CN202549151U - 路灯无线测控实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种路灯无线测控实训系统，包括一个监控中心以及一个或多个路灯节点；所述监控中心由PC机及与PC机连接的人机接口和Zigbee模块组成；所述路灯节点安装在路灯灯杆上，由路灯控制器及与路灯控制器连接的外围电路、电源模块和Zigbee模块组成；所述监控中心的Zigbee模块与路灯节点的Zigbee模块连接形成无线自组网络。本实用新型可完成组建Zigbee无线网络、监控系统制作、无线网络收发数据等类型的实训项目，也可补充和扩展单片机技术、检测技术、电子技术等类课程的实验。

Description

路灯无线测控实训系统

技术领域

本实用新型涉及科研教学实践设备，尤其涉及一种应用于物联网应用技术专业或传感网技术专业科研教学的路灯无线测控实训系统。

背景技术

在大学生实践教学中，通常采用一些通用型实训设备对学生进行技能训练和考核，但通用型实训设备项目和内容构成单一，功能少，拓展性不足，价格昂贵，且与实际的生产工作过程相差较大。

对于物联网应用技术专业而言，为便于大学生了解无线通讯控制系统，掌握高新技术应用，特别迫切需求一种能够系统模拟城市路灯控制过程，实现单盏路灯状态的远程实时监控及数据采集存储功能，能根据路灯现场环境实现路灯之间的状态控制，可以满足学生了解和掌握无线通信、传感器、微处理器及过程控制等技术的综合应用的实训设备。

实用新型内容

针对上述实际情况，本发明提供一种采用Zigbee协议实现的路灯无线测控实训系统。该系统可以采用不同控制方式完成路灯的检测与控制，利于学生全面掌握专业知识和技能，并有利于各门专业课程间的衔接。

本实用新型的技术方案如下：

一种路灯无线测控实训系统，包括一个监控中心以及一个或多个路灯节点；所述监控中心由PC机及与PC机连接的人机接口和Zigbee模块组成；所述路灯节点安装在路灯灯杆上，由路灯控制器及与路灯控制器连接的外围电路、电源模块和Zigbee模块组成；所述监控中心的Zigbee模块与路灯节点的Zigbee模块连接形成无线自组网络。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型可完成组建Zigbee无线网络、监控系统制作、无线网络收发数据等类型的实训项目，也可补充和扩展单片机技术、检测技术、电子技术等类课程的实验，是一套投资少、实用性强的实训系统。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意框图。

图2是监控主界面图。

图3是Zigbee配置界面图。

图4是系统配置界面图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本实用新型由安装在路灯灯杆上的路灯节点、监控中心组成，路灯节点和监控中心均配备无线通信模块，各无线通信模块之间形成无线网络。分别说明如下：

一、无线网络：

无线网络采用Zigbee技术，使路灯工作现场与系统监控中心可靠通信。Zigbee技术主要应用在数据传输速率不高且短距离传输的各种电子设备之间，非常适合于工业控制、环境监测、智能家居等场合，具有低功耗、低成本和低复杂度等特点。本系统的Zigbee模块采用CC2530片上系统作为控制电路的核心，具有256KB FLASH；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于25mA和34mA。模块电源由外部稳压电源提供5V电压，以确保各节点长时间稳定工作。

无线网络采用树形连接，可以自组网络。与PC机串口RS232连接的Zigbee模块为网络协调器，起着组织网络和产生控制信号的作用。当网络有节点加入时，分配地址给子节点，因此它不能掉电也没有低功耗状态。与路灯控制器串口连接的Zigbee模块为路由器，它起着中继器的作用，可以收发数据也可以转发数据。

二、路灯节点：

路灯节点由路灯控制器及其外围电路、电源模块（图中未示出）和Zigbee模块组成，完成现场数据及控制命令的处理、控制LED灯开关的任务。

路灯控制器为单片机，可选择高性能、低功耗的8位AVR微处理器ATmega16作为核心控制部件，输入/输出口可以自由设定，驱动能力强，集多种器件与多种功能于一身，大大减少了外围器件的使用量，降低了电路的复杂程度。路灯控制器的外围电路包括信号检测（包括光检测和人体及车辆检测）电路、故障检测电路和亮灯驱动电路。

光检测部分由光敏电阻5537电路组成。光敏电阻用于对环境光进行检测，从而控制灯光的亮度。人体及车辆检测部分由热释电红外传感器电路组成。热释电红外传感器DYP-ME003用于对人体进行检测，感应距离0~7米可调，用于判断是否有行人或者车辆通过，并根据程序设计调节灯光亮度。

