CN203387714U - 基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统 - Google Patents
基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及城市照明技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统。该城市照明单灯监控系统包括两层网络架构，从上到下分别是监控中心和单灯控制器；单灯控制器与监控中心之间通过北斗卫星导航系统交互通信；本实用新型所提供的基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统，由于仅有两层架构，不但节约成本而且方便施工；由于使用北斗卫星导航系统作为通信媒介，不但增强了抗干扰能力，提高了通信速率，而且能够通过北斗卫星导航系统进行精准授时以及准确定位。
Description
技术领域
本实用新型涉及城市照明技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统。
背景技术
城市照明工程作为城市基础设施的组成部分，在城市的交通安全、社会治安、人民生活和市容风貌中居于举足轻重的地位，发挥着不可替代的作用，标志着城市实力和成熟的程度，是城市景观的重要组成部分。现有技术中的城市照明监控如图1中所示，其采用了三层架构，从上到下分别是控制中心、支路控制器（BranchNode）以及单灯控制器（LeafNode）。支路控制器在整个照明监控系统中起着架起控制中心与单灯控制器通信的桥梁作用。而支路控制器与控制中心与采用目前成熟的GPRS/CDMA/3G/电台通信方式，支路控制器和单灯控制器之间采用WSN（Wireless Sensor Network，无线传感网络）或者电力载波通信进行信息交互。
现有技术中的城市照明单灯监控系统还存在以下缺点：
（1）、现有技术中的城市照明单灯监控系统采用三层架构，单灯控制器不具有远传能力，必须通过支路控制器中转，支路控制采用运营商GPRS或CDMA方式与控制中心通信，每月需支付通信费用，导致初期建设以及后期运营成本高。
（2）、现有技术中，通过电力线载波或者WSN网络通信检测到灯具和光源故障，但无法精确给出故障灯杆的经纬度信息，维修人员要凭经验寻找，效率不高。
（3）、单灯控制器由控制中心通过支路控制器定时校准时间，由于发送延时以及支路控制器支路时钟精准度不高，这导致支路控制器时间的精度不高。
（4）、通信抗干扰能力低。电力线存在本身固有的脉冲干扰等问题，而WSN采用Zigbee2.4G通信组网，由于2.4G频段全球免费，容易受到干扰，必然有通信不稳定隐患的存在。
实用新型内容
（一）要解决的技术问题
本实用新型的目的在于提供一种架构简单、抗干扰能力强、具有定位功能并能够精准校时的城市照明单灯监控系统。
（二）技术方案
本实用新型技术方案如下：
一种基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统，包括两层网络架构，从上到下分别是监控中心和单灯控制器；所述单灯控制器与监控中心之间通过北斗卫星导航系统交互通信；
所述监控中心用于提供人机界面以及数据库；
所述单灯控制器检测照明灯状态并上传至所述监控中心，同时接收以及响应所述监控中心下达的控制指令。
优选的，所述单灯控制器包括电源模块、运算控制模块、照明灯状态采集模块、处理模块以及北斗模块；
所述北斗模块用于通过北斗卫星导航系统与监控中心短报文通信、接收系统授时以及定位单灯控制器位置。
优选的，所述照明灯状态采集模块包括模拟量采集单元以及开关量输入输出单元；
单灯控制器的供电电压以及照明灯的工作电流；
所述开关量输入输出单元用于控制照明灯的开关。
优选的，所述处理模块包括存储单元、功率采集单元以及PWM输出单元；
所述存储单元用于存储模拟采样数值、单灯控制器运行模式、功率、功率因数、以及故障信息；
所述功率采集单元用于采集每个照明灯的有功功率以及无功功率；
所述PWM输出单元用于调节照明灯亮度。
（三）有益效果
本实用新型所提供的基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统，包括监控中心和单灯控制器，单灯控制器与监控中心之间通过北斗卫星导航系统交互通信；由于仅有两层架构，不但节约成本而且方便施工；由于使用北斗卫星导航系统作为通信媒介，不但增强了抗干扰能力，提高了通信速率，而且能够通过北斗卫星导航系统进行精准授时以及准确定位。
附图说明
图1是现有技术中城市照明单灯监控系统的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统的结构示意图；
图3是本实用新型实施例中单灯控制器的模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
北斗卫星导航系统（BDS，BeiDou Navigation Satellite System）是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美国的全球定位系统（GPS，Global Positioning System）和俄罗斯的GLONASS（GlobalNavigation Satellite System，全球卫星导航系统）之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力。
