CN108282940A - 一种路灯控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路灯控制系统，包括监控中心、路由节点和应用节点；路由节点内设有Zigbee模块，应用节点内设有Zigbee子模块，路由节点与应用节点之间通过Zigbee模块和Zigbee子模块之间形成的近距离无线网连接，路由节点与监控中心通过网络通信以进行数据传输。本发明还公开了一种路灯控制方法，采用上述的路灯控制系统，包括：采集室外光线强度，若光线强度值低于预定强度值且蓄电池电容量不低于最小阈值，则进行供电。本发明提供一种路灯控制系统及控制方法，通过无线方式实时监控路灯运行状态，并可及时对路灯状态进行调节，以确保路灯的可靠运行，提高路灯的管理效率。

Description

一种路灯控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及路灯控制领域，具体涉及一种路灯控制系统及控制方法。

背景技术

当前，随着城市化进程的加快，路灯作为配套设施显得不可缺少，现有路灯控制系统还处于有线连接方式，布线费时费力；同时对路灯的维护与管理通常还是由操作人员定期对路灯进行维护与检修，致使管理效率低，无法实时了解路灯的运行状态，及时发现异常故障情况，常规的遥控器也只能进行单灯操作，效率不高，难以满足要求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种路灯控制系统及控制方法，通过无线监控并控制路灯的运行状态，以确保路灯的可靠运行，提高路灯的管理效率。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种路灯控制系统，包括监控中心、路由节点和应用节点；所述路由节点内设有Zigbee模块，所述应用节点内设有Zigbee子模块，所述路由节点与所述应用节点之间通过Zigbee模块和Zigbee子模块之间形成的近距离无线网连接，所述路由节点与所述监控中心通过网络通信以进行数据传输；

每个路灯连接一应用节点，所述应用节点用于采集与之连接的路灯的运行状态信息，并将采集到的运行状态信息通过近距离无线网传输至路由节点；

每个路由节点连接多个应用节点，所述路由节点用于汇集多个应用节点采集的运行状态信息并将汇集的运行状态信息通过网络传输至监控中心；

所述监控中心根据接收到的运行状态信息或者依据用户需要发出控制指令，控制指令传输至路由节点，所述路由节点通过近距离无线网络传输控制指令至对应的应用节点，所述应用节点接收控制指令并根据控制指令对与之连接的路灯进行控制。

进一步地，一路由节点与连接的多个应用节点为一组一对多模块，所述路灯控制系统包括多组所述一对多模块，多组所述一对多模块中的路由节点均与所述监控中心通过网络通信以进行数据传输。

进一步地，所述一对多模块中的路由节点处于多个应用节点的中间位置。

进一步地，所述应用节点内设有与路灯连接的路灯控制单元、与所述路灯控制单元连接的射频收发单元，所述路灯控制单元用于采集与之连接的路灯的运行状态信息并根据所述监控中心的控制指令对与之连接的路灯进行控制，所述射频收发单元用于将路灯控制单元采集到的路灯的运行状态信息通过近距离无线网传输至路由节点。

进一步地，所述路灯控制系统还包括太阳能供电系统，所述太阳能供电系统分别与路灯和监控中心电连接，所述监控中心控制所述太阳能供电系统对路灯进行供电。

进一步地，所述太阳能供电系统包括太阳能电池组、太阳能控制器和蓄电池，所述太阳能控制器电连接所述监控中心，所述太阳能控制器包括分别与所述太阳能电池组及所述蓄电池电连接的充电控制模块和与路灯连接的切换模块，所述充电控制模块用于控制太阳能电池组对蓄电池的充放电，所述切换模块用于切换蓄电池对路灯进行供电。

进一步地，所述太阳能电池组与所述充电控制模块通过浪涌保护电路电连接；所述充电控制模块与所述蓄电池之间通过过充过放保护电路连接；所述切换模块与所述路灯之间电连接有恒流电路。

