CN113949726B - 一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法及智能防爆灯 - Google Patents

一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法及智能防爆灯 Download PDF

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Abstract

一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法及智能防爆灯,安装多个智能防爆灯，每个智能防爆灯包括天线、单灯控制器，单灯控制器包括射频匹配电路、广域网通讯管理电路、局域网通讯管理电路；单灯控制器检测有无接收广域网载波信号，当单灯控制器接收到广域网载波信号时，完成广域网连接实现与物联网平台通讯，局域网通讯管理电路通过天线周期性向外发射包含所创建的局域网网络特征信息的局域网载波信号；当单灯控制器没有接收到广域网载波信号次数达到阈值时，局域网通讯管理电路通过天线向周边搜索智能防爆灯发出的局域网载波信号，并根据信号的质量择优接入，自组建立本地局域网实现与物联网平台通讯，实现智能防爆灯通讯的可靠性提升。

Description

一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法及智能防爆灯
技术领域
本发明涉及一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法及智能防爆灯。
背景技术
防爆路灯，隔爆型最高防爆等级，可在各种易燃易爆场所安全使用。用于危险生产的重型企业，修建的工程路灯，防爆路灯专为石化、化工、石油等场地设计。
传统的工业物联网主要应用于民用领域，终端设备网络架构中，普遍采用单一的通讯模式，如采用电力线载波通讯、RS485通讯等与平台直接连接，如或采用某种广域无线网（NB-IOT/4G等）直接与云平台直接通讯，如或采用单一局域无线网和无线网关进行数据通讯。但这种单一的无线通讯模式在防爆场合下，网络信号易受到金属管廊及桥架、周围电磁环境等的干扰，或受通讯天线损坏等异常影响，极易与物联网管理平台失联而成为信息孤岛，无法对防爆灯进行控制，无法知晓防爆灯现场实际运行状态，带来不可估量的损失。
采用有线的连接会额外增加防爆现场设备使用的成本，防爆工艺处理复杂，尤其是安装、检修时，需要大面积断电，安装、检修成本高且难度大。因此，采用单一的无线通讯方式和采用有线通讯方式都无法满足防爆领域高可靠性的通讯要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法，包括以下步骤：
S1，在规划空间内根据局域网的有效传输距离安装多个智能防爆灯，每个所述智能防爆灯包括天线、单灯控制器，所述单灯控制器包括与所述天线相连接的射频匹配电路、与所述射频匹配电路的广域网管脚相连接并与物联网平台相通讯的广域网通讯管理电路、与所述射频匹配电路的局域网管脚相连接具有路由功能的局域网通讯管理电路；
S2，每个所述智能防爆灯的单灯控制器检测有无接收广域网载波信号，当所述单灯控制器接收到广域网载波信号时，完成广域网连接实现与物联网平台通讯，所述局域网通讯管理电路通过所述天线周期性向外发射包含所创建的局域网网络特征信息的局域网载波信号，所述智能防爆灯构成网关；当所述单灯控制器没有接收到广域网载波信号次数达到阈值时，所述局域网通讯管理电路通过所述天线向周边搜索所述智能防爆灯发出的局域网载波信号，并根据信号的质量择优接入，自组建立本地局域网实现与物联网平台通讯，实现智能防爆灯通讯的可靠性提升。
在某些实施方式中，当所述智能防爆灯通过附近构成网关的智能防爆灯将数据上传到所述物联网平台，所述物联网平台记录该智能防爆灯的路由信息，且经过同样的路由向该智能防爆灯发送数据信息。
在某些实施方式中，所述局域网载波信号包括ZigBee信号、BLE MESH信号、LORA信号、WIFI MESH信号中的一种或多种。
在某些实施方式中，所述广域网载波信号包括NB-IOT信号、4G信号、5G信号的一种或多种。
