CN203851324U

CN203851324U - 一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统

Info

Publication number: CN203851324U
Application number: CN201420110930.8U
Authority: CN
Inventors: 叶钰; 杨正辉; 车德勇
Original assignee: SINOABF (HUNAN) NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SINOABF (HUNAN) NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2024-03-12

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统，包括主控器、控制终端、N个分组控制器和N组一体化照明装置；N为整数，且N≥1；每一组一体化照明装置包括至少两个一体化照明装置；所述的控制终端为PC机、智能手机和平板电脑中的至少一种；主控器设有中心服务器；控制终端与主控器通过有线或无线方式通信连接；N个分组控制器与主控器通信连接；N个分组控制器与N组一体化照明装置对应连接；每一个一体化照明装置中集成有现场控制器、镇流器和灯具，现场控制器通过镇流器控制灯具。该基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统易于实施，具有高智能化特征。

Description

一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统。

背景技术

物联网技术是指将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)技术设备、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种装置，与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，将任何时间任何地点任何人之间的沟通连接扩展到人与物(Human to Thing)和物与物(Thing to Thing)之间的沟通连接，期间实时采集任何需要监控、连接、互动的物理数据或过程数据，具体为采集其声、光、热、电、力学、生物、位置等各种信息。发展物联网的关键在于射频标签、嵌入式系统及传输数据计算等领域。其中，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是物联网的“大脑”和“中枢神经”，物联网内的所有个体都需要嵌入式系统来传输和处理处理信息，嵌入式系统的好坏将直接影响物联网的运做。由此可见，物联网技术的应用目的就是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

近年来，城市、公用工程及工程照明发展迅速，尤其是城市与公用工程。一些公共场所的照明(如交通隧道、街道、公园等)大多是采用传统的供电照明方式，其照明光源主要是高压钠灯和汞等。此类气体放电灯发光原理复杂，功率损耗大。与此同时，随着城市建设的高度现代化以及城市亮化工程的推广，节电节能的要求越来越迫切。国务院印发《“十二五”节能环保产业发展规划》中明确规定高效照明产品作为节能产业重点领域之一。《“十二五”城市绿色照明规划纲要》中对“十一五”城市绿色照明发展回顾提到城市绿色照明工作尚处于起步阶段，城市绿色照明发展的体制机制还不完善，存在薄弱环节，发展不平衡；同时，纲要中规定的具体目标之一为推进高效照明节能产品的应用。

目前，全国大部分城市的照明控制和管理采用传统的模式，路灯开关由每台箱变或配电柜等路灯控制装置进行独立时钟控制，在预定设计的时间内亮起或者熄灭，对街区、公共设施、公路等进行照明。然而，现有系统的路灯控制装置无法做到对路灯的精确控制和管理，其表现在如下方面：1)不能根据外界光线的变化作出灵敏的反应。在光线较强的时候，仍在照明或在光线较暗时停止工作，不能满足人们利用路灯照明的要求。2)不能精确控制路灯工作状态，路灯的寿命往往较短，从而增加城市照明、交通隧道工程建设的维护成本。3)现有的路灯控制系统或者远程控制系统智能化程度不高，路灯巡检不方便，不能满足自动监控路灯工作状况的需求。4)对各级路灯的耗电量几乎没有分析功能，不能正确做到设施调整和预算评估。

现有的路灯照明控制或管理系统中只能通过时间控制或人工控制，不能根据环境的变化调整开、关灯的时间和亮度而造成电能浪费，无法实时检测路灯运行状态

因此，有必要设计一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统，该基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统易于实施，节约能耗，且具有高智能化特征。

实用新型的技术解决方案如下：

一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统，包括主控器(又名智能路灯管控中心)、控制终端、N个分组控制器和N组一体化照明装置；N为整数，且N≥1；每一组一体化照明装置包括至少2个一体化照明装置；