本实用新型所提供的一种基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统，其主要包括两层网络架构，从上到下分别是监控中心和单灯控制器；单灯控制器与监控中心之间通过北斗卫星导航系统交互通信,由监控中心通过北斗卫星导航系统下发开关灯、查询等命令到单灯控制器，单灯控制器根据收到的命令做出相应的动作及相关信息回复；单灯控制器可以实时检测路灯信息，通过北斗卫星回复给监控中心路灯状况及报警信息；由于仅有两层架构，不但可以有效的节约成本，而且方便施工，减少了施工量；由于使用北斗卫星导航系统作为通信媒介，不但增强了抗干扰能力，提高了通信速率，加快了响应速度，而且能够通过北斗卫星导航系统进行精准授时以及准确定位。下面结合图2对对本实用新型中基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统加以详细说明。
监控中心用于提供人机界面以及数据库；数据库用来存储单灯控制器信息，人机界面提供管理员/操作员监控和管理路灯、亮化灯运行状态使用，还用于查看照明灯的电压、电流等信息，并且，能够通过人机界面实现分组、单灯控制器的多级别开关灯，定位校时等操作。
单灯控制器安装在路灯灯杆处，单灯控制器的多路开关量输出可以满足双头灯、变功率镇流器的多路输出控制，接收来自监控中心的开关灯控制指令并反馈灯具的运行状态信息，故障报警，能够将出故障的照明灯经纬度上报到监控中心；本实施例中，单灯控制器的结构如图3中所示，其主要包括电源模块、运算控制模块、照明灯状态采集模块、处理模块以及北斗模块。
北斗模块为新增模块，主要用于单灯控制器与监控中心的短报文通信，接收监控中心的查询、开关灯控制、模式转换等命令，并予以应答及故障报警；并且，利用北斗模块可以接收系统授时以及确定自身所处经纬度，根据经纬度来调节开关灯时间以及确定单灯控制器的位置。
运算控制模块是单灯控制器的核心部分，用于操控单灯控制器的工作流程，包括命令解析、数据运算、命令回复、开关灯操作、经纬度开关灯算法处理等；并且，还用于与各模块进行衔接控制协调，保证单灯控制器能够正确运行。
其中，照明灯状态采集模块包括模拟量采集单元以及开关量输入输出单元：
模拟量采集单元用于采集单灯控制器的供电电压以及照明灯工作电流，并将采集到的电压、电流经运算控制模块进行数据处理后，通过北斗模块发送到监控中心，以便用户查询。
开关量输入输出单元用于控制照明灯的开关；具体为开关量输入输出单元通过I/O口输出，控制继电器，以实现开关灯的控制；该模块主要根据监控中心的开关灯命令以及模式转换设置来进行开关灯操作。
其中，处理模块包括存储单元、功率采集单元以及PWM输出单元：
存储单元用于存储模拟采样数值（电压、电流）、单灯控制器运行模式、功率、功率因数、以及故障信息等相关数据。
功率采集单元用于实时采集每个照明灯的有功功率、无功功率，进而计算出功率因数，从而判断电能的使用效率，还可根据功率因数来判断照明灯故障。
PWM输出单元用于调节照明灯亮度；具体为PWM输出单元输出通过调节PWM波的输出对照明灯的光亮的调节，使照明灯在不同的时间呈现不同的光亮度，起到节电节能的作用。
单灯控制器工作时，通过北斗模块与监控中心通信，进行数据交互。单灯控制器在接收到监控中心命令时，进行解析判断，然后对相应的模块单元进行操作控制，比如开关灯操作、PWM输出、模式查询从存储单元读取数据等。单灯控制器能够实时采集电压、电流、功率并计算出功率因数，上传到监控中心，并可根据功率因数来初步判断照明灯是否故障以及故障点。利用北斗卫星导航系统的定位功能，可以判断单灯控制器故障位置，方便检修。
综上所述，本实用新型所提供的基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统相比于传统的城市照明单灯监控系统具有以下优势：
（1）、采用监控中心与照明灯节点控制器（单灯控制器）两层架构，系统变得简单，节约成本，施工也更加方便。
（2）、利用北斗卫星导航系统的定位功能，可以快速定位每个灯杆位置，方便检修故障，减少维修时间。
（3）、北斗卫星导航系统具有精密授时功能，可提供20ns-100ns时间同步精度，可以更加精准的对每个单灯控制器进行授时校时。
（4）、通信更加稳定，抗干扰能力强；并且，通信速率高，延时小。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的保护范畴。
Claims (4)
1.一种基于北斗卫星导航系统的城市照明单灯监控系统，其特征在于，包括两层网络架构，从上到下分别是监控中心和单灯控制器；所述单灯控制器与监控中心之间通过北斗卫星导航系统交互通信；
所述监控中心用于提供人机界面以及数据库；
所述单灯控制器检测照明灯状态并上传至所述监控中心，同时接收以及响应所述监控中心下达的控制指令。
2.根据权利要求1所述的城市照明单灯监控系统，其特征在于，所述单灯控制器包括电源模块、运算控制模块、照明灯状态采集模块、处理模块以及北斗模块；
所述北斗模块用于通过北斗卫星导航系统与监控中心短报文通信、接收系统授时以及定位单灯控制器位置。
3.根据权利要求2所述的城市照明单灯监控系统，其特征在于，所述照明灯状态采集模块包括模拟量采集单元以及开关量输入输出单元；
所述模拟量采集单元用于采集单灯控制器的供电电压以及照明灯的工作电流；
所述开关量输入输出单元用于控制照明灯的开关。
4.根据权利要求2或3所述的城市照明单灯监控系统，其特征在于，所述处理模块包括存储单元、功率采集单元以及PWM输出单元；
所述存储单元用于存储模拟采样数值、单灯控制器运行模式、功率、功率因数、以及故障信息；
所述功率采集单元用于采集每个照明灯的有功功率以及无功功率；
所述PWM输出单元用于调节照明灯亮度。
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