CN113194586A - 基于边缘计算网关的照明控制方法及照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明设备技术领域，具体涉及基于边缘计算网关的照明控制方法及照明系统,其包括边缘计算网关、受电设备以及控制终端，所述边缘计算网关与控制终端通信连接；边缘计算网关分别与受电设备之间通过网线连接；还包括以下步骤：定时判断边缘计算网关与控制终端以及受电设备的连接情况；边缘计算网关为受电设备供电；控制终端通过边缘计算网关发送控制指令和控制策略；边缘计算网关将来自控制终端的控制指令和控制策略后进行处理，然后向受电设备发送对应的控制指令和控制策略，同时边缘计算网关向控制终端发送反馈信息；受电设备执行对应操作，然后向边缘计算网关发送反馈信息。本发明简化了安装操作，节省了设备成本，运行稳定。

Description

基于边缘计算网关的照明控制方法及照明系统

技术领域

本发明涉及照明设备技术领域，具体涉及基于边缘计算网关的照明控制方法及照明系统。

背景技术

边缘网关是部署在网络边缘侧的网关，通过网络联接、协议转换等功能联接物理和数字世界，提供轻量化的联接管理、实时数据分析及应用管理功能。

传统智能户外照明路灯，如果需要同时兼顾正常照明以及实现照明控制功能，往往需要有两条线路，一条是电源线路，另一条是网络线路，二者是分开传输的。但是由于灯杆内设备较多，布线杂乱，非常影响施工和维护。

发明内容

本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供了基于边缘计算网关的照明控制方法及照明系统。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：基于边缘计算网关的照明控制方法，包括边缘计算网关、受电设备以及控制终端，所述边缘计算网关与控制终端通信连接；边缘计算网关分别与受电设备之间通过网线连接；还包括以下步骤：

S0、定时判断边缘计算网关与控制终端以及受电设备的连接情况；

S1、当边缘计算网关与受电设备的初次连接时，判断是否能为受电设备供电；若判断为能为受电设备供电，边缘计算网关为受电设备供电，并则执行步骤S2；

S2、控制终端通过边缘计算网关发送控制指令和控制策略，；

S3、边缘计算网关将来自控制终端的控制指令和控制策略后进行处理，然后向受电设备发送对应的控制指令和控制策略，同时边缘计算网关向控制终端发送反馈信息；

S4、受电设备接收来自边缘计算网关发送的控制指令后，执行对应操作，然后向边缘计算网关发送反馈信息。

本发明进一步设置为，判断是否能为受电设备供电的方法如下：

S11、边缘计算网关向受电设备输出一个低电压，等待受电设备反馈；

S12、当检测到受电设备的接入时，评估适合受电设备的功耗，然后执行步骤S13；否则，停止为受电设备进行供电。

S13、在启动供电期内，边缘计算网关开始从低电压向受电设备供电，并逐步增大供电电压值，直到检测到适合受电设备的功耗；

S14、为受电设备提供稳定的直流电源；并持续检测受电设备是否正常，若设备工作异常，停止供电；并重复步骤S11。

本发明进一步设置为，当检测到边缘计算网关与控制终端处于断开的状态时，使边缘计算网关重复与控制终端连接，并记录重复连接失败的次数，当重复连接失败的次数大于设定值时，停止继续与控制终端连接；当重复连接失败的次数小于设定值时，且当边缘计算网关与控制终端重新处于连接状态时，清空重复连接失败的次数，并正常处理来自控制终端的控制指令和控制策略。

本发明进一步设置为，边缘计算网关向受电设备发送的控制指令和控制策略后，若没有接收到来自受电设备的反馈，重复向受电设备发送数据，并记录重复发送数据的次数，当重复发送的次数大于设定值时，停止继续向受电设备发送数据。

本发明进一步设置为，当受电设备执行控制指令和控制策略后，采集受电设备的运行信息，然后通过边缘计算网关向控制终端反馈信息，并等待边缘计算网关的反馈，当未能在设定时间内接收到来自边缘计算网关的反馈时，受电设备再次向边缘计算网关发送反馈信息，并记录重复发送的次数，当重复发送的次数大于设定值时，停止继续向边缘计算网关发送数据。