本发明要解决的又一技术问题是提供一种智能防爆灯。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种实现上述任意一项所述的一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法的智能防爆灯，所述智能防爆灯包括壳体、设置于所述壳体内的光源、单灯控制器、与所述单灯控制器相连接的天线、LED驱动电源，所述单灯控制器包括与所述天线相连接的射频匹配电路、与所述射频匹配电路的广域网管脚相连接并与物联网平台相通讯的广域网通讯管理电路、与所述射频匹配电路的局域网管脚相连接具有路由功能的局域网通讯管理电路。
在某些实施方式中，所述天线为双模共天线，所述射频匹配电路包括与所述天线相连接的射频带通滤波器、与所述射频带通滤波器相连接的射频双工器、与所述射频双工器的低段波管脚相连接并实现载波合成和还原的低频滤波器、与所述射频双工器的高段波管脚相连接并实现载波合成和还原的高通滤波器，所述广域网通讯管理电路与所述低频滤波器的广域网管脚相连接，所述局域网通讯管理电路与所述高通滤波器的局域网管脚相连接。
在某些实施方式中，所述双模共天线为双层结构，包括设置有高增益振子结构的天线基板、天线屏蔽板、连接在天线基板与所述天线屏蔽板之间的支架、与所述高增益振子结构相连接的信号线，所述天线基板与所述天线屏蔽板中心相对，并分别在中心位置开有同轴穿孔，所述信号线依次穿过所述天线基板与所述天线屏蔽板的同轴穿孔向外引出。
在某些实施方式中，所述天线屏蔽板盘面大于天线基板，所述高增益振子结构为环状铜箔贴片，贴附在所述天线基板表层。
在某些实施方式中，所述射频双工器型号为DPX165850DT-8033B1，所述射频带通滤波器包括0欧电感L7、分别连接在电感L7两端与地之间的电容C90与电容C9, 所述低频滤波器包括0欧电感L8、分别连接在电感L8两端与地之间的电容C94与电容C95, 所述高通滤波器包括串联的0欧电感L6与模拟混合信号芯片、连接在高段波管脚与地之间的电容C92，所述模拟混合信号芯片型号为DEA162300HT-8047A1。
在某些实施方式中，所述局域网通讯管理电路包括ZigBee通信模组、BLE MESH通信模组、LORA通信模组、WIFI MESH通信模组中的一种或多种，所述广域网通讯管理电路包括NB-IOT通信模组、4G通信模组、5G通信模组中的一种或多种。
本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过在每个智能防爆灯内同时设置直接与物联网平台通讯连接的广域网通讯管理电路和具有路由功能的局域网通讯管理电路，正常运作情况下，物联网平台能够直接通过广域网无线控制每个智能防爆灯，同时，所有正常运作的智能防爆灯都构成网关，当某个智能防爆灯无法直接连接物联网平台时，局域网通讯管理电路切换到终端模式，其局域网通讯管理电路通过搜索由附近智能防爆灯发出的最强网关信号自组建立局域网，从而间接与物联网平台实现通讯。即本发明通过将广域无线直接连接到运营商基站和物联网平台进行通讯，与独有的自组网技术发起组建本地无线局域网相结合，保持智能防爆灯的通讯，提高了通讯的可靠性和稳定性。并且因采用无线网络，在单灯控制器中设计电路模块，在防爆照明产品中也不会额外增加防爆成本和工艺处理复杂度，生产成本较低。
附图说明
附图1为智能防爆灯系统结构示意图；
附图2为智能防爆灯直接无线连接物联网平台的通讯连接示意图；
附图3为智能防爆灯通过局域网连接的通讯连接示意图；
附图4为智能防爆灯内的部件连接示意图；
附图5为单灯控制器的模块示意图；
附图6为射频匹配电路示意图；
附图7为天线侧视图；
附图8为天线俯视图；
其中: 1、壳体；2、单灯控制器；3、双模共天线；4、LED驱动电源；
21、逻辑控制单元；22、存储单元；23、PWM调光电路；24、射频匹配电路；25、局域网通讯管理电路；26、广域网通讯管理电路；27、GPS模组；28、定时器；
31、天线基板；32、天线屏蔽板；33、支架；34、信号线；35、高增益振子结构。
具体实施方式
如附图4所示，一种智能防爆灯包括壳体1、设置于壳体1内的光源、单灯控制器2、与单灯控制器2相连接的天线3、LED驱动电源4。
如附图5所示，单灯控制器2包括逻辑控制单元21、存储单元22、PWM调光电路23、定时器28、与天线3相连接的射频匹配电路24，还包括局域网通讯管理电路25、广域网通讯管理电路26、GPS模组27等。GPS模块使得智能防爆灯安装到位连接网络后，就能上传确定的位置信息，便于识别、控制，并在第一时间维护。根据局域网的有效传输距离，在规划空间内，如石化、化工、石油等场地，安装多个智能防爆灯即组建智能防爆灯系统。
