CN204362385U - 双通信链路单灯监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双通信链路单灯监控系统，包括控制中心、支路控制器和单灯控制器，所述支路控制器包括互联网通信模块、第一WSN网络通信模块和第一载波通信模块，所述单灯控制器包括第二WSN网络通信模块和第二载波通信模块，所述第一WSN网络通信模块和第二WSN网络通信模块连接，所述第一载波通信模块和第二载波通信模块连接，所述互联网通信模块连接所述控制中心。本实用新型的双通信链路单灯监控系统同时支持两种链路，通过WSN网络通信模块和载波通信模块提高了系统通信的可靠性。

Description

双通信链路单灯监控系统

技术领域

    本实用新型涉及一种双通信链路单灯监控系统。

背景技术

现有的城市照明监控系统采用了三层架构，控制中心、支路控制器（BranchNode）、单灯控制器（LeafNode），控制中心与支路控制器采用目前成熟的GPRS/CDMA/3G/通信方式，支路控制器和单灯控制器采用无线或有线方式进行信息交互。具体信息参见图1，图1是现有的城市照明监控系统架构图。

控制中心是照明管理人员对路灯和夜景灯运行状态进行监视和管理的办公区域，管理人员通过中心软件实现对全市照明变压器/配电柜以及路灯灯具的访问和控制；支路控制器（BranchNode）与照明变压器/配电柜安装在一起，实现对变压器/配电柜交流接触器控制，采集线路的各种状态信息；单灯控制器（LeafNode），安装在灯杆处，检测每个光源的信息，并实现光源的开关控制。

总体而言，当前照明监控系统可分为如下两类：

第一类：通过有线通信实现单灯监控，如电力线载波；

第二类：通过无线通信实现单灯监控，如Zigbee；

现有技术的缺点：

1、适应性不足。有线通信和无线通信在一般场景下均能进行单灯系统监控，但各有相应优点和不足，特别是对环境的适应能力；有线系统不受障碍物影响，但传输线负载状况对电力线载波信号传输有影响，进而影响通信成功率；无线通信不受限于电力传输线负载，但实际空间环境中障碍物等会对无线组网造成影响。

2、单通信链路存在可靠性瓶颈。在实际环境中，由于各种地形地势情况，单一通信方式系统中，即便是正常情况下可以通信，但一旦遇到现场故障导致通信链路故障，BranchNode与LeadNode之间便全然无法联系，导致与LeafNode彻底失去联系。

因此，需要一种新的单灯监控系统以解决上述问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型针对现有技术中现有技术中单灯监控系统存在的问题，提供一种双通信链路单灯监控系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的双通信链路单灯监控系统采用如下技术方案：

一种双通信链路单灯监控系统，包括控制中心、支路控制器和单灯控制器，所述支路控制器包括互联网通信模块、第一WSN网络通信模块和第一载波通信模块，所述单灯控制器包括第二WSN网络通信模块和第二载波通信模块，所述第一WSN网络通信模块和第二WSN网络通信模块连接，所述第一载波通信模块和第二载波通信模块连接，所述互联网通信模块连接所述控制中心。

更进一步的，所述支路控制器还包括JN5148无线微控制器，所述第一WSN网络通信模块为ZIGBEE模块，所述第一载波通信模块为PLMODEM模块，所述JN5148无线微控制器包括DIO17接口、DIO18接口、DIO19接口和DIO20接口，所述ZIGBEE模块包括RX端、TX端和GND端，所述PLMODEM模块包括第二RX端、第二TX端和第二GND端，所述DIO17接口和DIO18接口分别连接RX端和TX端，所述DIO19接口和DIO20接口分别连接第二RX端和第二TX端。其中，ZIGBEE模块用于支路控制器管理WSN网络，PLMODEM模块用于支路控制器管理电力线载波网络，并分别通过不同端口与他们通信。

