CN204157139U - 基于物联网技术的单灯监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网技术的单灯监控系统。其特征是包括：设置在路灯控制箱内的监控终端、设置在路灯灯杆或灯具内的单灯监控末端和单灯监控管理中心；单灯监控末端用于获取灯具的电量参数和工作状态，并通过自身的电力载波通讯模块或Zigbee通讯模块传递给所述监控终端；监控终端将所接收到的电量参数和工作状态通过第三方公共网络GPRS/CDMA/3G实时向单灯监控管理中心进行传输，用于监控所述路灯的运行状态。本实用新型不仅能实时在线监测路灯单灯的运行状态，反馈故障信息，并能对单灯进行调光控制，实现节能降耗的目的。

Description

基于物联网技术的单灯监控系统

技术领域

本实用新型属于监控技术领域，具体地说是一种基于物联网技术的单灯监控系统。

背景技术

随着我国经济建设的发展，城市化进程的加速，城市照明得到了长足发展，城市照明发展中的能源需求和消耗也在不断加大。据统计，城市路灯照明耗电量占我国照明耗电30％左右，年用电约850亿千瓦时，以我国平均电价0.65元/KWH计算，一年仅市政路灯照明的开支就高达552亿元。而由于技术原因，路灯照明不能根据电网波动、照度需求以及照明时段等情况进行实时调整，目前城市路灯照明的电能利用率还不到65％，电能浪费相当严重。

在节能减排已经成为我国重要国策的今天，在路灯照明系统的设计和运行上更多地考虑对能源的节约利用，以科学的管理和先进的技术实现节能降耗，不仅是落实国家节能政策的重要内容，同时也是地方政府减少财政支出的有效途径。

为此，涌现出大量的路灯节能设备、节能新灯具和单灯监控装置，为节约能源和路灯监管起到了积极作用。目前，针对路灯的节能设备主要利用电磁调压稳压技术，降低半夜过度照明引起的电能浪费，这种方法在供电半径较大的应用场合，易导致末端灯具熄弧，缩短灯具的使用寿命，带来交通安全隐患，造成“节能不节钱”。对路灯的监控采用在路灯配电箱加装无线路灯监控管理系统，这种方法只是路灯的分组控制，无调光控制，也无单灯的电量检测、故障反馈等功能，对路灯的监控也只限于路灯管理中心，在无人值守时不能实时反馈路灯故障信息。

发明内容

本实用新型为克服现有技术存在的不足之处，提出一种基于物联网技术的单灯监控系统，不仅能实时在线监测路灯单灯的运行状态，反馈故障信息，并能对单灯进行调光控制，实现节能降耗的目的。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型一种基于物联网技术的单灯监控系统，其特点是包括：

设置在路灯控制箱内的监控终端、设置在路灯灯杆或灯具内的单灯监控末端和单灯监控管理中心；

所述单灯监控末端用于获取灯具的电量参数和工作状态，并通过自身的电力载波通讯模块或Zigbee通讯模块传递给所述监控终端；

所述监控终端将所接收到的电量参数和工作状态通过第三方公共网络GPRS/CDMA/3G实时向所述单灯监控管理中心进行传输，用于监控所述路灯的运行状态；

由所述监控终端和单灯监控末端构成基于电力载波通讯或Zigbee通讯的物联网子系统；由所述监控终端和单灯监控管理中心构成基于第三方公共网络的物联网系统。

本实用新型所述的基于物联网技术的单灯监控系统的特点也在于：

所述监控末端的组成包括：第一主控CPU、AD采样模块、第一电力线载波通讯模块、第一ZigBee通讯模块、光照度采集模块以及调光模块，所述第一主控CPU控制所述AD采样模块和光照度采集模块分别用于测量由单灯的工作电压、工作电流、漏电流、工作状态和光照度构成的电量参数和工作状态，并通过第一电力线载波通讯模块或第一ZigBee通讯模块进行传输；

所述监控终端的组成包括：第二主控CPU、第二电力线载波通讯模块、第二ZigBee通讯模块和GPRS/CDMA/3G无线通讯模块；所述第二主控CPU与所述第二电力载波通讯模块和GPRS/CDMA/3G无线通讯模块相连，并通过UART串口与所述第二ZigBee通讯模块相连；所述第二主控CPU通过所述GPRS/CDMA/3G无线通讯模块接收所述单灯监控管理中心的控制命令并通过所述第二主控CPU、第二电力线载波通讯模块或第二ZigBee通讯模块传递给所述监控末端用于控制所述开关灯和调光模块执行动作。

