CN204350380U - 基于物联网技术的城市led路灯监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种基于物联网技术的城市LED路灯监控系统，既能及时、准确地检测出路灯故障，又能对路灯进行开关及亮度调节，从而完成对LED路灯的智能化控制。所述系统包括：设置在街道上的若干盏路灯，每盏路灯包含有一个灯头和一个路灯内部控制器，每盏路灯中的灯头和路灯内部控制器之间通过控制线相连；所有路灯内部控制器通过物联网方式相连并以街道为单位构成zigbee区域网；每个zigbee区域网内设置一台路灯集中控制器，路灯集中控制器与所在zigbee区域网内的路灯内部控制器通过物联网相连；各个路灯集中控制器与远程监控管理中心之间通过GPRS无线网相连。

Description

基于物联网技术的城市LED路灯监控系统

技术领域

本实用新型涉及城市照明技术领域，尤其涉及一种基于物联网技术的城市LED路灯监控系统。

背景技术

现代社会对照明的要求不再只是停留在照亮的层次上，而是对灯光的光色、艺术性等方面提出了更高的要求，LED照明以其节能低碳、无污染、长寿命、体积小、响应快、色彩丰富等显著优点被人们广泛关注。在大功率城市路灯照明领域上LED的优越性更是得到了充分的体现，与此同时也诞生出大量的LED路灯控制系统。但是大多数的控制系统没有充分发挥出LED路灯的可控制，普遍缺少路灯级的通信链路，一般只能对整条道路的路灯进行统一控制，无法测量和控制到每一盏灯；此外就路灯开关控制方式来说大多采用手控方式或时控方式，若要按提前预定好的时间自行开/关灯，则需要在路灯的配电箱中安装定时器，不论在任何季节气象条件下，时间是唯一的开关依据，而有些景观灯的开关则需要人工手动控制方法。现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间，更无法及时反映照明设施的运行情况，并且故障率高，维修也不方便。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种基于物联网技术的城市LED路灯监控系统，既能及时、准确地检测出路灯故障，又能对路灯进行开关及亮度调节，从而完成对LED路灯的智能化控制。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种基于物联网技术的城市LED路灯监控系统，包括：

设置在街道上的若干盏路灯，每盏路灯包含有一个灯头和一个路灯内部控制器，每盏路灯中的灯头和路灯内部控制器之间通过控制线相连；所有路灯内部控制器通过物联网方式相连并以街道为单位构成zigbee区域网；每个zigbee区域网内设置一台路灯集中控制器，路灯集中控制器与所在zigbee区域网内的路灯内部控制器通过物联网相连；各个路灯集中控制器与远程监控管理中心之间通过GPRS无线网相连。

其中，路灯内部控制器包括：

直流电源、恒流源、下位机zigbee模块、下位机AVR微控制器、工作状态监控模块、灯头接口共计六部分；

直流电源分别与恒流源、下位机zigbee模块、下位机AVR微控制器以及工作状态监控模块连接；所述下位机AVR微控制器与所述下位机zigbee模块通过RS-484总线相连；所述下位机AVR微控制器分别与所述工作状态监控模块和所述恒流源通过控制线相连；所述恒流源与所述工作状态监控模块相连，所述恒流源通过所述灯头接口连接灯头。

其中，路灯集中控制器包括：

电源模块、LCD显示、中位机zigbee模块、中位机AVR微控制器、GPRS模块、声光报警模块、键盘共计七部分；电源模块分别与LCD显示、中位机zigbee模块、中位机AVR微控制器以及GPRS模块连接，为其提供电源；中位机AVR微控制器分别与中位机zigbee模块和GPRS模块之间通过RS-485串口连接；中位机AVR微控制器与LCD显示、声光报警模块、键盘通过相应控制线相连。

本实用新型与现有技术相比，所产生的有益效果是：(1)灵活控制，在任何可以上网的地方，只要有浏览器便可以对路灯进行监控。(2)既能对LED灯具实现远程开、关控制又能远程采集各种灯具工作时的电量、温度等数据，维持灯具的正常运行，在减少人工维护成本的同时，极大地方便了灯具的管理。(3)无须布线，节省成本和避免线路故障。(4)可对单盏路灯实现0～100％调光控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种LED路灯远程监控系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种路灯内部控制器的结构方框图；

图3为本实用新型实施例提供的一种路灯集中控制器的结构方框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

ZigBee作为一种新兴的短距离、低速率的无线通信技术，zigbee区域网是一种短距离、低速率的无线通信网。zigbee模块是应用这种无线通信技术进行通信的一个模块。

本实用新型的实施例提供了一种基于物联网技术的城市LED路灯监控系统，如图1所示，所述城市LED路灯监控系统包括：设置在街道上的若干盏路灯，每盏路灯包含有一个灯头1和一个路灯内部控制器2，每盏路灯中的灯头1和路灯内部控制器2之间通过控制线相连；所有路灯内部控制器2通过物联网方式相连并以街道为单位构成zigbee区域网3；每个zigbee区域网3内设置一台路灯集中控制器4，路灯集中控制器4与所在zigbee区域网3内的路灯内部控制器2通过物联网相连；各个路灯集中控制器4与远程监控管理中心5之间通过GPRS无线网相连。