更进一步的，所述单灯控制器包括时钟单元，所述时钟单元包括时钟芯片（U2）和超级电容（S11），所述时钟芯片（U2）包括VCC2端、X1端、X2端、GND端、RST端、I/O端、SCLK端和VCC1端，所述VCC2端连接+3.3V电压端并通过电容C13接地，所述X1端和X2端通过晶振连接，所述GND端接地，所述RST端、I/O端和SCLK端分别通过电阻R16、电阻R15和电阻R14连接+3.3V电压端，所述VCC1端连接所述超级电容（S11），所述VCC1端依次通过并联连接的电阻R35和电阻R34、二极管D6和二极管D7连接+4.7V电压端。实用新型原理：单灯控制器上电时对超级电容充电，达到时钟芯片的工作电压2V只需2秒。停电后，时钟芯片由超级电容供电，单独供电时间可持续数日。

本实用新型的单灯控制器将超级电容作为单灯控制器上时钟电路部分的备份电源，代替纽扣电池，将备份电池变为可充电电源，延长备份电源的寿命。可以大大减少更换电池的工作量，减少废旧电池对环境造成的不良影响。

更进一步的，所述单灯控制器还包括控制单元，包括继电器K1和三极管Q1，所述继电器K1的电磁铁包括第一端和第二端，所述第一端通过电阻R1连接+5V电压端并通过电容C1接地，所述第一端和第二端通过二极管D1、电阻R2和电容C2连接，其中，电阻R2和电容C2串联连接，二极管D1与所述电阻R2和电容C2并联，所述三极管Q1的集电极连接所述第二端，所述三极管的基极通过电阻R4连接所述三极管的发射极，所述三极管的基极通过串联连接的电阻R3和电容C3接地，所述三极管的发射极接地。

有益效果：本实用新型的双通信链路单灯监控系统同时支持两种链路，通过WSN网络通信模块和载波通信模块提高了系统通信的可靠性。

附图说明

图1为现有的城市照明监控系统架构图；

图2为支路控制器的结构图；

图3为单灯控制器的结构图；

图4为ZIGBEE模块和PLMODEM模块与JN5148无线微控制器的连接图；

图5为单灯控制器的结构示意图；

图6为单灯控制器的时钟单元的电路图；

图7为单灯控制器的控制单元电路图；

图8为支路控制器和单灯控制器的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实用新型的双通信链路单灯监控系统，包括控制中心、支路控制器和单灯控制器，支路控制器包括互联网通信模块、第一WSN网络通信模块和第一载波通信模块，单灯控制器包括第二WSN网络通信模块和第二载波通信模块，第一WSN网络通信模块和第二WSN网络通信模块连接，第一载波通信模块和第二载波通信模块连接，互联网通信模块连接控制中心。

请参阅图4所示，支路控制器还包括JN5148无线微控制器，第一WSN网络通信模块为ZIGBEE模块，第一载波通信模块为PLMODEM模块，JN5148无线微控制器包括DIO17接口、DIO18接口、DIO19接口和DIO20接口，ZIGBEE模块包括RX端、TX端和GND端，PLMODEM模块包括第二RX端、第二TX端和第二GND端，DIO17接口和DIO18接口分别连接RX端和TX端，DIO19接口和DIO20接口分别连接第二RX端和第二TX端。其中，ZIGBEE模块用于支路控制器管理WSN网络，PLMODEM模块用于支路控制器管理电力线载波网络，并分别通过不同端口与他们通信。