所述光照度采集模块包括由光敏电阻和光敏二极管组成的传感器单元和信号处理单元；所述光敏电阻用于对路灯的周围环境的光照度进行采样并转换为电信号传递给所述信号处理单元，所述光敏二极管用于检测路灯的通断并在所述光敏二极管截止时反馈故障信号给所述信号处理单元；所述信号处理单元与第一主控CPU的AD端口相联，用于传递所接收到的信号。

所述调光模块包括数字电位器、抑制电路、频率控制电路、RC振荡电路、半桥逆变驱动控制电路、电感变压器和采集放大电路；所述数字电位器的输入端与第一主控CPU相连，所述数字电位器输出端通过所述抑制电路与所述频率控制电路的输入端相联，所述频率控制电路的输出端与所述RC振荡电路的输入端相连，所述RC振荡电路的输出端与所述半桥逆变驱动控制电路的输入端相连，所述半桥逆变驱动控制电路的输出端通过电感变压器与高压气体放电灯HID相连，所述采集放大电路采集高压气体放电灯HID的实际电压并输入至频率控制电路；从而实现调光功能。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型采用监控终端和监控末端构成基于电力载波通讯或Zigbee通讯的物联网子系统，由监控终端和单灯监控管理中心构成基于第三方公共网络的物联网系统，用户通过手机、平板电脑远程登录对路灯实施远程监控。较传统路灯监控系统只能在路灯控制中心检测路灯运行状态来说，本实用新型可在无人值守的情况下做到对控制范围内的城市路灯进行高效、可靠、全方位的管理。

2、本实用新型采用在路灯灯杆或灯具内安装监控末端，实时采集单灯灯具工作电压、电流、零序电流，并最终将其转换为数字信号，监控末端内电力载波通讯模块的发送单元把数字信号变成特殊的电信号，加载到电力线上，监控终端内电力载波通讯模块的接收单元检测这种电信号并还原为数字信号，并通过第三方公共网络GPRS/CDMA/3G上传给单灯监控管理中心。在单灯监控管理中心通过安装的上位机管理软件和GIS地图，可直观遥测到具体的某一盏路灯，较传统路灯监控系统不能单独检测单灯工作状态来说，本实用新型给日常维护提供了远程诊断依据，大大减轻维护工作量，节省人力物力。

3、本实用新型采用调光模块为一种智能调光电子整流器，相对于目前常用的变频调光输出功率误差大和相位调光可靠性差的特点，本实用新型既便于精确控制高压气体放电灯HID的功率，实现调光，又适用于各种高压气体放电灯HID使用，节电率高达30％。

4、本实用新型光照度采集模块通过光敏电阻和光敏二极管采集环境光照度和单灯光照度，由光敏电阻采集环境光照度进行光电转换后送入主控CPU，按照单灯监控管理中心预设的控制方案，实现根据环境光照度进行路灯自动开关。光敏二极管是利用硅PN结受光照后产生光电流的一种光电器件，白天受光照或路灯直射时光敏二极管反向电阻减小，二极管导通，夜晚路灯应该点亮时若光敏二极管截止表示路灯设备故障或被盗。较目前单灯监控系统无此模块，本实用新型能够及时反映路灯工作状态，给远程诊断提供依据，并实现单灯光控功能。

附图说明

图1为本实用新型系统示意图；

图2为本实用新型中监控终端的功能框图；

图3为本实用新型中电力线载波通讯模块的功能框图；

图4为本实用新型中监控末端的功能框图；

图5为本实用新型中调光模块的功能框图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种基于物联网技术的单灯监控系统从物理结构来分，主要分为单灯监控管理中心、监控终端、监控末端三个物理层；其中，单灯监控末端设置在路灯灯杆或灯具内、监控终端设置在路灯控制箱内、单灯监控管理中心安装在路灯监控中心室内。

单灯监控末端用于获取灯具的电量参数和工作状态，并通过自身的电力载波通讯模块或Zigbee通讯模块传递给监控终端；

监控终端将所接收到的电量参数和工作状态通过第三方公共网络GPRS/CDMA/3G实时向单灯监控管理中心进行传输，用于监控路灯的运行状态；

由监控终端和下属的各单灯监控末端构成基于电力载波通讯或Zigbee通讯的快速响应物联网子系统，实时检测单灯末端的系统参数：电压、电流、开关状态、工作状态等，并实现单灯的开关和调光控制；由监控终端和单灯监控管理中心构成基于第三方公共网络的物联网系统，用于实时传输各监控末端的信号状态及系统参量。