如图2所示，为路灯内部控制器2的结构方框图。所述路灯内部控制器包括：直流电源21、恒流源22、下位机zigbee模块23、下位机AVR微控制器24、工作状态监控模块25、灯头接口26共计六部分。直流电源分别与恒流源22、下位机zigbee模块23、下位机AVR微控制器24以及工作状态监控模块25连接，直流电源21为其提供电源；下位机AVR微控制器24与下位机zigbee模块23通过RS-485总线相连；下位机AVR微控制器24与工作状态监控模块25和恒流源22通过相应控制线相连；恒流源22与工作状态监控模块25相连并通过灯头接口26连接灯头。

以往的LED灯头，经常会碰到LED灯头不亮的情况，这就是行业内的人说的死灯现象，原因是由于LED灯工作电压低(红黄橙LED工作电压2.0V-2.6V，蓝绿白LED工作电压3.0-3.6V)，一般都要用串、并联来联接，来适应不同的工作电压，如果其中一串LED灯的内部连接引线断开，造成该串灯头无电流通过而产生死灯，势必会增大流过其它灯串的电流，过大电流使PN结失效从而影响路灯的整体使用寿命，本实用新型采用单串灯头与单个恒流源匹配的方式，使每个灯头在额定工作电流状态下工作，达到了灯头的正常使用寿命，再加上良好的散热设计，提高了整个系统的稳定性。具体可参考图1和图2，图1中一个灯头1对应一个路灯内部控制器2，图2中，每个路灯内部控制器2中包含有一个恒流源22，该恒流源22通过灯头接口26连接一个灯头，为该灯头提供额定工作电流。

路灯内部控制器2中重要的组成部分是恒流源22，直流电源21向所述恒流源22输入电压范围宽可达到5～36(V)，恒流源22的输出电压1.25～35(V)，最大输出电流1.25～3.5(A)，恒流源22采用脉宽调制(PWM)技术，路灯内部控制器2通过下位机Zigbee模块23接收到路灯集中控制器4的控制命令后，由下位机AVR微控制器24进行命令解析，完成占空比的设定，调节恒流源22的输出电流，以实现LED灯的0％～100％亮度调节。考虑到整个系统的性价比，本实用新型中所采用的下位机zigbee模块23的传输距离为100米，与下位机AVR微控制器24之间采用RS-485串口通讯方式，波特率为(300bps～115.2Kbps)，Zigbee模块组网灵活支持多种组网方式。路灯内部控制器2中的工作状态监控25模块分别与下位机AVR微控制器24(下位机AVR微控制器即AVR单片机)、恒流源22以及灯头接口26连接，可以用来检测本盏路灯的运行状况，如路灯的开关时间，路灯的亮度等。

综上所述，所述路灯内部控制器的作用主要有三个方面：首先是给LED路灯灯头提供恒流，恒流源22采用PWM(脉宽调制)方式，可实现对灯头亮度0～100％的调节。其次通过工作状态监控模块25检测本盏路灯的运行状况；还可根据下位机zigbee模块23接收到的命令控制路灯的开关时间，调节路灯的亮度，最后每个路灯内部控制器2中都含有下位机zigbee模块23，该区域内所有路灯通过下位机Zigbee模块23之间的无线数据通讯实现灯灯联网(物物联网)，并将该区域内所有路灯的运行状态传送给路灯集中控制器4。

如图3所示，为路灯集中控制器4的结构方框图。所述路灯集中控制器4包括：电源模块41、LCD显示42、中位机zigbee模块43、中位机AVR微控制器44、通用分组无线服务技术GPRS模块45(简称GPRS模块)、声光报警模块46、键盘47共计七部分；电源模块41分别与LCD显示42、中位机zigbee模块43、中位机AVR微控制器44以及GPRS模块45连接，为其提供电源；中位机AVR微控制器44与中位机zigbee模块43和GPRS模块45之间通过RS-485串口连接；中位机AVR微控制器44与LCD显示42、声光报警模块46、键盘47通过相应控制线相连。

路灯集中控制器4是远程监控管理中心5与路灯内部控制器2之间数据传输的桥梁，在具体实际应用中路灯集中控制器4也可以脱开远程监控管理中心5，维护人员在现场即可将数据发送至本zigbee区域内的任何一盏路灯，这更方便了用户的使用。路灯集中控制器4选用128×64点阵液晶即LCD液晶显示器42显示作为操作界面，汉字显示，直观方便。时钟模块采用具有万年历功能的实时时钟专用芯片；声光报警模块46采用了普通的发光二极管和蜂鸣器。路灯集中控制器4的另外一个重要组成部分是GPRS模块45，该模块外形小巧，内部集成了TCP/IP协议，具有射频天线、本地SIM卡连接及RS232/RS485串口等接口，可采用内部扩展的AT指令进行操作，功能强大且开发简单。