所述的控制终端为PC机、智能手机和平板电脑中的至少一种；

主控器(又名智能路灯管控中心)设有中心服务器；

控制终端与主控器通过有线或无线方式通信连接；N个分组控制器与主控器通信连接；N个分组控制器与N组一体化照明装置对应连接；

每一个一体化照明装置中集成有现场控制器、镇流器和灯具，现场控制器通过镇流器控制灯具。

分组控制器包括AVR主控模块、ISM通信模块、移动通信模块和显示及输入输出模块；

显示及输入输出模块包括显示屏和输入设备；所述的输入设备为按键或触摸屏；

所述的ISM通信模块和移动通信模块均与AVR主控模块连接；显示及输入输出模块通过IO接口与AVR主控模块连接。

所述的移动通信模块为GPRS通信模块、3G通信模块或4G通信模块；ISM通信模块通过SPI接口与AVR主控模块连接；移动通信模块通过MAX232电平转换芯片与AVR主控模块的UART接口相连；所述的AVR主控模块采用AVRATmega128芯片；所述的ISM通信模块采用nRF24l01芯片，所述的显示及输入输出模块采用TFT034触摸液晶模块。

所述的现场控制器包括控制电路、无线通信模块、光敏传感器、振动传感器、声传感器、红外传感器、SPI接口和A／D转换器，所述的光敏传感器、振动传感器、声传感器和红外传感器通过A／D转换器与控制电路的4个IO端口连接；控制电路通过无线通信模块与分组控制器无线通信连接；控制电路通过SPI接口与镇流器对接。

所述的A/D转换器采用ADC0832芯片，所述的控制电路采用FPGA或STC89C52集成芯片。

控制电路和AVR主控模块均为纯硬件电路，不涉及到任何软件；

AVR主控模块可以采用FPGA或AVRATmega128芯片；控制电路可以采用FPGA或单片机实现。

分组控制器又名分控器，一体化照明装置由微型控制器(微控器)、智能电子镇流器与高压钠灯构成；分控器将通过GPRS模块与主控器进行连接并通过ISM通信模块与微控器进行数据信息传输；所述的主控器包括电压转换模块、GPRS模块、RF模块，主控器通过GRPS模块与分控器进行连接，并通过RF模块的无线通讯实现与智能终端的信息交互，同时通过有线公用网络按照TCP／IP协议与PC电脑的信息交互。

有益效果：

本实用新型的基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控，包括智慧路灯绿色照明管理平台、控制中心(主控器)、分组控制器(分控器)、一体化照明装置，其中一体化照明装置由微型控制器(微控器)、智能电子镇流器与高压钠灯构成。控制中心通过智慧路灯绿色照明管理平台发送控制信号到分控器，每个分控器可以灵活配置RS485或RS232等通讯线路与一组以上的照明装置进行连接，发送控制信号给照明装置；同时，分控器将照明装置中的工况以及属性信息返回给控制中心，以便对照明装置的远程信息采集、监测、能耗分析和管理。本实用新型一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统与现有技术相比，可以根据不同区域对照明质量的要求不同智能调整控制照度，以实现现场控制、定时控制、多点控制等各种控制方案。同时，该系统凭借信息化平台驱动和实现“绿色节能照明”理念，即能够对照明路灯能耗进行不同维度分析，最大限度地节约能源，延长灯具使用寿命以及安全性和可靠性，对出现问题的路灯能做到第一时间监测、排查及远程维护，真正意义上实现了智慧型绿色照明系统，从而加快数字城市的发展。

所述的系统整体架构采用松耦合方式进行集成，易于扩展和维护。

本发明不仅满足对城市建设及交通隧道的路灯进行智能化控制、实时监控、数据采集、自动或人工调光、灯具保护，而且实现了遥控、遥测、摇监、遥信等功能，便于了解路灯运行状况以及它的维修和保养，能提高路灯运行质量和效率，为能源节约和创造节约型社会打下基础。

本实用新型具有以下的优点和积极效果：

1、根据道路的等级和特点，通过智慧路灯绿色照明管理平台可以对不同道路的路

灯进行分类设定，当外界环境亮度达到设定值(含开、关灯)时，路灯会开启或关闭。对于开关灯的亮度值可以灵活设置，使得路灯能够适应环境的变化，尽可能减少电能的浪费，延长灯具的使用寿命。

