CN202143246U - 基于ZigBee路灯单灯控制系统 - Google Patents

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黄艺山
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Abstract

本实用新型涉及电子控制领域,尤其涉及基于ZigBee无线通讯与GPRS无线通讯技术对路灯进行远程监控的系统装置。本实用新型的基于ZigBee路灯单灯控制系统,包括安装在控制柜中的集中器和安装在每盏路灯内的单灯控制器,集中器通过蜂窝式无线通信网络与监控中心的监控系统建立通讯连接,集中器与单灯控制器通过ZigBee无线通讯连接。该系统采用微处理器控制,结合无线通信技术、数据库技术等,与中央监控室进行远程通讯,实现对每盏路灯照明的遥测、遥控、遥信,“三遥”功能。系统可实时测量路灯的开关灯状态,开关灯时间及电流,电压等数据,并根据所测数据进行分析判断路灯运行有无故障,还可根据现象情况设置自动或则手动开关灯。

Description

基于ZigBee路灯单灯控制系统
技术领域
本实用新型涉及电子控制领域,尤其涉及基于ZigBee无线通讯与GPRS无线通讯技术对路灯进行远程监控的系统装置。
背景技术
随着我国城市化步伐的加快,城市照明建设作为体现城市形象的作用日益受到重视,照明的管理范围日益扩大,建设发展对道路照明提出了更高更新的要求。目前国内城市照明管理主要使用集中无线照明监控系统,这一系统的应用大大提高了城市照明的管理水平,既提高了工作效率同时又降低了管理成本。但是由于目前的现场无线监控终端基本上都安装于路灯控制箱侧,属于集中监控,只能对整条路段的运行情况(包括:电压、电流、功率、接触器状态等)进行检测或控制,存在无法确定发生故障的具体位置,需要通过检修车上街巡灯的方法进行查找,也无法实现灵活亮灯组合方式等监控方式的局限性。同时随着国家节能减排的目标的确定,政府对城市照明的降耗等也都提出了明确的要求,据此如何通过采用现代化技术,将高新技术与传统的运行管理模式相结合是实现绿色照明、提高管理效率和降低运行成本的关键。
发明内容
本实用新型正是针对现有的无线照明监控上存在的问题,提出一种单灯控制系统装置,以通过基于ZigBee技术的单灯控制进行实时监控,可实时巡检每盏路灯的工作情况,包括当前电压、电流、开关灯时间等;当路灯出现故障时,能够确定发生故障的具体位置,并将故障信息能够很快反映到中央控制室进行报警处理,从而使得故障能够尽快得到处理,保证路灯处于良性状态;可对单盏灯进行控制,实现对整个路段路灯的任意组合灵活控制;可对所有路灯进行集中控制,方便对所有路灯的开关灯时间设定。
本实用新型的技术方案是:
基于ZigBee路灯单灯控制系统,包括安装在控制柜中的集中器和安装在每盏路灯内的单灯控制器,集中器通过蜂窝式无线通信网络与监控中心的监控系统建立通讯连接,集中器与单灯控制器通过ZigBee无线通讯连接。其中,
集中器,至少包括主控模块、开关量控制检测模块、蜂窝式无线通信模块、ZigBee无线通信模块和电源模块组成,所述开关量控制检测模块、蜂窝式无线通信模块和ZigBee无线通信模块均电性连接于主控模块的端口,所述开关量控制检测模块外接交流接触器;
单灯控制器,至少包括主控模块、单灯控制检测模块、ZigBee无线通信模块和电源模块组成,所述单灯控制检测模块、和ZigBee无线通信模块均电性连接于主控模块的端口,所述单灯控制检测模块外接交流接触器。
优选的,所述的集中器的主控模块的端口还电性连接一时钟模块。时钟模块为主控模块提供精确时间,可以使主控模块对路灯进行精确的开关控制。
优选的,所述的集中器的主控模块的端口还电性连接一显示模块和一按键模块。通过显示模块可以显示相关控制信息和信号信息,通过按键模块可以进行相应功能和参数设定。
更优选的,所述的显示模块是液晶显示模块。采用液晶显示模块相比于一般的显示模块更加省电且显示内容更加多样。
优选的,所述的集中器的蜂窝式无线通信模块是GPRS模块或者CMDA模块。特别的,可以采用GPRS模块实现,GPRS技术在远程的分散数据采集应用领域具有很大的优越性。
优选的,所述的单灯控制器的主控模块的端口还电性连接一时钟模块。时钟模块为主控模块提供精确时间,可以使主控模块对路灯进行精确的开关控制。
本实用新型采用如上技术方案,具有的技术优点是:
可以实时监控到每盏路灯的运行状态,准确定位故障发生的具体位置,也可对每盏路灯的开关进行独立控制。集中器与监控中心进行如GPRS的远程通信,完成“遥调”、“遥测”、“遥信”和“遥控”等“四遥”功能。
同时用户也可以通过集中器装置的人机交互界面现场查询路灯运行状态。集中器可以根据监控中心发出的开关灯时间表进行自动开关灯控制,同时可以获取现场线路电压、电流开关灯状态,将其上传至监控中心。集中器不仅有监控的功能,还留出了远程抄表通讯接口,可以改变以往人工抄表带来的开销大、不方便控制、偷电等诸多问题。