一种使用基于边缘计算网关的照明控制方法的照明系统，所述边缘计算网关包括市电输入接口、电源转换单元、网关中央处理单元、网关检测单元、网关通信接口以及网关通信单元；所述电源转换单元将来自市电输入接口的电压转换为工作电压；所述电源转换单元、网关通信单元、网关检测单元均与所述网关中央处理单元电连接；所述网关中央处理单元通过所述网关通信单元与所述网关通信接口电连接；所述通信接口通过网线与所述受电设备电连接；所述网关中央处理单元与所述控制终端通信连接；

所述受电设备包括受电通信接口、受电中央控制单元、受电通信单元、受电检测单元以及执行单元；所述受电中央控制单元通过所述受电通信接口与所述网关通信接口电连接；所述执行单元、受电通信单元均与所述受电中央控制单元电连接。

本发明的有益效果是：本发明通过采用网线使边缘网关与受电设备之间同时实现信号传输和电源，还实现了照明系统的远程化、智能化管理。有效地降低了灯杆内布线数量，减少了布线杂乱的现象，简化了安装操作，节省了设备成本，降低了施工与维护成本，智能化检测供电提升了系统的安全性，具有很好的社会效益与经济效益。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，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为本发明的照明系统的原理图；

图2为边缘计算网关与受电设备初次连接时的工作流程图；

图3为本发明的边缘计算网关的电气原理图；

图4为受电设备为照明灯具时的电气原理图；

图5为本发明的工作流程图；

图6为边缘网关和受电设备初次连接时的工作流程图；

图7为受电设备的工作流程图；

图8为受电设备的受电检测单元的电路原理图。

附图标记：1、签名模块；2、功率等级确认模块；3、欠压锁存模块。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

如图1-8所示，本实施例的基于边缘计算网关的照明控制方法，包括边缘计算网关、受电设备以及控制终端，所述边缘计算网关与控制终端通信连接；边缘计算网关分别与受电设备之间通过网线连接；

还包括以下步骤：

S0、定时判断边缘计算网关与控制终端以及受电设备的连接情况；

S1、当边缘计算网关与受电设备的初次连接时，判断是否能为受电设备供电；若判断为能为受电设备供电，边缘计算网关为受电设备供电，并则执行步骤S2；

S2、控制终端通过边缘计算网关发送控制指令和控制策略，；

S3、边缘计算网关将来自控制终端的控制指令和控制策略后进行处理，然后向受电设备发送对应的控制指令和控制策略，同时边缘计算网关向控制终端发送反馈信息；

S4、受电设备接收来自边缘计算网关发送的控制指令后，执行对应操作，然后向边缘计算网关发送反馈信息。

本实施例的基于边缘计算网关的照明控制方法，判断是否能为受电设备供电的方法如下：

S11、边缘计算网关向受电设备输出一个低电压，等待受电设备反馈；

S12、当检测到受电设备的接入时，评估适合受电设备的功耗，然后执行步骤S13；否则，停止为受电设备进行供电。

S13、在启动供电期内，边缘计算网关开始从低电压向受电设备供电，并逐步增大供电电压值，直到检测到适合受电设备的功耗；

S14、为受电设备提供稳定的直流电源；并持续检测受电设备是否正常，若设备工作异常，停止供电；并重复步骤S11。

本实施例的基于边缘计算网关的照明控制方法，当检测到边缘计算网关与控制终端处于断开的状态时，使边缘计算网关重复与控制终端连接，并记录重复连接失败的次数，当重复连接失败的次数大于设定值时，停止继续与控制终端连接；当重复连接失败的次数小于设定值时，且当边缘计算网关与控制终端重新处于连接状态时，清空重复连接失败的次数，并正常处理来自控制终端的控制指令和控制策略。

本实施例的基于边缘计算网关的照明控制方法，边缘计算网关向受电设备发送的控制指令和控制策略后，若没有接收到来自受电设备的反馈，重复向受电设备发送数据，并记录重复发送数据的次数，当重复发送的次数大于设定值时，停止继续向受电设备发送数据。