进一步地，所述太阳能电池组上设有光线传感器，所述光线传感器连接太阳能控制器，所述光敏传感器用于采集室外光线的光线强度。

本发明的另一目的在于提供一种路灯控制方法，采用上述的路灯控制系统，包括：采集室外光线强度，若光线强度值低于预定强度值且蓄电池电容量不低于最小阈值，则进行供电。

进一步地，还包括：侦测太阳能电池组是否有电流产生，若有电流产生，则检测蓄电池电容量，并根据蓄电池电容量控制蓄电池的充电状态。

本发明与现有技术相比，本发明一种路灯控制系统及控制方法具有以下优点：

(1)所述应用节点内置的Zigbee子模块与路由节点内的Zigbee模块形成近距离无线网络进行数据传输，使得监控中心对路灯进行无线监控与控制，且采用免费频段、无使用费、设备功耗低；采用无线控制的方式代替传统的有线控制，摆脱了线缆的束缚，不仅施工简单，成本低廉，而且还极大地提升了系统的性能；

(2)同时应用节点内置的ZigBee无线子模块能够根据网络检测状况，自动调整设备的发射功率，既能保证通信链路质量，又能做到消耗能量最小；

(3)对路灯状态进行实时监控，无需技术人员现场检查路灯运行情况；从监控中心设备上调整路灯运行参数，可对路灯进行单独或者集中控制，无需现场对每个单体进行调整，节省大量人力资源；

(4)采用MPPT充电控制技术，充分利用太阳能光伏组件的光敏特性，融合太阳能光伏组件和光控技术，对太阳能光伏组件发电功率进行实时跟踪和调节，提高太阳能发电功率和转化效率。

附图说明

图1是本发明实施例的一种路灯控制系统的控制原理框图；

图2是本发明实施例的一种路灯控制系统中应用节点的结构框图；

图3是本发明实施例的一种路灯控制系统中的供电关系框图；

图4是本发明实施例的一种路灯控制系统中的太阳能供电系统的结构框图；

图5是本发明实施例的一种路灯控制方法中的供电原理示意图；

图6是本发明实施例的一种路灯控制方法中的充电原理示意图。

图中所示：10.监控中心；20.路由节点；201.Zigbee模块；30.应用节点；301.Zigbee子模块；302.路灯控制单元；303.射频发射单元；40.太阳能供电系统；401.太阳能电池组；401-1.光线传感器；402.太阳能控制器；402-1.充电控制模块；402-2.切换模块；403.蓄电池；404.浪涌保护电路；405.过充过放保护电路；406.恒流电路。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

参见图1，本发明一种路灯控制系统，包括监控中心10、路由节点20和应用节点30；路由节点20内设有Zigbee模块201，应用节点30内设有Zigbee子模块301，路由节点20与应用节点30之间通过Zigbee模块201和Zigbee子模块301之间形成的近距离无线网连接，路由节点20与监控中心10通过网络通信以进行数据传输；应用节点30连接路灯，应用节点30采集路灯的运行状态信息并将采集到的运行状态信息通过近距离无线网络传输至路由节点20，路由节点20汇集多个应用节点30采集的运行状态信息并将汇集信息发送至监控中心10，监控中心10接收汇集信息并对路灯进行控制。

具体的，参见图1，每个路灯连接一应用节点30，应用节点30用于采集与之连接的路灯的运行状态信息，并将采集到的运行状态信息通过近距离无线网传输至路由节点20；参见图2，应用节点30包括Zigbee子模块301、路灯控制单元302和射频发射单元303；Zigbee子模块301与路由节点20内的Zigbee模块201形成近距离无线网用于路由节点20与应用节点30之间的数据通信；路灯控制单元302电连接路灯，用于采集所对应路灯的运行状态信息并根据监控中心10的控制指令对所对应的路灯进行控制；射频收发单元303电连接路灯控制单元302，用于将路灯控制单元302采集到的路灯的运行状态信息通过近距离无线网传输给路由节点20，再由路由节点20将接收到的运行状态信息发送至监控中心10。优选的，应用节点30安装于路灯上，每个路灯上均对应安装一应用节点30。