考虑到LED高效节能及应用日趋广泛，路灯部分采用LED作为光源，并采用XN2115芯片驱动，系统选用1W、3.2~3.6V的LED灯4颗。路灯故障检测信号取自XN2115芯片的SW点的电压，将该点电压通过大电容平波后与电压比较器的基准电压进行比较，比较结果的高低电平送入路灯控制器，并通过无线网络将此信息发送至上位机实现故障报警功能。

电源模块将220V交流电通过整流桥KBP210变为12V直流电，12V直流电源可为亮灯驱动电路和故障检测电路提供电源，功率可达40W；12V直流电源通过LM2596-5.0集成三端稳压器输出5V直流电源，输出电流最大可达3A，具有很好的线性和负载调节特性，为Zigbee模块、路灯控制器单片机及其外围电路提供电源。

三、监控中心：

监控中心由PC机、Zigbee模块和人机接口（显示、声光报警、操作等模块）组成，提供系统信息，具有遥测、遥控及存储数据功能的人机界面显示（如图2所示），可以对整个路灯系统进行工作状况的实时监控和显示。

PC机可通过Zigbee无线通信网络采集路灯运行数据，并对所采集数据进行实时处理，然后向路灯节点发送控制命令，路灯节点根据收到的命令对LED灯进行操作。通过控制中心借助无线网络进行遥测、遥控，保证城市路灯照明按需工作。

具体实现方法为：

系统上电后进行初始化，检测系统是否正常工作，如果正常则按照路灯控制界面进行路灯状态检测或者对路灯进行输出控制，使路灯按照既定程序实现开/关状态，并经由Zigbee网络实时显示信息。监控界面可选择各Zigbee模块的网络节点号，搜索网络内的各个模块，将控制命令发送至指定的路灯节点，也可将路灯状态信息和底层数据包实时显示。

由于Zigbee网络能自组网，因此本着即能反映系统特性又节省成本的原则，可配置一个最小系统作为系统实施例：配置1个中心协调器节点和3个路由节点（即一个监控中心带三个路灯节点的系统），系统采用主从方式，一般处于休眠状态，当有中断请求时激活节点进行工作。三个路灯节点1、2、3依次排列，路灯高度为0.5m，路灯间隔为0.5m。

当模拟实验的小车模型运行到路灯2位置，路灯2全亮，并通知路灯1转为微亮、前方路灯3转为全亮；若路灯节点1的热释电红外传感器检测不到信号并收到了前方路灯的信息，则状态转为微亮；当小车向前运行进入路灯节点3的热释电红外传感范围时，路灯3转为全亮并通知路灯2转为微量，对应的监控界面如图2所示。监控界面中淡黄色路灯表示路灯微亮、深黄色路灯表示路灯全亮。

系统运行前需要进行通信配置、系统配置等操作，如图3为Zigbee配置界面，图4为系统配置界面。此外还有串口通信、路灯调试配置、系统校正时间界面等操作不再复述。

路灯控制方式可分为手动控制方式和自动控制方式，均可在监控中心操作或进行参数设置。系统可实现以下功能：

1）可进行单灯远程监控，并可调节灯光强度。

2）可根据环境光自动开关路灯，并可调整灯具亮度，保证使用需要。

3）根据道路是否有行人/车辆通过实现亮度渐变。路灯夜间无行人/车辆通过，路灯微亮；当检测到远方有行人/车辆接近时，路灯由微亮转为全亮，并通知前方路灯由微量转为全亮；车辆/行人通过后，路灯又转为微亮。

4）具有路灯故障检测功能。当有路灯损坏，可以进行声光报警，并指示故障路灯的具体位置。

5）具有数据统计和存储功能。可提供路灯用电量、亮灯率和功耗等数据，并可查询历史记录。

6）系统具有休眠状态，降低系统功耗。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种路灯无线测控实训系统，其特征在于：包括一个监控中心以及一个或多个路灯节点；所述监控中心由PC机及与PC机连接的人机接口和Zigbee模块组成；所述路灯节点安装在路灯灯杆上，由路灯控制器及与路灯控制器连接的外围电路、电源模块和Zigbee模块组成；所述监控中心的Zigbee模块与路灯节点的Zigbee模块连接形成无线自组网络。

2.根据权利要求1所述路灯无线测控实训系统，其特征在于：所述监控中心的Zigbee模块作为网络协调器，所述路灯节点的Zigbee模块作为中继器。

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