2、通过设定的调光时间点和调光比例，微控制器(即现场控制器)能够自动调节路灯的亮度和使用

功率，这样既保证路灯的照明又减少电能的消耗，极大的提高路灯的节能效率。

3、实时监控路灯及线路情况，一旦路灯出现问题，第一时间将出现问题的路灯或者线路具体位置通过智慧路灯绿色照明管理平台显示，方便工作人员监控和修换，加快道路路灯故障处理速度，减少维护成本。

采用电力载波通信方式，各种数据信息通过现有的电力线传输，无需搭建专门的通信网络，大大降低成本以及保证网络的可靠性。

分控器在整个路灯管控系统中作为重要枢纽，通过GPRS通信模块与上位机的数据信息进行交互，并借助ISM通信模块或者载波通信设备能为下位机提供可靠数据传输支持。本实用新型可靠性高，互补，抗干扰性强，结构合理，环保、节能、可控且便于维护，为实现城市和隧道路灯网络化、信息化的管理和智能控制提供可靠基础，它不仅可适用于大、中、小城市以及中小城镇、居民社区和各类校园路灯系统的智能控制，而且也对隧道和高速公路照明的解决方案提供技术支撑。本实用新型特别适用于作为城市建设和隧道工程等公用设施照明系统的控制装置。

本实用新型提供了一种既具有节能环保，又可以达到灵活控制和安装部署城市生活照明或隧道照明的设计要求，最终实现按需照明的智能节能路灯分组控制器，该装置为主控制器和微型控制器提供重要的枢纽通信，从而使路灯控制系统对所有路灯进行远程监控和控制。

附图说明

图1为基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统的总体架构图；

图2为分组控制器的构架图；

图3为AVR主控模块的原理框图；

图4为一体化照明装置的原理框图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-4，一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统，包括主控器(又名智能路灯管控中心)、控制终端、N个分组控制器和N组一体化照明装置；N为整数，且N≥1；每一组一体化照明装置包括至少2个一体化照明装置；

主控器(又名智能路灯管控中心)设有中心服务器；

主控器分别发送控制信号给控制器，每组分控器通过一组RS-485总线与一组以上的一体化照明装置连接，发送控制信号给微控制器，进而通过电子镇流器与灯具进行交互信息。本实施例中，主控器可以采用PC机终端；具体实施时，也可以采用其他处理能力强的控制装置。主控器上层设有智慧路灯绿色照明管理平台，通过人机界面输入控制信息，可以对照明系统中的灯具进行灵活控制，实时监控每个灯具的状态，并显示在平台界面上。本实施例中的控制台可用于接收主控器的控制命令，对区域灯具进行控制，即包括可以通过平台设置在每一天的不同时段进行调光级数的设置(共九级，20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％)以达到实现时间集中控制。本实施例中，智能电子镇流器(即整流器)对灯具的功率按照实时工况进行自动调节，从而实现调节灯具亮度的变化。当灯具少、控制距离短的时候，总控器可以直接通过RS-485总线对分控器连接；当距离长，则可以采用光纤等。

分组控制器通过GPRS模块与主控器进行连接并通过ISM通信模块与微控器进行数据信息传输。

所述的移动通信模块为GPRS通信模块、3G通信模块或4G通信模块。

ISM通信模块通过SPI接口与AVR主控模块连接；移动通信模块通过MAX232电平转换芯片与AVR主控模块的UART接口相连。

所述的AVR主控模块采用AVRATmega128芯片；所述的ISM通信模块采用ISM频段的单片无线收发器芯片，单片无线收发器芯片中集成有频率发生器、增强型模式控制器、功率放大器、晶体振荡器和调制器解调器。

所述的GPRS通信模块采用移动公司提供的GPRS技术，通过MAX232电平转换芯片和AVRATmega128的UART接口相连，实现双方相互数据通信。

所述的ISM通信模块采用世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，其中无线收发器包括频率发生器、增强型SchockBurst TM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器解调器、输出功率、频道选择和协议的设置模块【为硬件模块】。

