电力载波通信模块和RS232通信接口,所述微控制器的控制端与电缆被盗监测模块相连接,以物联网为中心,以低压电力载波为主要信道,实现了单灯的控制监测与电缆被盗监测,可以实现路灯的智能控制,从而更好地达到“网络化、智能化、节能化”的目的。

Description

一种基于物联网技术的智能路灯监控系统
技术领域
[0001] 本发明涉及物联网应用技术领域,具体为一种基于物联网技术的智能路灯监控系 统。
背景技术
[0002] 物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传 感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能 化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的概念是在1999年提出的。物联网就是 “物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联 网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行 信息交换和通讯。
[0003] 当然,物联网还会有许多广泛的用途,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安 全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌 情侦查和情报搜集等多个领域。
[0004] 随着市政工程建设的迅猛发展,市政系统对道路照明的要求也逐步提高,这就要 求照明系统具有智能化,节能化,便捷化,并且还都要符合路灯系统的安装要求、规定的亮 度、节能指标等。照明系统的好坏直接关乎市民的出行安全,优秀的城市照明工程还可以提 升一个地区的形象,进而促进经济的发展,原始的路灯监控系统控制方式有光敏元部件控 制和时间继电控制两种方式。这两种方式都存在可维修性差、智能程度较低等不利因素。随 着信息技术的变革式发展,将智能算法,无线通信技术,传感器技术应用到路灯监控系统, 达到能够实时监控城市路灯网中的每一个路灯单元,系统中融合智能策略,通过对大量采 集到的数据进行分析得出能量优化方案,使得路灯系统完全实现智能化:
[0005] (1)目前国内路灯监控系统普遍存在着开关灯控制方式落后、后半夜节能效果差、 管理维护效率低、未能实现单灯监控等问题;
[0006] 我国的城市路灯监控系统与国外相比是发展缓慢,应用范围不广泛,中国大部 分城市的路灯只是意义最简单的夜晚照明设备,根本没有通信功能,更谈不上数据采集功 能,不能实时监控路灯运行的状态,运营和维修成本非常高,效率非常低下,没有节能的效 果,无法满足现代社会面临的能源紧缺问题和路灯维修的需求。
发明内容
[0007] 为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于物联网技术的智能路灯监控 系统,以物联网为中心,以低压电力载波为主要信道,实现了单灯的控制监测与电缆被盗监 测,可以实现路灯的智能控制,从而更好地达到“网络化、智能化、节能化”的目的,能有效的 解决背景技术提出的问题。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于物联网技术的智能路灯监 控系统,包括上位机和控制器,所述上位机通过无线网络与控制器实现数据通信;
[0009]所述控制器的内部设置有电缆监测主机和集中控制器,所述控制器的输出端通过 电力线与单灯控制电路相连接,所述单灯控制电路的输出端与电缆监测终端相连接;
[0010] 所述上位机的内部设置有Labview控制模块,所述Labview控制模块的输出端与可 视化交互界面相连接;
[0011] 所述集中控制器包括内部设置有微控制器,所述微控制器的电源端与供电模块相 连接,所述微控制器的时钟端口通过时钟线与时钟模块相连接,所述微控制器的输入端还 连接有传感器组,所述传感器组包括光强传感器模块、红外传感器模块和声音传感器模块, 所述微控制器的输入端还连接有继电器模块和故障检测模块,所述微控制器的输入端还连 接有电力载波通信模块和RS232通信接口,所述微控制器的控制端与电缆被盗监测模块相 连接。