本实施例的基于边缘计算网关的照明控制方法，当受电设备执行控制指令和控制策略后，采集受电设备的运行信息，然后通过边缘计算网关向控制终端反馈信息，并等待边缘计算网关的反馈，当未能在设定时间内接收到来自边缘计算网关的反馈时，受电设备再次向边缘计算网关发送反馈信息，并记录重复发送的次数，当重复发送的次数大于设定值时，停止继续向边缘计算网关发送数据。

一种使用基于边缘计算网关的照明控制方法的照明系统，所述边缘计算网关包括市电输入接口、电源转换单元、网关中央处理单元、网关检测单元、网关通信接口以及网关通信单元；所述电源转换单元将来自市电输入接口的电压转换为工作电压；所述电源转换单元、网关通信单元、网关检测单元均与所述网关中央处理单元电连接；所述网关中央处理单元通过所述网关通信单元与所述网关通信接口电连接；所述通信接口通过网线与所述受电设备电连接；所述网关中央处理单元与所述控制终端通信连接；

所述受电设备包括受电通信接口、受电中央控制单元、受电通信单元、受电检测单元以及执行单元；所述受电中央控制单元通过所述受电通信接口与所述网关通信接口电连接；所述执行单元、受电通信单元均与所述受电中央控制单元电连接。

具体地，受电设备为路灯、监控等受电设备，为了便于说明本实施例中的受电设备以照明灯具为例。控制终端可以是手机、电脑或者服务器等具有数据处理功能的电子设备，为了便于说明本实施例中的控制终端以照明控制设备为例。边缘网关与控制终端之间可以是有线连接也可以是无线连接。

实际操作时，当检测到受电设备的接入时，除了需要评估受电设备的功耗，还需要评估受电设备是否符合网关供电标准的受电设备，例如可以是符合POE、POE+或者是Hi-POE标准的设备。

本发明的照明控制系统照明控制设备、边缘计算网关和照明灯具。照明控制设备通过网络与所边缘计算网关相连，所述边缘计算网关与照明灯具通过网线相连。其中边缘计算网关充当了中间处理器的角色，具体地，外部的网线采用超五类或以上等级网线，其内包括了8芯4对的传输线，对应地，网关通信接口和受电通信接口都可以是常见的RJ45接头，但需确保网线接口内能与外部的超五类或以上等级网线适配使用。所述受电设备与边缘网关之间，可以同时实现通信与供电传输的功能。

所述控制终端通过边缘计算网关向照明灯具发送控制指令和控制策略；边缘计算网关接收到信号后所述供电与通信接口发指令给照明灯具，使得照明灯具调节输出电流，从而可以对路灯进行调光或开关控制。所述照明灯具，用于根据所述控制指令执行对应的照明操作；通过所述检测单元采集灯具的运行信息；通过所述边缘计算网关向控制终端反馈运行信息。

所述边缘计算网关包括壳体，设置在壳体内的电路板，从壳体引出地供电与通信接口。所述电源转换单元将市电转换为其它各单元正常工作所需的恒压电源；所述边缘计算网关用于转发照明控制设备下发的控制指令，并将执行策略存储在自身数据管理单元中，当检测到网络断开时，边缘计算网关根据之前存储的指令继续自动运行，避免因网络中断而影响系统功能。所述网关检测单元用于检测供电与通信接口的所接入设备的状态与网关设备的各种工作状态。通过网关通信单元向所述照明控制设备反馈所述运行信息；优选地，所述网关通信接口具有多个端口，端口具有防水防尘地功能。优选地，所述照明灯具和边缘计算网关均有不同的检测单元，所述照明灯具的检测单元采集与所述边缘计算网关的检测单元均可采集照明灯具的用电功率等运行信息，并对相关信息交叉比对，更加有效、准确的获取照明灯具的运行信息和异常故障问题。