本实用新型的双通信链路单灯监控系统同时支持两种链路，通过WSN网络通信模块和载波通信模块提高了系统通信的可靠性。

具体的，本实用新型的支路控制器主要包括几大部分，结构说明：

1）中心处理模块：该模块为支路控制器核心，负责支路控制器模块数据采集、处理、通信等，即上述GPRS/CDMS等方式；

2）互联网通信模块：该模块用于接入Internet，并与监控中心通信，实现监控中心与支路控制器远程通信；

3）键盘、显示模块：相应模块为支路控制器主要提供人机操作接口；

4）WSN网络通信模块：该模块用于物联网系统通信接入，提供WSN网络组网；

5）载波通信模块：该模块用于支路控制器通过载波方式与单灯控制器通信。

支路控制器与单灯控制器通信接口电路

 其中ZIGBEE模块用于支路控制器管理WSN网络，PLMODEM模块用于支路控制器管理电力线载波网络，并分别通过不同UART口与他们通信。

本实用新型的单灯控制器模块结构图

单灯控制器主要包括如下几部分，相关说明如下：

1）中心处理模块：该模块为单灯控制器核心，负责单灯控制器模块数据采集、处理、通信等；

2）输出控制模块：该模块为单灯控制器输出控制执行部分；

3）WSN网络通信模块：该模块用于单灯控制器接入WSN网络，实现单灯控制器与支路控制器之间无线通信；

4）载波通信模块：该模块用于单灯控制器通过载波方式与支路控制器通信。

5）数据采集与处理模块：该模块主要用于采集单灯控制器电压、电流等模拟数据。

请参阅图8所示，支路控制器和单灯控制器的工作流程

正常工作原理说明

1）支路控制器启动WSN网络网关；

2）单灯控制器作为终端自动接入网关，完成WSN网络组建；

3）对单灯控制器的通信，通过支路控制器有无线通信下发到对应单灯控制器。

单灯控制器无线网络故障流程

1）支路控制器通过WSN网络查询单灯控制器；

2）由于单灯控制器的WSN无线通信故障，通信失败；

3）支路控制器检测到通信失败，启动电力线载波通信链路，与单灯控制器通信；

4）单灯控制器通过电力线载波链路接收到支路控制器通信数据，通过电力线载波发送应答；

5）通信结束；

通信亚健康处理

1）支路控制器将单灯控制器通信状况上报监控中心；

2）监控中心接收到支路控制器上报单灯控制器通信链路亚健康，启动告警；

3）运维人员通过进一步查询单灯控制器信息，判断单灯控制器可能故障类型，并进行处理，提前解决WSN网络通信故障，解决WSN网络链路亚健康。

本实用新型具有以下优点:

1、提高通信成功率，照明监控系统数据采集与处理从数据层面分析系统健康情况，通过获取照明监控系统现场图片、视频，使得故障结果信息确凿可靠。该数据远程传输到监控中心，实现照明监控系统遥视功能。

2、通信亚健康时获取终端信息，通过照明监控系统中图像视频采集与处理，在发生人为偷盗事件时，可以实时获取偷盗现场信息，并持久化存储，结合防盗告警系统，为偷盗事件分析处理提供有利证据。

总之，通过完善照明监控系统遥视功能，弥补照明监控系统故障处理、监控防盗等功能的不足。

请参阅图6所示，单灯控制器包括时钟单元，时钟单元包括时钟芯片（U2）和超级电容（S11），时钟芯片（U2）包括VCC2端、X1端、X2端、GND端、RST端、I/O端、SCLK端和VCC1端，VCC2端连接+3.3V电压端并通过电容C13接地，X1端和X2端通过晶振连接，GND端接地，RST端、I/O端和SCLK端分别通过电阻R16、电阻R15和电阻R14连接+3.3V电压端，VCC1端连接超级电容（S11），VCC1端依次通过并联连接的电阻R35和电阻R34、二极管D6和二极管D7连接+4.7V电压端。实用新型原理：单灯控制器上电时对超级电容充电，达到时钟芯片的工作电压2V只需2秒。停电后，时钟芯片由超级电容供电，单独供电时间可持续数日。

本实用新型的单灯控制器将超级电容作为单灯控制器上时钟电路部分的备份电源，代替纽扣电池，将备份电池变为可充电电源，延长备份电源的寿命。可以大大减少更换电池的工作量，减少废旧电池对环境造成的不良影响。

请参阅图7所示，单灯控制器还包括控制单元，包括继电器K1和三极管Q1，继电器K1的电磁铁包括第一端和第二端，第一端通过电阻R1连接+5V电压端并通过电容C1接地，第一端和第二端通过二极管D1、电阻R2和电容C2连接，其中，电阻R2和电容C2串联连接，二极管D1与电阻R2和电容C2并联，三极管Q1的集电极连接第二端，三极管的基极通过电阻R4连接三极管的发射极，三极管的基极通过串联连接的电阻R3和电容C3接地，三极管的发射极接地。

实施例1

请参阅图5所示，具有无需电池时钟电路功能的单灯控制器的主要构成为：

1、 时钟单元：主要为单灯控制器提供系统时钟，使控制器能够按照设定的时间进行正常的开关灯。单灯控制器上电时对超级电容充电，达到时钟芯片的工作电压2V只需2秒。停电后，时钟芯片由超级电容供电，单独供电时间可持续数日。