[0012]作为本发明一种有选的技术方案,所述电力载波通信模块包括载波通信控制芯 片,所述载波通信控制芯片的数据端通过SPI接口与微控制器相连接,所述载波通信控制芯 片的输出端通过发送滤波电路与电力耦合电路相连接,所述电路耦合电路的输出端通过控 制线与接收滤波电路相连接,所述接收滤波电路的输出端与载波通信控制芯片相连接。
[0013] 作为本发明一种有选的技术方案,所述载波通信控制芯片的输入端还连接有晶振 电路和过零检测电路,所述载波通信控制芯片的电源端还连接有供电模块。
[0014] 作为本发明一种有选的技术方案,所述电力耦合电路的输出端通过控制线路与电 缆线相连接。
[0015] 作为本发明一种有选的技术方案,所述电缆监测主机的输出端通过GPRS通信模块 与电缆被盗监测模块相连接,所述电缆被盗监测模块的内部设置有电流检测模块和电压检 测模块。
[0016] 作为本发明一种有选的技术方案,所述电流检测模块和电压检测模块的输出端均 通过阈值设定模块与电缆监测主机相连接。
[0017] 作为本发明一种有选的技术方案,所述电缆监测主机的内部设置有模糊控制器, 所述模糊控制器的输入端通过模数转换器接收乘法器的输出端值,所述乘法器的输入端与 阈值设定模块相连接。
[0018] 作为本发明一种有选的技术方案,所述模糊控制器的输出端通过数模转换器与声 音传感器相连接,所述声音传感器的输出端通过监控子站与单个路灯相连接,所述单个路 灯的输出端与乘法器相连接。
[0019] 作为本发明一种有选的技术方案,所述模糊控制器包括模糊化处理算法,所述模 糊化处理算法的输出端通过模糊控制规则与模糊判决模块相连接,所述模糊判决模块的输 出端与数模转换器相连接。
[0020] 作为本发明一种有选的技术方案,所述微控制器的输出端还通过RJ45接口与以太 网控制器相连接,所述以太网控制器的输出端通过无线网络与GPRS通信模块相连接。
[0021] 与现有技术相比,本发明的有益效果是: _
[0022] (1)本发明采用电力线载波通信采用电力线作为载体,无需再铺设额外的宽^和 光缆线路,成本低,建设周期短;当设备接通电源的时候,设备就接入到了电力载波通信网 络;且电力网络覆盖度极高,可不受布线的困扰和无线环境的影响。此外,将电力线载波通 信应用于路灯监控系统中,抗干扰能力和通信速率也能满足路灯监控的需求;
[0023] (2)本发明由三个主要部分构成:即单灯控制器与电缆被盗监测终端、集中控制器 和上位机。单灯控制器通过微处理器控制各传感器模块,实时监测环境中的光照强度和声 音大小,然后将这些数据通过电力载波网络发送给路灯集中控制器;电缆被盗报警监测终 端可实现全天候电缆被盗报警,线路在工作状态下或非工作状态下均可进行24小时不间断 监测。集中控制器包括集中控制器和电缆被盗监测主机,路灯集中控制器由载波通信模块 和以太网接口组成,一方面负责电力载波网络的构建;另一方面负责数据的转发;电缆被盗 监测主机有电防盗、无电防盗、停电防盗三种防盗功能。远程监控中心的上位机通过以太网 接口将接收到的数据进行处理、存储和分析等操作,并最终制定出合理的路灯调度方案。 [0024] (3)本发明的上位机是指在计算机操作系统平台下运行的路灯照明智能软件,主 要用于进行组件的配置和管理,配置主要表现为系统平台及数据库的初始化、设备列表的 导入等;管理主要表现为用户对路灯执行操作,查看路灯状态及执行生成列表和报警等功 能,在整个系统中属于应用层面。为保证上位机软件稳定可靠运行,在设计时对软件进行自 动测试,同时模拟十万盏以上路灯运行环境,充分测试系统的负载能力,长期运行不会导致 监控计算机效能降低或系统运行崩溃。可根据需要对设备进行分区管理,用户界面上需要 显示相应的系统结构树形图。
附图说明
[0025]图1为本发明的整体结构示意图;
[0026]图2为本发明的微控制器结构示意图;
[0027]图3为本发明的电力载波通信模块结构示意图;
[0028]图4为本发明的电缆监测主机结构示意图。
[0029]图中:卜上位机;2-控制器;3-模糊控制器;4-电缆监测终端;5-GPRS通信模块;6- 单灯控制电路;
[0030] 100-Labview控制模块;101-可视化交互界面;
