CN202364424U - 智能路灯节能监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的智能路灯节能监控装置包括：互连的监控中心和zigbee无线传感网，监控中心用于对n×m个路灯进行状态及参数监控；zigbee无线传感网包括m个zigbee协调器，每个zigbee协调器与n个zigbee路由器通讯连接，每个zigbee路由器用于控制一个路灯，监控中心与zigbee无线传感网通讯；其中，n和m是大于1的整数；本实用新型能实现路灯控制智能化、控制准确。

Description

智能路灯节能监控装置

技术领域

 本实用新型涉及一种路灯节能监控装置，具体地说，涉及一种基于无线信号传输、智能化的路灯节能监控装置。

背景技术

随着中国城市化建设地不断深入，城市道路照明的普及范围也愈来愈广，与此同时，路灯的电能消耗也愈加严重，如何节能及环保开始提上议程，人们设计了各类路灯控制节能系统；这些路灯控制节能系统虽然能够实现对路灯的节能控制，然而普遍存在着：智能化程度低、通讯稳定度差等问题，不便于进行路灯照明管理和节能控制；为解决以上问题，常用的路灯控制节能系统一般包括监控中心、GPRS网络和单灯控制部分，控制节能系统利用单灯控制部分检测及处理单个路灯的状态，通过GPRS网络实现监控中心与单灯控制部分的信息交互，从而实现整个系统的远程遥控；然而，该控制系统仍然存在着如下缺陷：其一，该系统不能对路灯状态进行灵活组合控制，当需要对某一区域中的某些路灯，或对几个不相邻区域中的路灯进行监控时，不能实现自主组网控制和协调功能，尤其在路灯发生故障时，不便于准确地找到故障点以进行排除；其二是该系统受到GPRS网络自身的特点所限制，由于GPRS网络的应用是利用移动通讯的网络架构，每个基站的信道容量有限，没有进行数据传输时，网络运营商会断开连接，待有数据传输时才重新建立连接，因此，常常发生断网情况，造成数据传输的延时，甚至数据出现误差，由于路灯的分布较为分散，因此，采用上述系统进行远程监控的效率不高，路灯的数据信息常常存在延迟，且易受干扰，大大影响节能监控效果；而且，单纯采用GPRS网络技术，其运行成本很高，不利于系统推广应用。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种能够实现智能化综合控制、准确且快速控制路灯的智能路灯节能监控装置，以解决上述现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供的智能路灯节能监控装置包括：监控中心和zigbee无线传感网，监控中心用于对n×m个路灯进行状态及参数的监测及控制；zigbee无线传感网包括m个zigbee协调器，每一个zigbee协调器与n个zigbee路由器通讯连接；每个zigbee路由器用于控制一个路灯；监控中心与zigbee无线传感网通讯，其中，n和m是大于1的整数。

由上方案可见，本实用新型所提供的智能路灯节能监控装置采用了zigbee无线传感网以实现无线自组织网络，利用了无线通讯技术，避免了现有技术采用GPRS网络而引起的数据传输不准确且运行成本高等问题，而且，采用n×m个zigbee路由器和m个zigbee协调器来组成zigbee无线传感网，zigbee协调器向zigbee路由器发送来自监控中心的控制指令，zigbee路由器采集每个路灯的状态并发送给zigbee协调器，操作者可以根据实际的需求和运行情况来实现对某几个路灯或某几个区域路灯的状态进行监测和控制，真正实现了路灯的智能化节能监控，监测到需要对路灯状态进行调整时，通过zigbee路由器，能够准确、快速地实现路灯状态调控。

其进一步方案是，监控中心与zigbee无线传感网之间通过GPRS网络通讯。

本方案设置GPRS网络作为监控中心和zigbee无线传感网之间通讯的备选，可以在监控中心与被监控路灯距离比较远的情况下，实现对路灯状态的监控。

其进一步方案是，监控中心包括监控主机、人机接口模块、无线通讯接口模块及外部设备；监控主机分别与人机接口模块及外部设备连接；人机接口模块为用户操作提供接口；无线通讯接口模块与外部设备及GPRS网络连接，用于为外部设备提供与无线传感网通讯的接口。

由上方案可见，本实用新型采用监控主机实现对该装置之人机接口模块及外部设备等其他组成部分的监控，对各个监测点的路灯状态进行采集、监测和控制，能够快速、准确地检测到各路灯的状态，并执行相应的控制操作，监控效率高、实现简便、易于推广。