进一步的，参见图1，一个路由节点20连接多个应用节点30，所述路由节点20用于汇集多个应用节点30采集的运行状态信息并将汇集的运行状态信息通过网络传输至监控中心10；其中一个路由节点20与连接的多个应用节点30为一组一对多模块，优选的，根据实际情况，可以设置一组或多组一对多模块，其中一组或多组一对多模块中的路由节点20均连接至监控中心10以进行数据传输。其中路由节点20可以是一个无线ZigBee和光端机的结合体，起到路由作用，一组一对多模块中的所有应用节点30均将采集的数据传至该组中的路由节点20以供路由节点20进行汇集。

其中，对于上述的一对多模块(一个路由节点20连接多个应用节点30)的连接依据为：依据Zigbee模块201和Zigbee子模块301之间形成的近距离无线网络的范围进行连接，该范围需确保处于一对多模块中的多个应用节点30均可以稳定可靠的与对应的路由节点20进行数据通信。优选的，为了形成的近距离无线网络更可靠的进行数据通信，一对多模块中的路由节点20可以处于多个应用节点30的中间位置，这样形成的近距离无线网络可以尽可能的确保多个应用节点30更可靠的与该组中的路由节点20进行数据通信。在应用节点30安装于路灯上时，路由节点20可以安装于中间位置的路灯上，优选的，传输过程中根据距离和网络状况，可以通过中继节点进行转发，可在路由节点30的两侧间隔性的设置中继节点，中继节点用于转发远距离的应用节点30上的数据信息给路由节点20，优选的，中继节点可以单独设置，也可由某个应用节点30分担，中继节点可间隔性的安装于路灯上。

具体的，监控中心10作为本系统的总控制中心，用于接收路灯的运行状态信息并依据用户需要发出控制指令，监控中心10通过有限网络、无线网络或有限网络与无线网络的结合方式与路由节点20进行数据通信，监控中心10发出的控制指令通过有限网络、无线网络或有限网络与无线网络的结合方式传输至路由节点20，所述路由节点20通过近距离无线网络传输控制指令至对应的应用节点30，所述应用节点30对与之连接的路灯进行控制。其中有限网络或无线网络为光线网络、GPRS网络、CDMA网络或者3G网络。优选的，监控中心10通过无线的GPRS网络连接GPRS基站，GPRS基站通过GPRS网络连接多个路由节点，每个路由节点20再通过近距离无线网络连接通信范围内的多个应用节点30。

进一步的，参见图3，路灯控制系统还包括太阳能供电系统40，太阳能供电系统40分别与路灯和监控中心10电连接，监控中心10控制太阳能供电系统40对路灯进行供电。其中太阳能供电系统40为了满足路灯的用电需求，一方面可以通过增加太阳能电池组401及蓄电池403的容量来满足，另一方面可设置多组太阳能供电系统40来对路灯进行供电。其中本实施例具体以一组太阳能供电系统40为例来进行说明，多组太阳能供电系统40均可参照本实施例中一组太阳能供电系统40的设置方式与连接方式进行设置与连接。

具体的，参见图4，太阳能供电系统40包括太阳能电池组401、太阳能控制器402和蓄电池403，太阳能控制器402电连接监控中心10，太阳能控制器402包括分别与太阳能电池组401及蓄电池403电连接的充电控制模块402-1和与路灯连接的切换模块402-2，其中充电控制模块402-1用于控制太阳能电池组401对蓄电池403的充放电，切换模块402-2用于切换蓄电池403对路灯进行供电。优选的，太阳能控制器402为MPPT太阳能控制器，所述蓄电池组401为磷酸铁锂电池组。MPPT太阳能控制器充分利用太阳能电池组的光敏特性，融合太阳能电池组和光控技术，对太阳能电池组的发电功率进行实时跟踪和调节，提高太阳能发电功率和转化效率。