本实施例智能防爆灯中采用单个天线，如附图7、8所示，该天线为双模共天线3，双层结构，包括设置有高增益振子结构35与接地结构的天线基板31、由金属制成或PCB板上覆盖有金属层的天线屏蔽板32、连接在天线基板31与天线屏蔽板32之间的连接支架33、与高增益振子结构35及接地相连接的信号线34。天线基板31与天线屏蔽板32中心相对，并分别在中心位置开有同轴穿孔，信号线34依次穿过天线基板31与天线屏蔽板32的同轴穿孔向外引出。高增益振子结构35为环状铜箔贴片，贴附在天线基板31表层，天线基板31表层接地为贴附的半环状接地。高增益振子结构35是现有技术原理，购买而来。但本申请设计的双层结构的双模共天线3，内置防爆壳体1内，如设置于LED光源腔内，通过灯罩罩设于壳体1内，收发信号能力较强，且壳体1内电子设备较多，会对天线信号产生干扰，底部金属制的天线屏蔽板32盘面大于天线基板31，对壳体1内的电磁信号形成较好的屏蔽。
如附图6所示，射频匹配电路24包括与双模共天线3相连接的射频带通滤波器、与射频带通滤波器相连接的射频双工器、与射频双工器的低段波管脚相连接并实现载波合成和还原的低频滤波器、与射频双工器的高段波管脚相连接并实现载波合成和还原的高通滤波器。射频带通滤波器为π型，包括0欧电感L7、分别连接在电感L7两端与地之间的电容C90与电容C9。低频滤波器也为π型，包括0欧电感L8、分别连接在电感L8两端与地之间的电容C94与电容C95。高通滤波器为LC型，包括串联的0欧电感L6与模拟混合信号芯片、连接在高段波管脚与地之间的电容C92。广域网通讯管理电路26与低频滤波器的广域网管脚相连接，局域网通讯管理电路25与高通滤波器的局域网管脚相连接。广域网载波信号通过低频滤波器输出给广域网通讯管理电路26接收，局域网载波信号通过高通滤波器输出给局域网通讯管理电路25接收。
本实施例中，模拟混合信号芯片型号为DEA162300HT-8047A1。射频双工器型号为DPX165850DT-8033B1。局域网通讯管理电路25为2.4GHz 的ZigBee通信模组。广域网通讯管理电路26为850MHz 的NB-IOT通信模组。支持2.4GHz和850Mhz的双模共天线3，固定在灯具内部进行无线信号的收发；当发射信号时，850MHz和2.4GHz信号通过射频双工器融合后输送给多振子双模共天线3进行发射，当信号接收时，850MHz低频信号通过低频滤波器后输出给低频的广域网无线接收处理电路，2.4GHz高频信号经过高通滤波器后输出给高频的局域网通讯接收处理电路。
如附图1-3所示，智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法,包括以下步骤：
S1，在规划空间内，如油矿、化工厂等，根据ZigBee局域网的有效传输距离在该规划空间内安装多个智能防爆灯；
S2，每个智能防爆灯的单灯控制器2检测有无接收广域网载波信号，当单灯控制器2接收到广域网载波信号时，完成广域网连接实现与物联网平台通讯，局域网通讯管理电路25通过天线周期性向外发射包含所创建的局域网网络特征信息的局域网载波信号，智能防爆灯构成网关；当单灯控制器2没有接收到广域网载波信号次数达到阈值时，局域网通讯管理电路25通过天线向周边搜索智能防爆灯发出的局域网载波信号，并根据信号的质量择优接入，自组建立本地局域网实现与物联网平台通讯，将数据上传到物联网平台，物联网平台记录该智能防爆灯的路由信息，且经过同样的路由向该智能防爆灯发送数据信息，智能防爆灯通讯的可靠性提升。
采用NB-IOT无线通讯与控制中心服务器或云端服务器进行直连通信的两级网络架构；再结合采用Zigbee实现本地局域网通讯作为NB-IOT通讯备份冗余。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，在规划空间内根据局域网的有效传输距离安装多个智能防爆灯，每个所述智能防爆灯包括天线、单灯控制器（2），所述天线为双模共天线（3），
所述单灯控制器（2）包括与所述天线相连接的射频匹配电路（24）、与所述射频匹配电路（24）的广域网管脚相连接并与物联网平台相通讯的广域网通讯管理电路（26）、与所述射频匹配电路（24）的局域网管脚相连接具有路由功能的局域网通讯管理电路（25），
所述射频匹配电路（24）包括与所述天线相连接的射频带通滤波器、与所述射频带通滤波器相连接的射频双工器、与所述射频双工器的低段波管脚相连接并实现载波合成和还原的低频滤波器、与所述射频双工器的高段波管脚相连接并实现载波合成和还原的高通滤波器，所述广域网通讯管理电路（26）与所述低频滤波器的广域网管脚相连接，所述局域网通讯管理电路（25）与所述高通滤波器的局域网管脚相连接；