[0031] 200-电缆监测主机;2〇1-集中控制器;202-微控制器;203-供电模块;204-时钟模 块;2〇5_传感器组;2〇6_光强传感器模块;207-红外传感器模块;208-声音传感器模块;209-故障检测模块;210-电力载波通信模块;211-RS232通信接口; 212-电缆被盗监测模块;213-载波通信控制芯片;214-SPI接口; 215_发送滤波电路;216-电力耦合电路;217-接收滤波电 路;218-晶振电路;219_过零检测电路;220-电缆线;221-电缆被盗监测模块;222-电流检测 模块;223-电压检测模块;224-阈值设定模块;225-RJ45接口; 226-以太网控制器;227-继电 器模块;
[0032] 300-模数转换器;301-乘法器;302-数模转换器;303-声音传感器;304-监控子站; 3〇5_单个路灯;306-模糊化处理算法;307-模糊控制规则;308-模糊判决模块;309-数模转 换器。
具体实施方式
[0033]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。
[0034]以下各实施例的说明是参考附图,用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。 本发明所提到的方向和位置用语,例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「 夕卜」、「侧面」等,仅是参考附加图式的方向和位置。因此,使用的方向和位置用语是用以说明 及理解本发明,而非用以限制本发明。
[0035] 实施例:
[0036]如图1和图2所示,本发明提供了一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,包括 上位机1和控制器2,所述上位机1通过无线网络与控制器2实现数据通信,所述控制器2的内 部设置有电缆监测主机200和集中控制器201,所述控制器2的输出端通过电力线与单灯控 制电路6相连接,所述单灯控制电路6的输出端与电缆监测终端4相连接,所述上位机1的内 部设置有Lab v i ew控制模块100,所述Lab v i ew控制模块100的输出端与可视化交互界面1 〇 1 相连接,所述集中控制器201包括内部设置有微控制器202,所述微控制器2〇2的电源端与供 电模块203相连接,所述微控制器202的时钟端口通过时钟线与时钟模块204相连接,所述微 控制器202的输入端还连接有传感器组205,所述传感器组205包括光强传感器模块206、红 外传感器模块207和声音传感器模块208,所述微控制器202的输入端还连接有继电器模块 227和故障检测模块209,所述微控制器202的输入端还连接有电力载波通信模块21〇和 RS232通信接口 211,所述微控制器202的控制端与电缆被盗监测模块212相连接,所述微控 制器202的输出端还通过RJ45接口 225与以太网控制器226相连接,所述以太网控制器226的 输出端通过无线网络与GPRS通信模块5相连接。
[0037]所述传感器组205负责采集环境的信息,经过信号处理电路处理以后送入到 STM32F103VCT6型号的微控制器202中进行分析处理。单灯控制电路6的电源由Lm)路灯电源 接入,输入为48V,经过路灯控制器电源模块,产生各个硬件模块所需的供电电压。电力载波 调制解调模块负责数据通信,实现各路灯控制终端的通信,并结合相应通信协议实现网络 多跳传输。
[0038] 所述单灯控制电路6指进行控制和检测路灯的工作状态的设备,安装于每盏路灯 上,属于系统中的感知层。具有电力线载波通信的功能,通过供电电力线与集中器保持互 通,接受和执行各种指令,并将执行结果和数据送回集中控制器201。
[0039]所述集中控制器201是指路灯照明监控系统中电量信息采集和远程控制数据传输 的关键设备,安装在路灯箱变中低压配电变压器的低压侧,属于系统的网络层面。集中控制 器带有独立操作系统,可脱离监控中心独立执行命令以及数据保存。在监控中心发生停电 或者其他系统故障以及移动网络临时故障时,集中器可独立执行预设各种定时任务,系统 采用Lonworks总线式结构,网络内任一节点发生故障不会影响系统运行;电力线通讯带有 自动路由以及载波监听协议,有效的保障了系统的稳定性,降低了误报率。
[0040]如图3所示,所述电力载波通信模块210包括载波通信控制芯片213,所述载波通信 控制芯片213的数据端通过SPI接口 214与微控制器202相连接,所述载波通信控制芯片213 的输出端通过发送滤波电路215与电力耦合电路216相连接,所述电路耦合电路216的输出 端通过控制线与接收滤波电路217相连接,所述接收滤波电路217的输出端与载波通信控制 芯片213相连接,所述载波通信控制芯片213的输入端还连接有晶振电路218和过零检测电 路219,所述载波通信控制芯片213的电源端还连接有供电模块203;所述电力耦合电路216 的输出端通过控制线路与电缆线220相连接。
