CN110087375B - 一种基于LoRa的照明控制系统及其照明控制方法 - Google Patents

一种基于LoRa的照明控制系统及其照明控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于LoRa的照明控制系统及其照明控制方法，用于控制端向LoRa节点群发控制指令，所述控制指令包括第一广播指令和第二广播指令，所述第一广播指令包括第一控制字和设备控制信息序列；所述设备控制信息序列包括至少一组设备控制信息；所述设备控制信息包括设备ID和设备参数；所述第二广播指令包括第二控制字、设备参数和设备ID序列，所述设备ID序列中的设备采用相同的设备参数；所述控制端向LoRa节点群发控制指令序列，每个所述控制指令序列采用第一广播指令和第二广播指令中的一种，所述控制指令序列通过手动模式或自动模式选择第一广播指令或第二广播指令。本发明的控制方法优化了照明控制系统群发控制总的发送时间，提高发送效率。

Description

一种基于LoRa的照明控制系统及其照明控制方法
技术领域
本发明涉及智能照明控制领域，尤其涉及一种基于LoRa的照明控制系统及其照明控制方法。
背景技术
由于LoRa为一无线网络的双向通讯协议，采用免费频段，无需授权，因而无流量费，同时覆盖范围大，在城市内，LoRa网关信号覆盖半径是2-5公里，因此被应用于路灯照明远程管理系统。
如路灯照明远程管理系统，采用LoRa组网，包括云平台、监控中心、LoRa网关(又称LoRa基站或LoRa集中器)、LoRa节点及路灯，LoRa网关和Lora节点之间为星型组网，云平台通过LoRa网关和LoRa节点连接，由LoRa节点实现路灯的开、关、调光等指令，同时可将路灯的自检状态信号回传给云平台，监控中心访问云平台，发送控制指令或进行状态查询，以监控每盏路灯的信息。
照明管理系统也可应用于大楼的统一照明管理，对大楼内需要统一管理的照明灯设置LoRa节点进行控制，以控制照明灯的开、关和调光，采用无线管理无需通过灯控布线，简单易用。
照明灯控制，通常在特定的时间点，会进行群发控制，比如晚上6点集体开灯，早上6点集体关灯。在通常的应用层协议中，可将灯的信息连续编入数据段中，灯的信息包括其ID信息及参数，最基础的参数就是开灯/关灯，在智能照明灯控制时，部分灯具需要进行调光控制，调光参数包括亮度和色温，为节约管理开销，在同一个网络中的所有可集群管理的同类设备的设备控制信息的长度保持一致，以保证控制端的控制指令的封装和LoRa节点对所接收的控制指令的解析。而为保证LoRa的有效无线覆盖，保证控制指令的发送成功率，LoRa带宽限定控制指令的数据段长度不大于200字节，限定发送每帧控制指令间隔不小于2秒，假定每个灯的控制需要5个字节，在一个2000个LoRa节点的照明控制管理系统，采用广播控制要完成全部路灯的控制，需要约100秒。因控制灯的时间越短，控制效率越高，同时客户的接受度也越高，因此需要优化控制指令的帧结构以在更短的时间完成灯的群发控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于LoRa的照明控制系统及其照明控制方法，以减少照明控制系统的群发控制的总的时间，提高群发控制效率。
为实现该目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于LoRa的照明控制方法，用于控制端向LoRa节点群发控制指令，
所述控制指令包括第一广播指令和第二广播指令，
所述第一广播指令包括第一控制字和设备控制信息序列；所述设备控制信息序列包括至少一组设备控制信息；所述设备控制信息包括设备ID和设备参数；
所述第二广播指令包括第二控制字、设备参数和设备ID序列，所述设备ID序列中的设备采用相同的设备参数；
所述控制端向LoRa节点群发控制指令序列，每个所述控制指令序列采用第一广播指令和第二广播指令中的一种，所述控制指令序列通过手动模式或自动模式选择第一广播指令或第二广播指令。
进一步的，所述自动模式包括以下步骤：
设定切换阈值；
分别采用第一广播指令和第二广播指令编辑控制指令序列，统计该控制指令序列所包含的第一广播指令的指令数或第二广播指令的指令数；
当采用第二广播指令的指令数小于切换阈值时，所述控制指令序列采用第二广播指令；当采用第二广播指令的指令数大于等于切换阈值时，所述控制指令序列采用第一广播指令。
进一步的，当具有同一设备参数的设备ID数量超出单个控制指令数量限制时，自动分割成多个第二广播指令，以统计采用第二广播指令的指令数。