其更进一步方案是，每一个zigbee路由器包括若干个单灯控制器和无线传输模块；每一个单灯控制器包括采样模块、控制模块及供电模块；无线传输模块分别与控制模块、采样模块及供电模块连接。

由上方案可见，无线传输模块分别与控制模块、采样模块及供电模块连接，以实现zigbee路由器和zigbee协调器之间、以及采样模块、控制模块及供电模块之间的信息传递；采样模块采集路灯的电压和电流信号；控制模块分别与供电模块及无线传输模块连接，用于接收监控中心的控制指令，启动控制模块中的控制电路以对路灯状态进行控制；供电模块分别与控制模块及采样模块连接，用于为该监控装置中的其他组成部分提供电源；因此，能够快速将路灯状态及其他指令信息进行传递，从而快速地实现对路灯状态的控制和监测、便于推广应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例之智能路灯节能监控装置的网络框架结构示意图。

图2是本实用新型实施例之监控中心的结构示意图。

图3是本实用新型实施例之zigbee路由器的结构示意图。

图4是本实用新型实施例之电压采样电路的结构示意图。

图5是本实用新型实施例之电流采样电路的结构示意图。

图6是本实用新型实施例之无线传输模块的P1串口结构示意图。

图7是本实用新型实施例之无线传输模块的单元U12结构示意图。

图8是本实用新型实施例之无线传输模块的P6串口结构示意图。

图9是本实用新型实施例之过零检测电路的结构示意图。

图10是本实用新型实施例之控制模块的结构示意图。

图11是本实用新型实施例之供电电路的结构示意图。

图12是本实用新型实施例之充电电路的结构示意图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步进行说明。

具体实施方式

实施例

图1是本实施例之智能路灯节能监控装置的结构示意图，该装置包括：监控中心、zigbee无线传感网和GPRS网络；监控中心用于发出各种控制指令，实现对各路灯状态及参数的监测及控制；zigbee无线传感网包括3个zigbee协调器，每个zigbee协调器与18个zigbee路由器通讯连接，每个zigbee路由器用于控制一个路灯，每个zigbee协调器向对应的zigbee路由器发送来自监控中心的控制指令，每个zigbee路由器用于采集每个路灯的状态及参数等电气信息并发送给对应的zigbee协调器，zigbee路由器还从zigbee协调器接收监控中心的控制指令、根据实际需求自动选择路灯创建相应的控制网络以实现对路灯状态的控制，并提供电源；GPRS网络用于实现监控中心与zigbee无线传感网之间的通讯；监控中心通过GPRS网络与zigbee无线传感网通讯，以实现对各个路灯状态及参数的采集、监测及控制。

其中：

监控中心包括监控主机、人机接口模块、无线通讯接口模块及外部设备，参见图2，图中有p台外部设备，p是大于1的整数，监控主机分别与人机接口模块及外部设备连接，以实现对人机接口模块及每一台外部设备的控制，人机接口模块为用户操作提供接口，无线通讯接口模块与外部设备及GPRS网络连接，用于为每一台外部设备提供与无线传感网通讯的接口。

zigbee无线传感网包括18×3个zigbee路由器和3个zigbee协调器，zigbee路由器和zigbee协调器的个数根据实际需求而定，其取值均为大于1的整数，zigbee协调器及zigbee路由器构成了zigbee无线传感网络，也属于zigbee无线通讯网络，该zigbee无线传感网络/无线通讯网络能够实现：zigbee协调器自主创建网络、zigbee路由器自主加入网络以及zigbee路由器寻址转发，且能自主进行路由选择的功能。zigbee路由器控制一个路灯，其所在控制节点结构框图如图3所示，包括无线传输模块、采样模块、控制模块及供电模块，其中，采样模块、控制模块及供电模块组成单灯控制器，本实施例在每个路灯监控点设置一个单灯控制器，无线传输模块分别与控制模块、采样模块及供电模块连接，以实现zigbee协调器和zigbee路由器之间，以及采样模块、控制模块及供电模块之间的信息传递；采样模块用于采集控制路灯的电压和电流等电气信号；控制模块分别与供电模块及无线传输模块连接，用于接收监控中心的控制指令，通过控制电路实现功率控制以控制路灯的工作状态；供电模块分别与控制模块及采样模块连接，用于则为采样模块及控制模块提供电源支持。