网络供电过程如下，上电时边缘计算网并不是直接开始对照明灯具供电，而是要经过检测是否符合系统要求的过程后确认无误才开始供电：当边缘计算网关与受电设备的初次连接时，边缘计算网关会在网关通信接口输出一个很小的电压，通过超五类或以上等级网线与受电设备建立电连接，由于受电通信接口与受电中央控制单元之间会带有共模电阻，则可以由边缘计算网关的网关检测单元可以得知当前线路中的正常接入了标准负载的受电设备，并且能根据共模电阻的阻值识别出当前的受电设备采用哪级供电，也就是完成对该受电设备的所需功耗的评估。接着边缘计算网关开始供电在一个可配置的启动期内，边缘计算网关设备开始从低电压向照明灯具供电，直到预设的工作电压为止；然后持续为照明灯具提供稳定的直流电源。如果照明灯具从网络上断开,边缘计算网关设备会快速地停止为照明灯具供电，并反复检测线缆是否连接上了照明灯具，并不会继续供电，从而避免设备被烧坏的可能性。

图中8示出了受电设备的受电检测单元的电路原理图，其中，受电检测单元包括了签名模块、功率等级确认模块以及欠压锁存模块；所述签名模块用于供边缘计算网关确定为标准受电设备；所述功率等级确认模块用于供边缘计算网关确定供电等级；所述欠压锁存模块用于使受电检测单元与受电中央检测单元之间隔离；其中，签名模块包括共模电阻R7；共模电阻R7的两端分别与受电通信接口电连接；功率等级确认模块包括齐纳二极管D2以及至少一个分级电路；欠压锁存模块包括齐纳二极管D3；其中，齐纳二极管D2的导通电压低于所述齐纳二极管D3的导通电压；

下面结合受电设备的受电检测单元的电路原理图，来解释如何判断是否能为受电设备进行判断：

S11、边缘计算网关向受电设备输出一个低电压，等待受电设备反馈；

S12、当检测到受电设备的接入时，评估受电设备是否符合网关供电标准的受电设备，评估适合受电设备的功耗，然后执行步骤S13；否则，停止为受电设备进行供电。

首先边缘计算网关会发送一个测试电压给在网的受电设备，以探测受电设备中的签名模块的共模电阻(其阻值为可以预设为24.9kΩ)。首先将测试电压设置为2.5V，如果边缘计算网关收到受电设备的反馈，即边缘计算网关检测到来自受电设备的阻抗特征与预设的共模电阻适当(24.9kΩ)，然后边缘计算网关便会继续提升电压到10V，用于补偿网线的阻抗损耗。如果检测不到适合的特征阻抗，边缘计算网关将不会为线缆加电。另外，受电设备的电路中功率等级确认模块和欠压所存模块中的齐纳二极管D2和D3均高于10V启动电压，因此会保证受电设备的其余部分不受测试信号的干扰。上述设置能避免对不恰当的设备进行供电，避免误接入其他设备的时候，对其它设备造成损坏。

S13、在启动供电期内，边缘计算网关开始从低电压向受电设备供电，并逐步增大供电电压值，直到检测到适合受电设备的功耗；

当检测到受电设备为标准受电设备之后，边缘计算网关将向受电设备施加15～20V的电压，此时，功率等级确认模块中的齐纳二极管D2导通，线路中接入所述功率等级确认模块。然后边缘计算网关将通过测量线缆中的电流大小，来确定受电设备的级别。

具体地，如果除了探测到第一级的电阻外没发现其他分级电路，该设备被定义成零级别。如果除了探测到第一级的电阻外发现一个分级电路，该设备被定义成一级。具体地，可以通过配置可调电阻的阻值来适配不同功率的受电设备。图8中提供了一个四级的电路。在此阶段，受电设备中的齐纳二极管D3(可以设置为需要超过27V以上才能启动)低于20V不启动，受电设备中的电源部分将被欠压锁存模块维持在无源状态，以便隔离后部电路，直至特征和分级阶段完成。当电压大于27V时，齐纳二极管D3导通，MOS管Q5导通。

S14、为受电设备提供稳定的直流电源；并持续检测受电设备是否正常，若设备工作异常，停止供电；并重复步骤S11。

功耗确定后，也就是分级完成后，在一个可配置时间(一般设置为小于15μs)的启动期内，边缘计算网关设备开始从低电压向受电设备进行如下操作：首先对受电设备开始供电期，直至提供48V的直流电源。稳定供电期：为受电设备提供稳定可靠48V的直流电，满足受电设备不超过额定功率消耗。断电应对期：若受电设备从网络上断开时，边缘计算网关就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为受电设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接受电设备。