[0041] 如图4所示,所述电缆监测主机200的输出端通过GPRS通信模块5与电缆被盗监测 模块221相连接,所述电缆被盗监测模块221的内部设置有电流检测模块M2和电压检测模 块223,所述电流检测模块222和电压检测模块223的输出端均通过阈值设定模块2¾与电缆 监测主机200相连接;所述电缆监测主机200的内部设置有模糊控制器3,所述模糊控制器3 的输入端通过模数转换器300接收乘法器301的输出端值,所述乘法器301的输入端与阈值 设定模块224相连接,所述模糊控制器3的输出端通过数模转换器3〇2与声音传感器303相连 接,所述声音传感器303的输出端通过监控子站304与单个路灯30f5相连接,所述单个路灯 305的输出端与乘法器301相连接;所述模糊控制器3包括模糊化处理算法3〇6,所述模糊化 处理算法306的输出端通过模糊控制规则307与模糊判决模块3〇8相连接,所述模糊判决模 块308的输出端与数模转换器309相连接,所述电缆监测主机200接收来自终端的载波信号。
[0042] 在规定的时间内没有收到信号,主机判定为某路电缆断线,并发出报警指示,也属 于系统的网络层面。所述电缆被盗监测模块212有电防盗、无电防盗、停电防盗三种防盗功 能。有电防盗采用的是电力载波的通信方式,由于电波干扰大,有电防盗的距离也相对较短 能达到300m-1000m;无电防盗采用的是无源技术,干扰相对较小,防盗距离能达到l〇km,准 确率达100%;在停电状态下进入停电防盗模式,如出现断线或被盗割,由于中途电线己断, 电力线载波通信信道不通,收不到载波信号,从而发出报警信号。
[0043] 综上所述,本发明的主要特点在于:
[0044] (1)本发明采用电力线载波通信采用电力线作为载体,无需再铺设额外的宽带和 光缆线路,成本低,建设周期短•,当设备接通电源的时候,设备就接入到了电力载波通信网 络;且电力网络覆盖度极高,可不受布线的困扰和无线环境的影响。此外,将电力线载波通 信应用于路灯监控系统中,抗干扰能力和通信速率也能满足路灯监控的需求;
[0045] (2)本发明由三个主要部分构成:即单灯控制器与电缆被盗监测终端、集中控制器 和上位机。单灯控制器通过微处理器控制各传感器模块,实时监测环境中的光照强度和声 音大小,然后将这些数据通过电力载波网络发送给路灯集中控制器;电缆被盗报警监测终 端可实现全天候电缆被盗报警,线路在工作状态下或非工作状态下均可进行24小时不间断 监测。集中控制器包括集中控制器和电缆被盗监测主机,路灯集中控制器由载波通信模块 和以太网接口组成,一方面负责电力载波网络的构建;另一方面负责数据的转发;电缆被盗 监测主机有电防盗、无电防盗、停电防盗三种防盗功能。远程监控中心的上位机通过以太网 接口将接收到的数据进行处理、存储和分析等操作,并最终制定出合理的路灯调度方案。
[0046] (3)本发明的上位机是指在计算机操作系统平台下运行的路灯照明智能软件,主 要用于进行组件的配置和管理,配置主要表现为系统平台及数据库的初始化、设备列表的 导入等;管理主要表现为用户对路灯执行操作,查看路灯状态及执行生成列表和报警等功 能,在整个系统中属于应用层面。为保证上位机软件稳定可靠运行,在设计时对软件进行自 动测试,同时模拟十万盏以上路灯运行环境,充分测试系统的负载能力,长期运行不会导致 监控计算机效能降低或系统运行崩溃。可根据需要对设备进行分区管理,用户界面上需要 显示相应的系统结构树形图。
[0047] 对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论 从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1. 