优选的，太阳能电池组401与充电控制模块402-1通过浪涌保护电路404电连接，浪涌保护电路404减少了外界的干扰，保持良好的电路系统；充电控制模块402-1与蓄电池403之间通过过充过放保护电路405连接，过充过放保护电路405将保护蓄电池403的电容量维持在最小阈值和最大阈值之间，以防蓄电池403因过充或过放导致蓄电池403的寿命减短甚至损坏；切换模块402-2与路灯之间电连接有恒流电路406，恒流电路406输出稳定的电流以保证路灯稳定工作。

进一步的，为了及时了解室外的光线强度，以判断是否需要对路灯进行供电，太阳能电池组401上设有光线传感器401-1，光线传感器401-1连接太阳能控制器402，光线传感器401-1采集室外光线的光线强度，并将采集到的光线强度传输至太阳能控制器402，太阳能控制器402通过判断选择是否开启切换模块402-2，以需要对路灯进行供电。当太阳能控制器402上光线传感器401-1侦测到夜间来临时，从蓄电池403放出电，通过太阳能控制器402转换为恒流源驱动光源，控制光源的功率使路灯灯组达到最佳发光功率，同时太阳能控制器402并对蓄电池组401进行过放防护，监控中心10对MPPT太阳能控制器进行控制。

结合图5和图6所示，本发明一种路灯控制方法，所述方法应用于上述路灯控制系统进行控制，所述方法中路灯的供电包括步骤：S1、采集室外光线强度，若光线强度值低于预定强度值且蓄电池电容量不低于最小阈值，则进行供电。其中在进行S1步骤的初始，太阳能控制器中预存有光线强度的预定强度值和蓄电池电容量的最小阈值，所述预定强度值为设定的一最低的光线强度值，该值为供电或者不供电的临界值，低于该预定强度值则需要进行供电，不低于则不需要进行供电；所述最小阈值为蓄电池需要保留的最低电容量值，该最小阈值保证了蓄电池不会过放，延长了蓄电池的使用寿命。

参见图5，S1包括以下步骤：

S11、通过光线传感器采集室外光线强度；

S12、将采集到的光线强度与预定的光线强度值进行比较，判断采集到的光线强度是否低于预定的光线强度值；若不低于预定强度值，则不进行供电；若低于预定强度值，则

S13、判断蓄电池电容量是否低于最小阈值；若低于最小阈值，则不进行供电；若不低于最小阈值，则进行供电。

通过太阳能电池组上的光线传感器采集室外的光线强度，并将采集到的光线强度值传输至太阳能控制器，太阳能控制器进行判断比较，并将判断比较结果传输至监控中心，监控中心结合判断比较结果和实际室外情况以控制太阳能控制系统是否开启切换模块对路灯进行供电。

参见图6，蓄电池的充电包括步骤：S2、侦测太阳能电池组是否有电流产生，若有电流产生，则检测蓄电池电容量，并根据蓄电池电容量控制蓄电池的充电状态。其中在进行S2步骤的初始，太阳能控制器中预存有蓄电池电容量的最大阈值，所述最大阈值为蓄电池能够存储的最高电容量值，该最大阈值保证了蓄电池不会过充，延长了蓄电池的使用寿命。

参见图6，S2包括以下步骤：

S21、在太阳能电池组中进行AD采样；

S22、根据采样数据侦测是否有电流产生；若未电流产生，则不充电；若产生电流，则

S23、检测蓄电池电容量，判断电容量是否达到最大阈值；若达到，则不充电；若未达到，则进行充电，并在充电过程中循环S22，直到电容量达到最大阈值。

本实施例一种路灯控制系统及控制方法具有以下优点：

(1)所述应用节点内置的Zigbee子模块与路由节点内的Zigbee模块形成近距离无线网络进行数据传输，使得监控中心对路灯进行无线监控与控制，且采用免费频段、无使用费、设备功耗低；采用无线控制的方式代替传统的有线控制，摆脱了线缆的束缚，不仅施工简单，成本低廉，而且还极大地提升了系统的性能；