采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，参见图4、图5，电压采样电路包括顺序连接的交流电压转换单元、电压整流单元和电压放大单元，交流电压转换单元将采样输入的电压信号经分压电阻转换为较小的交流电压，经电容滤波后，由包括二极管的电压整流单元进行信号整流，输出直流电压信号，再通过电压放大单元对直流电压信号进行放大处理后输出到zigbee协调器；电流采样电路包括顺序连接的交流信号转换单元、电压电流转换单元、整流单元和放大单元，交流信号转换单元将采样输入的交流电流转换为较小的电流信号，经电压电流转换单元转换为交流电压信号，由二极管组成的整流单元变为直流电压信号，最后由放大单元将该直流电压信号放大处理后输出到zigbee协调器。

无线传输模块主要实现将采集模块获得的采集信息传输给zigbee协调器，以及将从监控中心接收的控制信息传输给控制模块，该模块通过串口P1集成于整个控制节点中，包括如图6~图8所示的串口P1、转换控制命令的单元U12以及支持程序自烧录和更新功能的串口P6；在工作过程中，无线传输模块通过串口P1将控制命令传输给单元U12，经U12将其电平转换成适合单片机处理的电压值，最终将处理后的控制命令传输给单片机U5进行相应的操作，采集模块采集获得的电压电流等信息同样通过P1口输给无线传输模块，然后转发输出给zigbee协调器。

参见图9、图10，控制模块包括单片机U5、电压过零检测电路和晶闸管电路Q1；电压过零检测电路检测由采样模块输入的电压信号，并将产生的电压过零信号输入单片机U5；单片机U5分别与电压过零检测电路和晶闸管电路Q1连接，用于接收监控中心发出的控制指令，根据控制指令操作晶闸管电路Q1以对路灯状态进行控制；晶闸管电路Q1用于控制路灯的功率；电压过零信号检测电路由功率电阻R2、光电耦合器以及R3配合5v电压源起稳压作用的部分电路组成，交流电压输入经过该电压过零检测电路后最终产生过零信号，然后输入到单片机U5，单片机U5同时接收由无线传输模块经U12处理的控制命令，采用中断方式进行触发，并实行电压相位控制，控制模块主要通过单片机U5控制触发脉冲的延时，来控制晶闸管的不同导通角，最终实现输出功率的控制，在晶闸管电路Q1和单片机U5之间还设置有光电耦合模块U7来实现强弱电的隔离，以避免不必要的噪声干扰。

供电模块包括供电电路和充电电路，供电电路包括电压和电压转换电路，供电电路用于为采样模块和控制模块提供电源电压，充电电路包括充电器和蓄电装置，用于为蓄电装置提供循环充电及放电处理。

图11为供电电路的原理图，图11中，由于二极管（图11中示出为整流单元的组成部分）的单向导电作用，输入的9V交流信号分为正负半波两种信号，正半波信号经电容C1、C3滤波后，第一稳压单元U4对输入的+9V信号进行转换，得到直流+5V的输出电压；同理，负半波信号经第二稳压单元U3转换后得到直流-5V的输出电压，第三稳压单元U10的作用是实现稳压输出，只要输入电压高于某一阈值，均输出直流3.3V电压，其作用是防止由于故障原因导致上述电路供电中断，本实施例还并联一个备用供电电路，备用供电电路的输入为4.2V直流电压，经电容C26、C27（图中未示出）滤除噪声干扰后，再由第三单元U10实现稳压输出3.3V。

图12为充电电路的原理图，图12中：采用锂电池智能充放电单元U11作为该充电电路的充电器和蓄电装置，锂电池智能充放电单元U11可以通过检测锂电池电压，自动对锂电池进行充电和蓄电，锂电池智能充放电单元U11的引脚1和引脚5分别为电池充电状态和放电状态的指示端，红灯亮代表电池处于充电状态，绿灯亮代表电池处于放电状态，引脚3向电池提供充电电流并将最终浮充电压调节至4.2V，该引脚的一个精准内部电阻分压器设定浮充电压，在停机模式中，该内部电阻分压器断开，引脚4接+5V电源电压，向充电器供电，引脚6为充电电流设定、充电电流监控和停机引脚，在该引脚与地之间连接高精度电阻R31可以设定充电电流，引脚6还可用来关断充电器，将设定电阻与地断接，内部电流将引脚6拉至高电平，当该引脚的电压达到停机门限电压时，充电器进入停机模式，充电停止且输入电源电流降至40μA，重新将引脚6与地相连将使充电器恢复正常操作状态。