进一步的，所述第一控制字和所述第二控制字为一个字节，所述第一控制字和所述第二控制字为不等值的常量。
进一步的所述设备控制信息的参数包括色温和亮度。
进一步的，所述亮度的长度为一个字节，所述亮度包括照明灯的开关控制信息。
进一步的，所述色温的长度为两个字节。
进一步的，本发明提供一种基于LoRa的照明控制系统，包括控制端、LoRa网关和多个照明灯，每个照明灯具有一个LoRa节点，所述控制端通过LoRa网关与每个照明灯构成LoRa通信网络，所述控制端和照明灯通过上述的照明控制方法进行照明控制。
技术效果：
基于本发明的照明控制方法，定义了适用于照明控制系统的群发控制指令：第一广播指令和第二广播指令的帧格式，并能通过手动或自动模式合理选择群发控制指令的方式，可大大减少照明控制系统进行照明灯集中控制的完成时间，提升控制效率。
附图说明
图1是本发明的照明控制系统的组网图；
图2是本发明的照明控制方法的第一广播指令的报文样例；
图3是本发明的照明控制方法的第二广播指令的报文样例。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种基于LoRa的照明控制系统及其照明控制方法，该照明控制系统包括：控制端(PC电脑)、服务器、LoRa网关、LoRa节点和照明灯，其中服务器、控制端(PC电脑)、LoRa网关通过局域网或广域网连接，LoRa网关至节点通过LoRa无线网络连接，每个照明灯通过一个LoRa节点进行控制。在实际应用中，控制端可直接通过LoRa网关发送控制指令给LoRa节点，进而控制照明灯，控制端也可以通过服务器，由服务器通过LoRa网关发送控制指令给LoRa节点，进而控制照明灯。
在本示例性应用中，为满足客户的个性化需求,照明控制系统所控制的照明灯的一部分是可调色、调光的。为减少指令的管理开销，在本照明控制系统的所有照明灯均采用相同的设备控制信息字符段，以便于控制指令的封装和解析，因此，在控制指令的设备控制信息中均包括亮度和色温信息。
照明控制系统对照明灯的控制包括群发控制和单独控制，本发明的照明控制方法是对于群发控制的优化。本发明的照明控制方法定义了适用于照明控制系统的群发控制指令：第一广播指令和第二广播指令的帧格式，该群发控制指令基于LoRa的应用层应用，其中图2是第一广播指令的报文样例，图3是第二广播指令的报文样例。
该控制指令由控制端或服务器封包后发出，以群发方式经由LoRa网关透传给各LoRa节点，LoRa节点解析控制指令，获取并控制所关联的照明灯的开、关、亮度控制、色温控制等。
本发明的照明控制方法采用双指令混合的方式。以控制指令首字节作为控制字，当首字为0x01时采用第一广播指令，当首字节为0x02时采用第二广播指令。在本示例性应用中，照明灯的设备控制信息为5个字节，包括设备ID和设备参数信息，如照明灯的亮度和色温信息，具体样例如图2和图3所示。
在本具体实施例中，照明灯为LED灯，包括设备ID和2个控制参数：亮度和色温。单个Lora网络最大可支持65000多个设备，设备ID为2个字节，以满足组网的地址要求。
更具体的，亮度信息用1个字节表示，包括了照明灯的开关信息，如亮度信息值的范围为0x00-0x64，0x00表示照明灯的亮度为0，照明灯处于关闭状态，其它值表示照明灯处于开启状态，0x64表示照明灯的最大亮度；色温信息用2个字节表示，通常照明灯的色温用K度值表示，如2700K表示暖白光，6500K表示正白光，可将色温值通过字符转换的方式进行快速转换，如2700K表示为0x27、0x00，6500K表示为0x65、0x00，亮度信息和色温信息均为自定义，其字节数以方便应用为准，仅作为示例说明，在此不做进一步阐述。
因此，在本具体示例性应用时，采用第一广播指令，控制一个灯需要5字节，包括设备ID及参数亮度和色温；单个控制指令(控制指令的数据帧长度按200字节计)可以最多控制39个照明灯。当群发控制的照明灯数量超出第一广播指令的容量时，则控制指令按所允许的最大数据帧长度自动分组，形成第一广播指令序列并按控制指令的时间间隔依次发送。在一个照明控制系统中，所述照明灯的控制字的长度保持一致，以保证各照明灯所关联的LoRa节点对控制指令的正确解析。
采用第二广播指令，则是以控制参数为引，在控制端将具有相同参数的照明灯分类聚合，形成第二广播指令序列。以示例所用的照明灯为例，设备ID为2个字节，一个第二广播指令最多可以控制98盏灯。当相同参数的照明灯聚合的数量超过单个控制指令的容量时，则自动分组形成多个第二广播指令。