(2)同时应用节点内置的ZigBee无线子模块能够根据网络检测状况，自动调整设备的发射功率，既能保证通信链路质量，又能做到消耗能量最小；

(3)对路灯状态进行实时监控，无需技术人员现场检查路灯运行情况；从监控中心设备上调整路灯运行参数，可对路灯进行单独或者集中控制，无需现场对每个单体进行调整，节省大量人力资源；

(4)采用MPPT充电控制技术，充分利用太阳能光伏组件的光敏特性，融合太阳能光伏组件和光控技术，对太阳能光伏组件发电功率进行实时跟踪和调节，提高太阳能发电功率和转化效率。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种路灯控制系统，其特征在于：包括监控中心、路由节点和应用节点；所述路由节点内设有Zigbee模块，所述应用节点内设有Zigbee子模块，所述路由节点与所述应用节点之间通过Zigbee模块和Zigbee子模块之间形成的近距离无线网连接，所述路由节点与所述监控中心通过网络通信以进行数据传输；

每个路灯连接一应用节点，所述应用节点用于采集与之连接的路灯的运行状态信息，并将采集到的运行状态信息通过近距离无线网传输至路由节点；

每个路由节点连接多个应用节点，所述路由节点用于汇集多个应用节点采集的运行状态信息并将汇集的运行状态信息通过网络传输至监控中心；

所述监控中心根据接收到的运行状态信息或者依据用户需要发出控制指令，控制指令传输至路由节点，所述路由节点通过近距离无线网络传输控制指令至对应的应用节点，所述应用节点接收控制指令并根据控制指令对与之连接的路灯进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种路灯控制系统，其特征在于：一路由节点与连接的多个应用节点为一组一对多模块，所述路灯控制系统包括多组所述一对多模块，多组所述一对多模块中的路由节点均与所述监控中心通过网络通信以进行数据传输。

3.根据权利要求2所述的一种路灯控制系统，其特征在于：所述一对多模块中的路由节点处于多个应用节点的中间位置。

4.根据权利要求1所述的一种路灯控制系统，其特征在于：所述应用节点内设有与路灯连接的路灯控制单元、与所述路灯控制单元连接的射频收发单元，所述路灯控制单元用于采集与之连接的路灯的运行状态信息并根据所述监控中心的控制指令对与之连接的路灯进行控制，所述射频收发单元用于将路灯控制单元采集到的路灯的运行状态信息通过近距离无线网传输至路由节点。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种路灯控制系统，其特征在于：所述路灯控制系统还包括太阳能供电系统，所述太阳能供电系统分别与路灯和监控中心电连接，所述监控中心控制所述太阳能供电系统对路灯进行供电。

6.根据权利要求5所述的一种路灯控制系统，其特征在于：所述太阳能供电系统包括太阳能电池组、太阳能控制器和蓄电池，所述太阳能控制器电连接所述监控中心，所述太阳能控制器包括分别与所述太阳能电池组及所述蓄电池电连接的充电控制模块和与路灯连接的切换模块，所述充电控制模块用于控制太阳能电池组对蓄电池的充放电，所述切换模块用于切换蓄电池对路灯进行供电。

7.根据权利要求6所述的一种路灯控制系统，其特征在于：所述太阳能电池组与所述充电控制模块通过浪涌保护电路电连接；所述充电控制模块与所述蓄电池之间通过过充过放保护电路连接；所述切换模块与所述路灯之间电连接有恒流电路。

8.根据权利要求7所述的一种路灯控制系统，其特征在于：所述太阳能电池组上设有光线传感器，所述光线传感器连接太阳能控制器，所述光敏传感器用于采集室外光线的光线强度。

9.一种路灯控制方法，其特征在于，采用权利要求5-8任意一项所述的路灯控制系统，包括：采集室外光线强度，若光线强度值低于预定强度值且蓄电池电容量不低于最小阈值，则进行供电。

10.根据权利要求9所述的一种路灯控制方法，其特征在于：还包括：侦测太阳能电池组是否有电流产生，若有电流产生，则检测蓄电池电容量，并根据蓄电池电容量控制蓄电池的充电状态。