S2，每个所述智能防爆灯的单灯控制器（2）检测有无接收广域网载波信号，当所述单灯控制器（2）接收到广域网载波信号时，通过广域网连接实现与物联网平台通讯，所述局域网通讯管理电路（25）通过所述天线周期性向外发射包含有创建的局域网网络特征信息的局域网载波信号，所述智能防爆灯兼做网关；当所述单灯控制器（2）没有接收到广域网载波信号次数达到阈值时，该故障智能防爆灯内的所述局域网通讯管理电路（25）通过所述天线向周边搜索兼做网关的所述智能防爆灯发出的局域网载波信号，并根据信号的质量择优接入正常运作兼做网关的智能防爆灯，自组建立本地局域网实现与物联网平台通讯，实现智能防爆灯通讯的可靠性提升。
2.根据权利要求1所述的一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法，其特征在于：当所述智能防爆灯通过附近构成网关的智能防爆灯将数据上传到所述物联网平台，所述物联网平台记录该智能防爆灯的路由信息，且经过同样的路由向该智能防爆灯发送数据信息。
3.根据权利要求1所述的一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法，其特征在于：所述局域网载波信号包括ZigBee信号、BLE MESH信号、LORA信号、WIFI MESH信号中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法，其特征在于：所述广域网载波信号包括NB-IOT信号、4G信号、5G信号的一种或多种。
5.一种实现权利要求1-4中任意一项所述的一种智能防爆灯系统的通讯可靠性提升方法的智能防爆灯，其特征在于：所述智能防爆灯包括壳体（1）、设置于所述壳体（1）内的光源、单灯控制器（2）、与所述单灯控制器（2）相连接的天线、LED驱动电源（4），所述天线为双模共天线（3），
所述单灯控制器（2）包括与所述天线相连接的射频匹配电路（24）、与所述射频匹配电路（24）的广域网管脚相连接并与物联网平台相通讯的广域网通讯管理电路（26）、与所述射频匹配电路（24）的局域网管脚相连接具有路由功能的局域网通讯管理电路（25）,
所述射频匹配电路（24）包括与所述天线相连接的射频带通滤波器、与所述射频带通滤波器相连接的射频双工器、与所述射频双工器的低段波管脚相连接并实现载波合成和还原的低频滤波器、与所述射频双工器的高段波管脚相连接并实现载波合成和还原的高通滤波器，所述广域网通讯管理电路（26）与所述低频滤波器的广域网管脚相连接，所述局域网通讯管理电路（25）与所述高通滤波器的局域网管脚相连接。
6.根据权利要求5所述的智能防爆灯，其特征在于：所述双模共天线（3）为双层结构，包括设置有高增益振子结构（35）的天线基板（31）、天线屏蔽板（32）、连接在天线基板（31）与所述天线屏蔽板（32）之间的支架（33）、与所述高增益振子结构（35）相连接的信号线（34），所述天线基板（31）与所述天线屏蔽板（32）中心相对，并分别在中心位置开有同轴穿孔，所述信号线（34）依次穿过所述天线基板（31）与所述天线屏蔽板（32）的同轴穿孔向外引出。
7.根据权利要求6所述的智能防爆灯，其特征在于：所述天线屏蔽板（32）盘面大于天线基板（31），所述高增益振子结构（35）为环状铜箔贴片，贴附在所述天线基板（31）表层。
8.根据权利要求5所述的智能防爆灯，其特征在于：所述射频双工器型号为DPX165850DT-8033B1，所述射频带通滤波器包括0欧电感L7、分别连接在电感L7两端与地之间的电容C90与电容C9，所述低频滤波器包括0欧电感L8、分别连接在电感L8两端与地之间的电容C94与电容C95，所述高通滤波器包括串联的0欧电感L6与模拟混合信号芯片、连接在高段波管脚与地之间的电容C92，所述模拟混合信号芯片型号为DEA162300HT-8047A1。
9.根据权利要求5所述的智能防爆灯，其特征在于：所述局域网通讯管理电路（25）包括ZigBee通信模组、BLE MESH通信模组、LORA通信模组、WIFI MESH通信模组中的一种或多种，所述广域网通讯管理电路（26）包括NB-IOT通信模组、4G通信模组、5G通信模组中的一种或多种。
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