一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:包括上位机(1)和控制器 (2),所述上位机⑴通过无线网络与控制器(2)实现数据通信; 所述控制器(2)的内部设置有电缆监测主机(2〇〇)和集中控制器(201),所述控制器(2) 的输出端通过电力线与单灯控制电路¢)相连接,所述单灯控制电路的输出端与电缆监 测终端⑷相连接; 所述上位机(1)的内部设置有Labv i ew控制模块(1〇〇),所述Labv i ew控制模块 (1〇〇)的输出端与可视化交互界面(101)相连接; 所述集中控制器(201)包括内部设置有微控制器(2〇2),所述微控制器(202)的电源端 与供电模块(203)相连接,所述微控制器(202)的时钟端口通过时钟线与时钟模块(204)相 连接,所述微控制器(202)的输入端还连接有传感器组(2〇5),所述传感器组(205)包括光强 传感器模块(206)、红外传感器模块(207)和声音传感器模块(2〇8),所述微控制器(202)的 输入端还连接有继电器模块(227)和故障检测模块(209),所述微控制器(2〇2)的输入端还 连接有电力载波通信模块(210)和RS232通信接口(211),所述微控制器(2〇2)的控制端与电 缆被盗监测模块(212)相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:所述 电力载波通信模块(210)包括载波通信控制芯片(213),所述载波通信控制芯片(213)的数 据端通过SPI接口(214)与微控制器(202)相连接,所述载波通信控制芯片(21¾的输出端通 过发送滤波电路(215)与电力耦合电路(216)相连接,所述电路耦合电路(216)的输出端通 过控制线与接收滤波电路(217)相连接,所述接收滤波电路G17)的输出端与载波通信控制 芯片(213)相连接。
3. 根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:所述 载波通信控制芯片(213)的输入端还连接有晶振电路(218)和过零检测电路(219),所述载 波通信控制芯片(213)的电源端还连接有供电模块(203)。
4. 根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:所述 电力耦合电路(216)的输出端通过控制线路与电缆线(220)相连接。
5. 根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:所述 电缆监测主机(200)的输出端通过GPRS通信模块(5)与电缆被盗监测模块(221)相连接,所 述电缆被盗监测模块(221)的内部设置有电流检测模块(222)和电压检测模块(223)。
6. 根据权利要求5所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:所述 电流检测模块(222)和电压检测模块(223)的输出端均通过阈值设定模块(2¾)与电缆监测 主机(200)相连接。
7. 根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:所述 电缆监测主机(200)的内部设置有模糊控制器(3),所述模糊控制器(3)的输入端通过模数 转换器(300)接收乘法器(301)的输出端值,所述乘法器(301)的输入端与阈值设定模块 (224)相连接。
8. 根据权利要求7所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:所述 模糊控制器(3)的输出端通过数模转换器(302)与声音传感器(303)相连接,所述声音传感 器(303)的输出端通过监控子站(304)与单个路灯(305)相连接,所述单个路灯(3〇5)的输出 端与乘法器(301)相连接。
9. 根据权利要求7或8所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于: 所述模糊控制器(3)包括模糊化处理算法(306),所述模糊化处理算法(306)的输出端通过 模糊控制规则(307)与模糊判决模块(308)相连接,所述模糊判决模块(308)的输出端与数 模转换器(309)相连接。
10. 根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能路灯监控系统,其特征在于:所 述微控制器(202)的输出端还通过RJ45接口(225)与以太网控制器(226)相连接,所述以太 网控制器(226)的输出端通过无线网络与GPRS通信模块(5)相连接。
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