2、 电源模块：采用开关电源模块，模块输出+5V的直流电，通过滤波、稳压电路以滤去电源纹波，从而得到较平滑的直流电压。电源电路给整个单灯控制器供电，使单灯控制自身能正常运行。

3、 运算控制/zigbee无线通信单元：采用JN5148， JN5148是整个单灯控制器的中枢，其兼容了运算控制功能与zigbee无线通信功能，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。采用zigbee通信协议，其通信功能可以实时与监控中心进行信息交互，包括上报系统时钟，接收监控中心命令按照设定的时间进行开关灯等。

4、 控制单元：通过IO口输出，控制继电器，以实现开关灯的控制。该模块主要根据单灯控制器接收到的开关灯命令以及模式转换设置来进行开关灯操作。控制单元电路如下图3。

5、 模拟量采集单元：采集外部电路的电压、电流模拟值，并将模拟值通过运算控制模块转化为数字值，此值可用于监测电路的实时电压、电流值，检测电路的工作状态是否正常。并将采集的电压电流值通过运算控制模块计算出功率及功率因数，由此可检测出目前电路的有功功率和总功率，利于照明灯监控部门对电能使用量的知情，也利于对电路电能使用量的调整，达到节能功能。

6、 存储单元：用于存储模拟采样数值，路灯亮化信息，功率、功率因数、电压、电流数值以及故障信息。

单灯控制器工作时，通过通信模块与系统中其他功能单元通信，进行数据交互。单灯控制器在接收到命令时，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，上传数据，并可判断识别故障并上报。

Claims (4)

1.一种双通信链路单灯监控系统，包括控制中心、支路控制器和单灯控制器，所述支路控制器包括互联网通信模块、第一WSN网络通信模块和第一载波通信模块，所述单灯控制器包括第二WSN网络通信模块和第二载波通信模块，所述第一WSN网络通信模块和第二WSN网络通信模块连接，所述第一载波通信模块和第二载波通信模块连接，所述互联网通信模块连接所述控制中心。

2.如权利要求1所述的双通信链路单灯监控系统，其特征在于，所述支路控制器还包括JN5148无线微控制器，所述第一WSN网络通信模块为ZIGBEE模块，所述第一载波通信模块为PLMODEM模块，所述JN5148无线微控制器包括DIO17接口、DIO18接口、DIO19接口和DIO20接口，所述ZIGBEE模块包括RX端、TX端和GND端，所述PLMODEM模块包括第二RX端、第二TX端和第二GND端，所述DIO17接口和DIO18接口分别连接RX端和TX端，所述DIO19接口和DIO20接口分别连接第二RX端和第二TX端。

3.如权利要求1所述的双通信链路单灯监控系统，其特征在于，所述单灯控制器包括时钟单元，所述时钟单元包括时钟芯片（U2）和超级电容（S11），所述时钟芯片（U2）包括VCC2端、X1端、X2端、GND端、RST端、I/O端、SCLK端和VCC1端，所述VCC2端连接+3.3V电压端并通过电容C13接地，所述X1端和X2端通过晶振连接，所述GND端接地，所述RST端、I/O端和SCLK端分别通过电阻R16、电阻R15和电阻R14连接+3.3V电压端，所述VCC1端连接所述超级电容（S11），所述VCC1端依次通过并联连接的电阻R35和电阻R34、二极管D6和二极管D7连接+4.7V电压端。

4.如权利要求3所述的双通信链路单灯监控系统，其特征在于，所述单灯控制器还包括控制单元，包括继电器K1和三极管Q1，所述继电器K1的电磁铁包括第一端和第二端，所述第一端通过电阻R1连接+5V电压端并通过电容C1接地，所述第一端和第二端通过二极管D1、电阻R2和电容C2连接，其中，电阻R2和电容C2串联连接，二极管D1与所述电阻R2和电容C2并联，所述三极管Q1的集电极连接所述第二端，所述三极管的基极通过电阻R4连接所述三极管的发射极，所述三极管的基极通过串联连接的电阻R3和电容C3接地，所述三极管的发射极接地。