以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。

Claims (6)

1.基于边缘计算网关的照明控制方法，其特征在于：

包括边缘计算网关、受电设备以及控制终端，所述边缘计算网关与控制终端通信连接；边缘计算网关分别与受电设备之间通过网线连接；还包括以下步骤：

S0、定时判断边缘计算网关与控制终端以及受电设备的连接情况；

S1、当边缘计算网关与受电设备的初次连接时，判断是否能为受电设备供电；若判断为能为受电设备供电，边缘计算网关为受电设备供电，并则执行步骤S2；

S2、控制终端通过边缘计算网关发送控制指令和控制策略，；

S3、边缘计算网关将来自控制终端的控制指令和控制策略后进行处理，然后向受电设备发送对应的控制指令和控制策略，同时边缘计算网关向控制终端发送反馈信息；

S4、受电设备接收来自边缘计算网关发送的控制指令后，执行对应操作，然后向边缘计算网关发送反馈信息。

2.根据权利要求1所述的基于边缘计算网关的照明控制方法，其特征在于：判断是否能为受电设备供电的方法如下：

S11、边缘计算网关向受电设备输出一个低电压，等待受电设备反馈；

S12、当检测到受电设备的接入时，评估适合受电设备的功耗，然后执行步骤S13；否则，停止为受电设备进行供电。

S13、在启动供电期内，边缘计算网关开始从低电压向受电设备供电，并逐步增大供电电压值，直到检测到适合受电设备的功耗；

S14、为受电设备提供稳定的直流电源；并持续检测受电设备是否正常，若设备工作异常，停止供电；并重复步骤S11。

3.根据权利要求1所述的基于边缘计算网关的照明控制方法，其特征在于：当检测到边缘计算网关与控制终端处于断开的状态时，使边缘计算网关重复与控制终端连接，并记录重复连接失败的次数，当重复连接失败的次数大于设定值时，停止继续与控制终端连接；当重复连接失败的次数小于设定值时，且当边缘计算网关与控制终端重新处于连接状态时，清空重复连接失败的次数，并正常处理来自控制终端的控制指令和控制策略。

4.根据权利要求1所述的基于边缘计算网关的照明控制方法，其特征在于：边缘计算网关向受电设备发送的控制指令和控制策略后，若没有接收到来自受电设备的反馈，重复向受电设备发送数据，并记录重复发送数据的次数，当重复发送的次数大于设定值时，停止继续向受电设备发送数据。

5.根据权利要求1所述的基于边缘计算网关的照明控制方法，其特征在于：当受电设备执行控制指令和控制策略后，采集受电设备的运行信息，然后通过边缘计算网关向控制终端反馈信息，并等待边缘计算网关的反馈，当未能在设定时间内接收到来自边缘计算网关的反馈时，受电设备再次向边缘计算网关发送反馈信息，并记录重复发送的次数，当重复发送的次数大于设定值时，停止继续向边缘计算网关发送数据。

6.一种使用如权利要求1-5任一所述的边缘计算网关的照明控制方法的照明系统，其特征在于：

所述边缘计算网关包括市电输入接口、电源转换单元、网关中央处理单元、网关检测单元、网关通信接口以及网关通信单元；所述电源转换单元将来自市电输入接口的电压转换为工作电压；所述电源转换单元、网关通信单元、网关检测单元均与所述网关中央处理单元电连接；所述网关中央处理单元通过所述网关通信单元与所述网关通信接口电连接；所述通信接口通过网线与所述受电设备电连接；所述网关中央处理单元与所述控制终端通信连接；

所述受电设备包括受电通信接口、受电中央控制单元、受电通信单元、受电检测单元以及执行单元；所述受电中央控制单元通过所述受电通信接口与所述网关通信接口电连接；所述执行单元、受电通信单元均与所述受电中央控制单元电连接。

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