单灯监控管理中心是整个系统的核心部分，其硬件主要由灯光监控主机和数据库服务器、无线接入设备、远程智能报警模块、GPS校时设备、GIS系统组成。其软件主要是基于Windows操作系统的单灯监控管理软件。由监控管理中心上位机向监控终端发送获取监控末端地址信息命令，监控终端通过配置信息对监控末端组网后，将组网后的地址发送给上位机。上位机向监控终端发送命令，对指定地址的监控末端进行数据查询，监控末端接收到命令后，将单灯电量参数和工作状态发送给监控终端，监控终端接收到数据后发送给上位机。

路灯单灯监控管理中心的核心设备为灯光监控主机，系统支持多平台监控，用户可在不同地方安装多个监控平台实时监控，在值班人员户外工作时，可以通过手机、平板电脑远程登录，支持C/S架构与BS架构，支持WEB版监控，支持手机短信设置监控参数，通过无线接入设备与监控终端GPRS/CDMA/3G模块进行通讯，以实现远程调光控制、按照分组方案或分类开关控制，远程监测路灯的电量参数和运行状态。远程智能报警模块可将路灯报警信息发送到指定工作人员的手机上。

如图4所示，监控末端的组成包括：第一主控CPU、AD采样模块、第一电力线载波通讯模块、第一ZigBee通讯模块、光照度采集模块、电源模块和调光模块；其中，AD采样模块、光照度采集模块、电力线载波通讯模块、调光模块与第一主控CPU相联，第一主控CPU可以选用STM32，并通过UART接口与ZigBee通讯模块相联，电源模块为各模块提供工作电源。ZigBee通讯模块可以选用CC2530；第一主控CPU控制AD采样模块和光照度采集模块分别用于测量由单灯的工作电压、工作电流、漏电流、工作状态和光照度构成的电量参数和工作状态，并通过第一电力线载波通讯模块或第一ZigBee通讯模块进行传输；

如图4所示，光照度采集模块包括传感器单元和信号处理单元，其传感器单元与信号处理单元相联，信号处理单元的一端与第一主控CPU的AD端口相联，另一端与传感器单元相联。传感器单元采用光敏电阻实现对周围环境光照度的采样，采用光敏二极管通断进行路灯设备故障的检测。光敏电阻，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。通过信号处理单元后提供给第一主控CPU，第一主控CPU按照预设的方案实现光控路灯开关和调光功能。采用光敏二极管，检测夜晚路灯是否正常工作，当光敏二极管截止时反馈故障信号给信号处理单元，表明路灯设备故障或被盗，第一主控CPU通过电力线载波通讯模块送出报警信号。

图4所示，通过两个电流互感器将灯具负载电流和零序电流送入AD采样模块，同时将灯具工作电压送入AD采样模块，通过整形、滤波后送入主控CPU，在主控CPU内计算、分析灯具的工作状态和电量参数。监控末端安装在每个灯杆内，通过电力载波通讯或ZigBee通讯技术与监控终端进行通讯，接收监控终端下发的数据，以实现灯具的开启、关闭和对灯具的调光控制，并将采集的灯具电量参数、开关状态信息、故障信息等上传给监控终端。

如图5所示，调光模块包括数字电位器、抑制电路、频率控制电路、RC振荡电路、电源电路、半桥逆变驱动控制电路、电感变压器和采集放大电路。其中数字电位器可以采用AD5245，电源电路由EMI滤波电路、整流及功率因数校正PFC电路组成。数字电位器的输入端与第一主控CPU相联，数字电位器的输出端通过抑制电路与频率控制电路的输入端相联，频率控制电路的输出端与RC振荡电路输入端相联，RC振荡电路输出端与半桥逆变驱动控制电路的输入端相联，半桥逆变驱动控制电路的输出端通过电感变压器与高压气体放电灯HID相联，采集放大电路采集高压气体放电灯HID的实际电压输入至频率控制电路。其中频率控制电路、RC振荡电路、半桥逆变驱动控制电路、电感变压器、高压气体放电灯HID和采集放大电路组成负反馈电路。调光模块的主要功能是接收主控CPU信号，通过数字电位器、抑制电路和频率控制电路确定高压气体放电灯HID的基准电压，使其基准电压与其功率成正比，通过采集电路将高压气体放电灯HID的实际工作电压与基准电压送入频率控制电路进行比较，输出信号给RC振荡电路，通过调节RC振荡电路的频率来精确控制高压气体放电灯HID的功率变化。