本实施例是在每个路灯监控点安装一个单灯控制器，所提供的智能路灯节能监控装置在工作过程中，采样模块将定期地对控制点的状态进行信息采集，并通过无线传输模块输出给zigbee协调器，各支路采集的信息会定时集中到该路的zigbee协调器中，再由zigbee协调器通过GPRS网络发送到监控中心进行信息的处理，当需要进行照明控制时，由监控中心发送的指令则通过GPRS网络发送到zigbee协调器中，再由zigbee协调器转发到zigbee路由器中的各单灯控制器，控制模块实施路灯亮度控制，从而实现对路灯状态的监控。zigbee协调器及zigbee路由器构成了zigbee无线传感网；由于 zigbee技术是当前新兴的无线个域网技术，具有功耗、成本低、时延短、高抗干扰性和保密性、组网灵活等优点，因而，采用zigbee无线自组织网络技术，综合考虑到了路灯的控制成本、可靠性、应用前景等方面，可以实现路灯控制系统的智能化、高可靠性和低成本的目的。

作为本实用新型实施例的一种变换，上述采样模块可以采用本技术领域所熟知的其他电路单元来实现信号采样，只要能实现对路灯电压及电流信号的采样，同样可以实现本实用新型的发明目的。

作为本实用新型实施例的另一种变换，控制模块可以采用交流斩波电路或其他电路来实现调压，该变换同样可以实现本实用新型的发明目的。

作为本实用新型实施例的又一种变换，供电模块可以只包括供电电路，或者取消供电电路中的备用供电电路，该变换同样可以实现本实用新型的发明目的。

作为本实用新型实施例的又一种变换，在监控中心与被监控路灯距离不甚远时，可以不采用GPRS网络，即包括：监控中心与zigbee无线传感网直接进行通讯，其余功能及结构不变，该变换同样可以实现本发明的目的。

综上所述，本实用新型不限于上述所描述的实施例、实施例的变换、实施例及其变换的组合，其他基于本实用新型技术方案且不违背本实用新型目的的结构变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.智能路灯节能监控装置，包括：

监控中心，用于对n×m个路灯进行状态及参数的监测及控制；

其特征在于：

zigbee无线传感网，包括m个zigbee协调器，每个所述zigbee协调器与n个zigbee路由器通讯连接，每个所述zigbee路由器用于控制一个所述路灯；

所述监控中心与所述zigbee无线传感网通讯；

其中，n和m是大于1的整数。

2.如权利要求1所述的智能路灯节能监控装置，其特征在于： 

所述监控中心与所述zigbee无线传感网之间通过GPRS网络通讯。

3.如权利要求1所述的智能路灯节能监控装置，其特征在于：

所述监控中心包括监控主机、人机接口模块、无线通讯接口模块及外部设备；

所述监控主机分别与所述人机接口模块及所述外部设备连接；

所述人机接口模块为用户操作提供接口；

所述无线通讯接口模块与所述外部设备连接，用于为所述外部设备提供与所述无线传感网通讯的接口。

4.如权利要求2所述的智能路灯节能监控装置，其特征在于：

所述监控中心包括监控主机、人机接口模块、无线通讯接口模块及外部设备；

所述监控主机分别与所述人机接口模块及所述外部设备连接；

所述人机接口模块为用户操作提供接口；

所述无线通讯接口模块与所述外部设备及所述GPRS网络连接，用于为所述外部设备提供与所述无线传感网通讯的接口。

5.如权利要求1~4中任意一项所述的智能路灯节能监控装置，其特征在于：

所述每一个zigbee路由器包括若干个单灯控制器和无线传输模块；

所述每一个单灯控制器包括采样模块、控制模块及供电模块；

所述无线传输模块分别与所述控制模块、所述采样模块及所述供电模块连接。

6.如权利要求5所述的智能路灯节能监控装置，其特征在于：

所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路；

所述电压采样电路包括顺序连接的交流电压转换单元、电压整流单元和电压放大单元；

所述电流采样电路包括顺序连接的交流信号转换单元、电压电流转换单元、整流单元和放大单元。

7. 如权利要求5所述的智能路灯节能监控装置，其特征在于：

所述控制模块包括单片机、电压过零检测电路和晶闸管电路；

所述电压过零检测电路检测由所述采样模块输入的电压信号，并将产生的电压过零信号输入所述单片机；

所述单片机分别与所述电压过零检测电路和所述晶闸管电路连接；

所述晶闸管电路用于控制所述路灯的功率。

8.如权利要求5所述的智能路灯节能监控装置，其特征在于：

所述供电模块包括供电电路和充电电路；

所述供电电路包括电压转换电路；

所述充电电路包括充电器和蓄电装置。

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