当然采用第二广播指令，每个控制指令仅能发送一组参数，因控制指令的发送频率固定，控制指令的数据帧的长度越短，则控制指令效率越低。
假设照明控制系统所需要控制的灯为2000盏，每个照明灯的控制字的长度为5字节，为方便计算则每个第一广播指令最多可控制40个照明灯，第二广播指令最多可控制100个照明灯。则生成的第一广播指令序列的指令数为50个，总的发送时间需要50*2＝100秒。极端情况下，假定所有照明灯的参数一致，则生成的第二广播指令序列的指令数为20个，总的发送时间需要20*2＝40秒，控制效率较采用第一广播指令有明显提升，若照明灯的参数均不一致，生成的第二广播指令序列的指令数为2000个时，则控制指令的总的发送时间需要2000*2＝4000秒，控制效率较采用第一广播指令低。因此，需要在控制指令发送之前进行统计判断。
在输出控制指令时，可以选用手动模式或自动模式选取控制指令的的形式为第一广播指令或第二广播指令。
在群发控制指令时，控制指令序列的指令数越少，控制效率越高，因此可以通过统计两种控制指令的方式下的控制指令序列的指令数，进而选择适合的控制指令方式。
当采用自动模式时，可以采用自适应方式或固定阈值，如采用固定阈值，则统计采用第二广播指令方式的指令数，当统计的指令数小于固定阈值时，则控制指令的形式采用第二广播指令方式；当统计的指令数大于或等于固定阈值时，则控制指令的形式采用第一广播指令方式。
当采用自适应方式时，分别统计采用第一广播指令方式和第二广播指令方式所需的指令数，当统计的第二分组组数小于第一分组组数时，则控制指令的形式采用第二广播指令方式；反之，则控制指令的形式采用第一广播指令方式。
在整个控制过程中，由于控制端的统计、数据封装和Lora节点的解析时间相对控制指令的发送时间均可忽略不计，若要优化群发控制的效率需要减少群发控制时的指令数。本发明基于照明控制系统所控制的照明灯的技术特性，在群发控制时，定义第一广播指令和第二广播指令的帧格式，分别从设备控制信息中的设备ID和设备信息(如照明灯的亮度、色温等)建立组合，形成第一广播指令序列和第二广播指令序列，并从中指定或自动选取发送时间较短的方式，从而减少照明控制系统在群发控制时的总的发送时间和发送效率。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于LoRa的照明控制方法，其特征在于：用于控制端向LoRa节点群发控制指令，
所述控制指令包括第一广播指令和第二广播指令；
所述第一广播指令包括第一控制字和设备控制信息序列；所述设备控制信息序列包括至少一组设备控制信息；所述设备控制信息包括设备ID和设备参数；
所述第二广播指令包括第二控制字、设备参数和设备ID序列，所述设备ID序列中的设备采用相同的设备参数；
所述控制端向LoRa节点群发控制指令序列，每个所述控制指令序列采用第一广播指令和第二广播指令中的一种，所述控制指令序列通过手动模式或自动模式选择第一广播指令或第二广播指令；
所述自动模式包括以下步骤：
设定切换阈值；
分别采用第一广播指令和第二广播指令编辑控制指令序列，统计该控制指令序列所包含的第一广播指令的指令数或第二广播指令的指令数；
当采用第二广播指令的指令数小于切换阈值时，所述控制指令序列采用第二广播指令；当采用第二广播指令的指令数大于等于切换阈值时，所述控制指令序列采用第一广播指令。
2.如权利要求1所述的照明控制方法，其特征在于：当具有同一设备参数的设备ID数量超出单个控制指令数量限制时，自动分割成多个第二广播指令，以统计采用第二广播指令的指令数。
3.如权利要求1所述的照明控制方法，其特征在于：所述第一控制字和所述第二控制字为一个字节，所述第一控制字和所述第二控制字为不等值的常量。
4.如权利要求1所述的照明控制方法，其特征在于：所述设备控制信息的参数包括色温和亮度。
5.如权利要求4所述的照明控制方法，其特征在于：所述亮度的长度为一个字节，所述亮度包括照明灯的开关控制信息。
6.如权利要求4所述的照明控制方法，其特征在于：所述色温的长度为两个字节。
7.一种基于LoRa的照明控制系统，包括控制端、LoRa网关和多个照明灯，每个照明灯具有一个LoRa节点，所述控制端通过LoRa网关与每个照明灯构成LoRa通信网络，其特征在于：所述控制端和照明灯通过如权利要求1-6任一项所述的照明控制方法进行照明控制。
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