路灯集中控制器4可以脱离远程监控管理中心独自管理本街道zigbee区域网内的所有路灯。其控制面板上设有LCD液晶42和键盘47，LCD液晶42由电源模块来提供驱动电压，可以显示数据，所述键盘47可以是标准5键键盘，方便维护人员向中位机AVR微控制器44输入控制信息，这样就可以使维护人员进行现场操作和管理。中位机AVR微控制器44接收到控制信息后，就会将控制信息通过中位机zigbee模块43发送给zigbee区域网内的各个路灯内部控制器2，路灯内部控制器2内设置有下位机zigbee模块23可以接收到控制信息，并进行相应的控制。

当然，远程监控管理中心5也可以通过路灯集中控制器4管理各个街道zigbee区域网内的所有路灯。远程监控管理中心5可以通过GPRS无线网向所述路灯集中控制器4发送控制信息，所述路灯集中控制器4内设置的GPRS模块45可以接收到控制信息，并将其发送给中位机AVR微控制器44进行相应的处理。

综上所述，路灯集中控制器4的作用有两个方面，首先内部含有GPRS模块45，可以实现远距离无线数据传输；其次维护人员可以通过路灯集中控制器4在现场可直接设置每盏路灯的工作参数，查看该区域内每盏路灯的运行状态。

此系统还包括LED路灯灯头1(具体包括散热体、铝基板、灯具外壳，LED灯头和相关结构连接件)，其主要作用就是照明，它通过接口连线与路灯内部控制器2相连，由路灯内部控制器2中的恒流源22给LED灯头1供电，同时接受路灯内部控制器2的控制。

远程监控管理中心5的作用是：接收所有来自路灯集中控制器4通过GPRS无线网发送来的数据，以文字和图形方式显示整个城市路灯的运行状态，并建立城市路灯库管理数据库。工作人员在远程监控管理中心足不出户就可以实现对单盏路灯的智能检测和智能控制。

本系统组网灵活，路灯内部控制器2和路灯集中控制器4均可独立工作。路灯内部控制器2作为单盏路灯的控制和管理单元，本身具备人机通讯接口，可脱离网络(局域网或国际互联网)独立运行、自我管理路灯。路灯集中控制器4也可以脱离远程监控管理中心5独自管理本街道zigbee区域网内的所有路灯。

路灯内部控制器2和路灯集中控制器4均采用性能较高的AVR微处理器作为控制器件，程序采用AVR Studio软件编写，并经GCC编译器编译通过，它是高性能、低功耗微处理器，内部资源丰富，无需外围电路扩展就可完成键盘、显示、时间和环境温度记录、声光报警及串口通讯等功能。

远程监控管理中心5的服务监控系统采用MATLAB软件编程技术，一台上位机(PC机)监控本市区的所有路灯，上位机监控界面主要包括2个：①主监控界面，该界面以地图的方式体现，可以方便用户及时查看所有街道上的任何一盏路灯，该界面下可自动弹出显示各种报警数据，并及时存入数据库。②单盏路灯运行监视和控制界面，主要是对某一盏路灯进行状态监视，同时可以设定控制参数，根据实际需要对亮度进行修改。

随着移动无线网络的发展和日益完善以及我国在物联网方面的巨大投入，相信本实用新型在路灯的管理与控制上将会有广阔的应用前景。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种基于物联网技术的城市LED路灯监控系统，其特征在于，包括：

设置在街道上的若干盏路灯，每盏路灯包含有一个灯头和一个路灯内部控制器，每盏路灯中的灯头和路灯内部控制器之间通过控制线相连；所有路灯内部控制器通过物联网方式相连并以街道为单位构成zigbee区域网；每个zigbee区域网内设置一台路灯集中控制器，所述路灯集中控制器与所在zigbee区域网内的路灯内部控制器通过物联网相连；各个所述路灯集中控制器与远程监控管理中心之间通过通用分组无线服务技术GPRS无线网相连；

其中，所述路灯内部控制器包括：

直流电源、恒流源、下位机zigbee模块、下位机AVR微控制器、工作状态监控模块、灯头接口共计六部分；

直流电源分别与恒流源、下位机zigbee模块、下位机AVR微控制器以及工作状态监控模块连接；所述下位机AVR微控制器与所述下位机zigbee模块通过RS-484总线相连；所述下位机AVR微控制器分别与所述工作状态监控模块和所述恒流源通过控制线相连；所述恒流源与所述工作状态监控模块相连，所述恒流源通过所述灯头接口连接灯头；

所述路灯集中控制器包括：

电源模块、LCD显示、中位机zigbee模块、中位机AVR微控制器、GPRS模块、声光报警模块、键盘共计七部分；电源模块分别与LCD显示、中位机zigbee模块、中位机AVR微控制器以及GPRS模块连接，为其提供电源；中位机AVR微控制器分别与中位机zigbee模块和GPRS模块之间通过RS-485串口连接；中位机AVR微控制器与LCD显示、声光报警模块、键盘通过相应控制线相连。