附图说明
图1为本实用新型实施例集中器的电路组成原理框图。
图2为本实用新型实施例集中器主控模块的微处理器和电源模块电路组成原理图。
图3为本实用新型实施例集中器主控模块的液晶显示及按键输入模块、时钟模块组成原理图。
图4为本实用新型实施例集中器主控模块与无线通信模块电路原理图。
图5为本实用新型实施例集中器开关量控制检测模块的开关量检测模块电路组成原理图。
图6为本实用新型实施例集中器开关量控制检测模块的开关量控制模块电路组成原理图。
图7为本实用新型实施例单灯控制器电路组成原理图。
图8为本实用新型实施例单灯控制器主控模块与单灯控制检测模块电路原理图。
图9为本实用新型实施例单灯控制器主控模块与时钟模块电路原理图。
图10为本实用新型实施例单灯控制器主控模块与通信模块电路原理图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
基于ZigBee路灯单灯控制系统,包括安装在控制柜中的集中器和安装在每盏路灯内的单灯控制器,集中器通过蜂窝式无线通信网络与监控中心的监控系统建立通讯连接,集中器与单灯控制器通过ZigBee无线通讯连接。
参见图1所示,集中器1,至少包括主控模块101、开关量控制检测模块102、蜂窝式无线通信模块103、ZigBee无线通信模块104和电源模块组成,所述开关量控制检测模块102、蜂窝式无线通信模块103和ZigBee无线通信模块104均电性连接于主控模块101的端口,所述开关量控制检测模块102外接交流接触器。
优选的,所述的集中器1的主控模块101的端口还电性连接一时钟模块105。
优选的,所述的集中器1的主控模块101的端口还电性连接一显示模块106和一按键模块107。更优选的,所述的显示模块106是液晶显示模块。
优选的,所述的集中器1的蜂窝式无线通信模块103是GPRS模块或者CMDA模块。
具体的,开关量控制检测模块102的A接口为控制端,外接交流接触器电磁线圈端,开关量控制检测模块102的B接口为检测端端,外接交流接触器常开常闭触点,开关量控制检测模块102的通信端连接到主控模块101的I/O端口,ZigBee无线模块104的收发控制端连接到主控模块101的I/O端口,无线通信模块103(GPRS模块)通信端连接到主控模块的RS232接口,时钟模块连接到主控模块的I/O端口,显示模块106(液晶显示模块)及按键模块107连接到主控模块101的I/O端口。
主控模块101用于经由开关量控制检测模块102检测的开关量、模拟量进行数据处理;通过ZigBee模块104与单灯控制器2进行通信;通过无线通信模块103(GPRS模块)与监控中心监控系统进行通信;开关量控制检测模块102用于对外接的交流接触器进行控制并采集其开关状态;ZigBee模块104负责主控模块101与单灯控制器2进行通信;无线通信模块103(GPRS模块)负责主控模块101与监控中心监控系统进行通信;时钟模块105为主控模块101提供精确时间,可以使主控模块101对路灯进行精确的开关控制。 
无线通信模块103(GPRS模块)的通信接口用DB9针串口线连接到主控模块101的GPRS模块通信接口;液显示模块106(液晶显示模块)及按键模块107安装在主控模块面板的正面。
参见图2,外接12V的开关电源经过接口P4连接到LM2575芯片的T稳压集成电路,转换成5V电压作为微处理器ATMEGA128、ZigBee无线模块U13、U14、液晶显示器、RS232通讯接口、RS485通讯接口的供电电源,5V电压再经过AS1117集成电路转换成3.3V电压,作为存储器FM24CL04的供电电源。
参见图3,液晶显示器通过接口LCD12864连接到微处理器ATMEGA128的接口,按键控制液晶显示器的界面。SD2300时钟集成电路连接到微处理器ATMEGA128的接口用于数据交换,读取当前的实时时间。
参见图4,GPRS通信模块通过DB9针串口J2连接到主控模块的MAX232_2芯片,J1为备用的通讯串口;数字电表与主控模块间由P2接口连接芯片MAX485进行通信;ZigBee模块U13、U14经过GM8125串口扩展与主控模块连接。
参见图5,开关检测信号由接口RELAY_IN外接交流接触器常开常闭触点,内接四路光耦U5、U6、U7、U8,再由光耦采集到的信号传输到微处理器ATMEGA128。
参见图6,开关控制信号由微处理器ATMEGA128接口接至四路光耦U1、U2、U3、U4从而分别来驱动四路继电器RELAY1、RELAY2、RELAY3、RELAY4,再通过接口RELAY_OUT外接交流接触器电磁线圈端。
参见图7所示,单灯控制器2,至少包括主控模块201、单灯控制检测模块202、ZigBee无线通信模块203和电源模块组成,所述单灯控制检测模块202、和ZigBee无线通信模块203均电性连接于主控模块201的I/O端口,所述单灯控制检测模块202外接交流接触器。