所述的AVR主控模块采用AVRATmega128芯片。AVRATmega128是高性能、低功耗的AVR8位微处理器，它的运行速度快，大多数指令可以在一个时钟周期内完成；其寿命为10，000次写／擦除周期；具有独立锁定位、可选择的启动代码区；通过片内的启动程序实现系统内编程；真正的读-修改-写操作硬件乘法器只需两个时钟周期；具有128K字节的系统内可编程Flash；4K字节的内部SRAM；可以对锁定位进行编程以实现软件加密；具有JTAG接口，方便程序在线调试、下载；两个可编程的串行USART；可工作于主机／从机模式的SPI串行接口。

所述的GPRS通信模块内部封装了TCP／IP等协议栈，可为远程无线传输提供透明的TCP／IP通道，主要完成分组控制器与主控器以及控制中心服务器通信，完成指令数据的双向传输。GPRS模块与主控器通过UART双向传送数据。本智能节能路灯分组控制器选用移动公司提供的GPRS技术，通过MAX232电平转换芯片和AVRATmega128的UART1口相连，实现全双工的数据通信。模块采用5V供电，AVRATmega128的PD6口经MAX232电平转换芯片转换后接到模块的DTR，其中DTR信号用来通知GPRS模块准备发送数据还是发送已经结束。

所述的ISM通信模块选用nRF24l01作为ISM通信模块无线收发芯片。nRF24l01芯片是工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，无线收发器包括：频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器解调器、输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。它具有内置链路层，自动应答及自动重发功能、地址及CRC检验功能、数据传输率1或2Mbps、SPI接口数据速率0～8Mbps、125个可选工作频道。芯片具有极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为-6dBm时电流消耗为9.0mA，接收模式时为12.3mA。

所述的显示及输入输出模块选择TFT034触摸液晶模块用作显示及控制指令输入。TFT034采用四线电阻触摸屏作为输入，LED屏作为显示输出。

分组控制器包括：AVR主控模块、GPRS通信模块、ISM通信模块、显示及输入输出模块。AVR主控模块作为本分组控制器的核心，它分别与GPRS通信模块、ISM通信模块、显示及输入输出模块进行信息通信和交互。AVR主控模块采用AVR主流芯片开发，具有高性能、低功耗的特性；GPRS通信模块内部封装了TCP／IP等协议栈，提供中间通信和指令数据的双向传输功能；ISM通信模块中内置ISM频段单片无线收发芯片，具有内置链路层，自动应答及自动重发功能、地址及CRC检验功能；显示及输入输出模块提供灵活的控制指令输入接口和液晶显示输出功能。其中本实用新型各模块之间相互独立，易于扩展和维护；但又相互联系，由于分组控制器与主控制器、微控制器相互通信，则需要模块问相互协调工作和配合。

AVR主控模块由四个电路和三个接口构成，具体包括：复位电路、时钟电路、JTAG电路、电源电路、UART接口、SPI接口、IO接口。UART接口是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用来与PC进行通信，包括与监控调试器和其它器件，如EEPROM通信。对于本实用新型中，UART接口将与主控制器进行数据通信。SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)接口是一种同步串行外设接口，SPI接口将与ISM模块进行对接。IO接口就是典型的输入＼输出接口，对应于本实用新型而言，它提供对显示及输入输出模块的数据显示和输入。

本系统采用选用nRF24l01作为ISM通信模块无线收发芯片。由于ISM是开放性的频段，经常容易导致通信的堵塞或中断的现象。本实用新型利用抗干扰技术解决此频段的通信稳定性问题，即跳频通信(FH)技术具有优良的抗干扰性能。

触摸液晶屏通过26脚排线与主控器相连，主控器IO口数据可直接驱动触摸液晶屏模块。

ISM通信模块主要用于完成主控器与节点控制器之间的数据通信，其具有无需许可、低功耗及低成本等特点。

GPRS模块主要用于主控器(即分组控制器)与远程控制中心通信，完成指令数据的双向传输。

分组方式，可以是在分组控制器上手动设定分组，或通过远程控制中心来设定分组。

所述的无线通信模块包括无线发射单元和无线接收单元，分别与控制电路相连。其中无线发射、接收单元可以是分离的两个不同硬件单元，也可以是合为一体的同时具备发射、接收功能的一个硬件单元。