监控终端用于处理单灯监控管理中心和监控末端的数据，实现监控管理中心对监控末端进行控制、查询等操作；如图2所示，其组成包括：第二主控CPU、第二电力线载波通讯模块、第二ZigBee通讯模块、GPRS/CDMA/3G无线通讯模块、LCD显示模块、键盘和电源模块；第二主控CPU选用STM32VET6，并与第二电力载波通讯模块和GPRS/CDMA/3G无线通讯模块相连进行通讯，并通过UART串口与第二ZigBee通讯模块相连；第二主控CPU通过FSMC总线与LCD显示模块相连用于显示操作界面，第二主控CPU通过GPIO口与键盘相联；第二主控CPU处理协调各功能子模块，电源模块为各模块提供工作电源。第二主控CPU通过GPRS/CDMA/3G无线通讯模块接收单灯监控管理中心的控制命令并通过第二主控CPU、第二电力线载波通讯模块或第二ZigBee通讯模块传递给监控末端用于控制开关灯和调光模块执行动作。监控终端可以通过有线电力载波通讯技术或ZigBee无线通讯技术与单灯监控管理中心和监控末端进行通讯，收发单灯监控管理中心数据，并向监控末端发送组网命令、状态查询命令和开关命令等。

如图3所示，第一和第二电力载波通讯模块由载波耦合电路、信号功率放大电路、输出功率控制电路、滤波接收电路、解调电路、电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E等组成，其中信号功率放大电路和输出功率控制电路为信号发送单元，滤波接收电路和解调电路为滤波接收单元。

Claims (4)

1.一种基于物联网技术的单灯监控系统，其特征是包括：

设置在路灯控制箱内的监控终端、设置在路灯灯杆或灯具内的单灯监控末端和单灯监控管理中心；

所述单灯监控末端用于获取灯具的电量参数和工作状态，并通过自身的电力载波通讯模块或Zigbee通讯模块传递给所述监控终端；

所述监控终端将所接收到的电量参数和工作状态通过第三方公共网络GPRS/CDMA/3G实时向所述单灯监控管理中心进行传输，用于监控所述路灯的运行状态；

由所述监控终端和单灯监控末端构成基于电力载波通讯或Zigbee通讯的物联网子系统；由所述监控终端和单灯监控管理中心构成基于第三方公共网络的物联网系统。

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的单灯监控系统，其特征是：

所述监控末端的组成包括：第一主控CPU、AD采样模块、第一电力线载波通讯模块、第一ZigBee通讯模块、光照度采集模块以及调光模块，所述第一主控CPU控制所述AD采样模块和光照度采集模块分别用于测量由单灯的工作电压、工作电流、漏电流、工作状态和光照度构成的电量参数和工作状态，并通过第一电力线载波通讯模块或第一ZigBee通讯模块进行传输；

所述监控终端的组成包括：第二主控CPU、第二电力线载波通讯模块、第二ZigBee通讯模块和GPRS/CDMA/3G无线通讯模块；所述第二主控CPU与所述第二电力载波通讯模块和GPRS/CDMA/3G无线通讯模块相连，并通过UART串口与所述第二ZigBee通讯模块相连；所述第二主控CPU通过所述GPRS/CDMA/3G无线通讯模块接收所述单灯监控管理中心的控制命令并通过所述第二主控CPU、第二电力线载波通讯模块或第二ZigBee通讯模块传递给所述监控末端用于控制所述调光模块执行动作。

3.根据权利要求2所述的基于物联网技术的单灯监控系统，其特征是：所述光照度采集模块包括由光敏电阻和光敏二极管组成的传感器单元和信号处理单元；所述光敏电阻用于对路灯的周围环境的光照度进行采样并转换为电信号传递给所述信号处理单元，所述光敏二极管用于检测路灯的通断并在所述光敏二极管截止时反馈故障信号给所述信号处理单元；所述信号处理单元与第一主控CPU的AD端口相联，用于传递所接收到的信号。

4.根据权利要求2所述的基于物联网技术的单灯监控系统，其特征是：所述调光模块包括数字电位器、抑制电路、频率控制电路、RC振荡电路、半桥逆变驱动控制电路、电感变压器和采集放大电路；所述数字电位器的输入端与第一主控CPU相连，所述数字电位器输出端通过所述抑制电路与所述频率控制电路的输入端相联，所述频率控制电路的输出端与所述RC振荡电路的输入端相连，所述RC振荡电路的输出端与所述半桥逆变驱动控制电路的输入端 相连，所述半桥逆变驱动控制电路的输出端通过电感变压器与高压气体放电灯HID相连，所述采集放大电路采集高压气体放电灯HID的实际电压并输入至频率控制电路；从而实现调光功能。