优选的,所述的单灯控制器2的主控模块201的I/O端口还电性连接一时钟模块204。
具体的,单灯控制检测模块202的A接口为电流检测口,B接口为继电器控制口,C接口为电源接口,单灯控制检测模块通202信端连接到主控模块201的I/O端口,ZigBee无线模块203的收发控制端连接到主控模块201的I/O端口,时钟模块204连接到主控模块201的I/O端口。
单灯控制器2的主控模块201用于经由单灯控制检测模块202检测的路灯的电流电压,控制路灯的开关;通过ZigBee模块203与集中器1进行通信;单灯控制检测模块202用于对外接的交流接触器进行控制并采集其开关状态;ZigBee模块203负责主控模块201与集中器1进行通信;时钟模块204为主控模块201提供精确时间,可以使主控模块201对路灯进行精确的开关控制。 
参见图8,单灯控制信号由AT89S52微处理器接口接至光耦PC1来驱动继电器DC1,再通过接口RELAYOUT外接路灯。
参见图9,SD2300时钟集成电路连接到AT89S52微处理器的接口用于数据交换,读取当前的实时时间。
参见图10,ZigBee模块J5收发控制端口接至AT89S52微处理器接口。
从路灯远程测控系统产生时起,通讯就在其中起着十分重要的作用,它是实现远程测控的基础。在路灯远程测控系统的发展过程中,许多不同的通讯方式被相继采用,所取得的效果也各有不同。从通讯方式上来说,主要分为有线通讯和无线通讯,有线通讯方式只适应于小范围小区域的监控系统,对大城市的全局监控管理采用有线通讯方式几乎是不可能的,因此目前路灯远程测控系统基本采用无线通讯方式。
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗的无线网络技术,它是介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。ZigBee技术的特点包括以下几个方面:
1)可靠:采用了碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制,每个发送的数据包都必须等待接收方韵确认信息;
2)省电:由于工作周期很短、收发信息功耗较低,并且采用了休眠模式;
3)成本低模块价格低廉,且ZigBee协议是免专利费的;
4)时延短:针对时延敏感的应用作了优化,通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30 ms,休眠激活时延典型值是15 ms,活动设备信道接人时延为15 ms;
5)网络容量大:ZigBee可以采用星形、网状、串状结构组网,而且可以通过任一节点连接组成更大的网络结构。从理论上讲,其可连接的节点多达64 000个;
6)自组网功能:ZigBee具有多级路由功能,并且其可根据算法自适应组建网络,即使发生节点损坏的情况其也能立即重新构建网络;
7)安全 :ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用AES128,同时各个应用可以灵活确定其安全属性;
综上所述,本实用新型中集中器1与单灯控制器2间的远程通信方案采用ZigBee通信技术。
GPRS技术在远程的分散数据采集应用领域具有很大的优越性。在分布范围较广,数据采集点多,实时性要求较高的场合,GPRS通讯技术比较合适,同时它也符合远程测控领域的发展趋势。GPRS优点包括以下几个方面:
    1) 价格合理,资源利用率高。GPRS引入了分组交换的传输模式,使得用户只有在发送或接收数据期间才占用资源,这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道,从而提高了资源的利用率。GPRS通讯采取按流量计费的方式,体现了“得到多少、支付多少”的原则;
    2) 传输速率高,实时性好,数据量大。GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率;
    3) 接入时间短。分组交换接入时间少于1秒,能提供快速及时的连接,可大幅度提高一些事务(如信用卡核对、远程监控等)的效率,并可使己有的Internet应用(如E-mail、网页浏览等)操作更加便捷、流畅;
    4) 基于IP协议,可提供强大的Internet接入能力;
    5) 永远在线,可靠性高,抗干扰能力强。
综上所述,本实用新型中集中器1与监控中心的远程通信方案采用GPRS通信技术。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型,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实用新型的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化,均为本实用新型的保护范围。  