控制电路作为路灯微型控制器的核心，它分别与无线通信模块、多传感器阵列(光敏传感器、声传感器和红外传感器)进行信息通信和交互，所有传感器与控制电路通过转换器进行信号转换。无线通信模块提供与路灯分组控制器之间的信息接口，以供路灯分组控制器传递信息给主控制器。控制电路采用STC89C52芯片开发，具有低功耗、高性能的特性。多传感器阵列的输出端经转换器与控制电路中信号输入端相连，控制电路中内置电源电路、复位电路、时钟电路以及ADC0832接口、SPI接口和IO接口。无线通信模块包括无线发射单元和无线接收单元，分别与控制电路相连。本实用新型在一体化照明装置中作为重要枢纽，上行传输信号到电子镇流器，下行对分组控制器提供可靠数据传输支持。

所选取的STC89C52芯片是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，因此满足节点控制芯片的要求。

所述的无线通信模块中无线接收单元接收无线遥控信息，将接收到无线遥控信号传送给控制电路，经过处理后将作为是否需要亮灯的条件之一传递到电子镇流器。无线发射单元由控制电路控制，发射无线遥控信号。

光敏传感器采用高灵敏度的线性光敏传感器LG0898LF。红外传感器选用被动式红外传感器LHI958，其目的为了提高控制器的可靠性和健壮性，拓展控制器的探测范围。被动式热释电红外传感器是热探测器的一种，热释电红外传感器的信号正比于敏感元温升随时间的变化率，而不像其他热探测器那样需要热平衡过程，因此热释电红外传感器的响应速度比其他热探测器快得多，可达到毫微秒级。振动传感器即力平衡加速度传感器，其主要采用美国KMI、GeoTech和日本Akashi的力平衡加速度传感器，采用KMI的稳定电路设计优点，吸收了GeoTech交流方波调制抑制零漂技术，独创了外六角调零技术(操作容易、避免损伤簧片)，在电极板制作上，克服了铁磁性杂质的影响等。它具有特点：1)零漂更小，耐久稳定，避免了误触发，也减少了校正工作量；2)电路更加稳定可靠，减少维护工作量；3)调零更加方便，并且不易损伤簧片；4)频响好，且可根据需要灵活选择。声传感器采用驻级体电容式传声器，驻级体是一种永久性带电的介电材料，它能把声能或机械能转换成电能，或者将电能转换成机械能或声能，传声器通过灵敏元件把声压的变化转换成电信号，再经过放大以电压形式输出，其质量和性能直接影响到系统的精度和能否正确反映被测信号的全部信息。

控制电路由三个电路、三个通信接口和一个下载接口构成，具体包括：复位电路、时钟电路、电源电路、ADC0832接口、SPI接口、IO接口以及ISP下载接口。ADC0832接口是8位分辨率A／D转换芯片接口，其最高分辨可达256级，可以适应一股的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0～5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。对于本实用新型中，ADC0832接口将与分组控制器进行数据通信。SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)接口是一种同步串行外设接口。

新型智能节能路灯微型控制器(即现场控制器)通过光、声、红外、振动等多传感器采集路灯背景环境信息，其与电子镇流器的整合可以实现路灯多种控制策略，从而实现节能环保和绿色照明。

以上所述的具体实施例仅仅是本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统，其特征在于，包括主控器、控

制终端、N个分组控制器和N组一体化照明装置；N为整数，且N≥1；每一组一体化照明装置包括至少2个一体化照明装置；

主控器设有中心服务器；

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统，其特征在于，分组控制器包括AVR主控模块、ISM通信模块、移动通信模块和显示及输入输出模块；

3.根据权利要求2所述的基于物联网技术的智慧路灯绿色照明管控系统，其特征在于，所述的移动通信模块为GPRS通信模块、3G通信模块或4G通信模块；ISM通信模块通过SPI接口与AVR主控模块连接；移动通信模块通过MAX232电平转换芯片与AVR主控模块的UART接口相连；所述的AVR主控模块采用AVRATmega128芯片；所述的ISM通信模块采用nRF24l01芯片，所述的显示及输入输出模块采用TFT034触摸液晶模块。