Claims (6)

1.基于ZigBee路灯单灯控制系统,包括安装在控制柜中的集中器(1)和安装在每盏路灯内的单灯控制器(2),集中器(1)通过蜂窝式无线通信网络与监控中心的监控系统建立通讯连接,其特征在于:集中器(1)与单灯控制器(2)通过ZigBee无线通讯连接,其中,
集中器(1),至少包括主控模块(101)、开关量控制检测模块(102)、蜂窝式无线通信模块(103)、ZigBee无线通信模块(104)和电源模块组成,所述开关量控制检测模块(102)、蜂窝式无线通信模块(103)和ZigBee无线通信模块(104)均电性连接于主控模块(101)的端口,所述开关量控制检测模块(102)外接交流接触器;
单灯控制器(2),至少包括主控模块(201)、单灯控制检测模块(202)、ZigBee无线通信模块(203)和电源模块组成,所述单灯控制检测模块(202)、和ZigBee无线通信模块(203)均电性连接于主控模块(201)的端口,所述单灯控制检测模块(202)外接交流接触器。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee路灯单灯控制系统,其特征在于:所述的集中器(1)的主控模块(101)的端口还电性连接一时钟模块(105)。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee路灯单灯控制系统,其特征在于:所述的集中器(1)的主控模块(101)的端口还电性连接一显示模块(106)和一按键模块(107)。
4.根据权利要求3所述的基于ZigBee路灯单灯控制系统,其特征在于:所述的显示模块(106)是液晶显示模块。
5.根据权利要求1所述的基于ZigBee路灯单灯控制系统,其特征在于:所述的集中器(1)的蜂窝式无线通信模块(103)是GPRS模块或者CMDA模块。
6.根据权利要求1所述的基于ZigBee路灯单灯控制系统,其特征在于:所述的单灯控制器(2)的主控模块(201)的端口还电性连接一时钟模块(204)。
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Address after: 361000 C, 1F-C1, Hua Xun Lou, software park, torch high tech Zone, Xiamen, Fujian

Patentee after: Xiamen Yuangu energy conservation and Environmental Protection Group Co. Ltd.

Address before: 361000 Fujian Xiamen Software Park Huaxun Building Area C 1F-C1

Patentee before: Xiamen Yuangu Information Technology Co., Ltd.

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Granted publication date: 20120208

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