CN204442763U - 基于物联网智能控制的节能路灯系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于物联网智能控制的节能路灯系统，由主控系统(1)、分控系统(2)和控制单元系统(3)组成。主控系统(1)负责监控所有路灯的工作状态，并可根据实际需求设置部分或所有路灯的工作状态；分控系统(2)具有一个或一个以上，负责主控系统(1)与分控系统(2)及控制单元系统(3)间的指令和数据信息沟通；控制单元系统(3)具有一个或一个以上，根据主控系统(1)的指令或自行调节路灯工作状态，可根据时节和路况信息调节路灯的亮灭和照明时长，以及根据路灯的亮灭进行故障诊断和故障定位。本实用新型维护简便、监控到位，提高了维护和管理的效率，减少了人力财力物力以及能源的浪费。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种路灯控制系统，特别是涉及一种基于物联网智能控制的节能路灯系统。
背景技术
路灯是城镇基础性设施，在城镇道路照明中起到了不可替代的作用。目前普遍采用的路灯控制技术有人工干预、时钟控制和DDS独立控制技术，这些控制方式均不能实现单灯控制、故障诊断和故障定位，难以及时、准确掌握路灯的工作状态，在维护和管理上浪费大量人力物力财力，且不论时节和路况，均“全夜灯恒照度”，浪费大量电能。
物联网是指通过传感器、射频识别(RFID)、全球定位系统、二码等信息感知设备，按约定的协议连接起来，通过有线或无线网络进行信息交换和通信，以实现智能化识别、数据采集、智能控制、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，如今传感器、网络传输、全球定位等技术的成熟，促进了“物联网”在生活中的应用，但现有城镇路灯管理系统未充分结合物联网技术。
实用新型内容
本实用新型提供一种基于物联网智能控制的节能路灯系统，解决现有路灯控制系统不能根据时节、路况信息调节路灯亮灭和照明时长造成能源浪费，以及不能进行路灯故障诊断和故障定位造成管理和维护困难的问题。
本实用新型与现有技术相同，也包括主控系统、分控系统和控制单元系统，不同之处在于：
主控系统负责监控全局路灯的工作状态，包括上位机和主控系统数据传输单元，上位机用于根据需求设置指令控制部分或所有路灯的工作状态，主控系统数据传输单元用于完成与分控系统的双向通信；
分控系统具有一个或一个以上，负责主控系统与分控系统和控制单元系统之间的信息沟通，包括分控系统数据传输单元a、数据处理单元和分控系统数据传输单元b，数据处理单元用于处理主控系统、其它分控系统和控制单元系统传输来的指令和数据信息，分控系统数据传输单元a和分控系统数据传输单元b用于传输这些指令和数据信息；
控制单元系统具有一个或一个以上，分别设置在路灯上，负责根据主控系统的指令或自行调节路灯工作状态，每个控制单元系统包括控制中心、输入单元、定位单元、环境检测单元、脉宽调制单元、时钟存储单元和控制单元系统数据传输单元，其中控制中心用于根据定位单元提供的经纬度计算路灯所在地的日出日落时间，按需启动定位单元获取故障路灯所在地地址，采集环境检测模块检测到的信息，发出相应指令控制路灯的亮灭，若接收到分控系统的指令，则按该指令控制路灯的工作状态，输入单元用于输入和显示经纬度及日期时间，定位单元用于定位故障路灯所在地，环境检测单元用于检测该路灯周围的状况，以确定是否需要照明，路灯的亮灭信息还可作为是否存在故障的判断依据，脉宽调制单元用于产生波形控制继电器，实现路灯的亮灭，可通过PWM方波控制继电器，实现路灯的渐亮和渐灭，时钟存储单元用于存储实时更新的日期和时间，控制单元系统数据传输单元用于完成与分控系统和其它控制单元系统的通信。
由于设置了上位机、数据处理单元和各数据传输单元，便于上位机通过指令控制分控系统和控制单元系统，进而控制路灯的工作状态，同时也便于控制单元系统在路灯存在故障时通过分控系统向上位机传输故障灯所在地信息；由于控制单元系统设置了控制中心、输入单元、定位单元、环境检测单元、脉宽调制单元、时钟存储单元和控制单元系统数据传输单元，实现了可根据时节、路况信息调节路灯的工作状态，还可对路灯进行故障诊断和故障定位的功能。
在本实用新型中，控制单元系统下的控制中心包括微控制器，输入单元包括矩阵键盘和液晶显示器，定位单元包括卫星导航系统接收器SoC解决方案、电平串口、稳压电路和电容滤波电路，环境检测单元包括光强检测模块、A/D转换模块和信号放大电路，脉宽调制单元包括PWM脉宽调制型控制器和稳压电路，时钟存储单元包括时钟芯片和晶振电路，控制单元系统数据传输单元包括无线通信模块。
为实现节能，车辆经过时，需确定路灯点亮的起始时间，为此，环境检测单元可增加磁阻传感器模块，用于检测路灯附近是否有车辆经过。
同样，为实现节能，行人经过时，也需确定路灯点亮的起始时间，为此，环境检测单元可增加热释电红外传感器模块，用于检测路灯附近是否有行人经过。
为了既能有效地节能，又能给行人或行驶车辆提供足够的照明时长，环境检测单元可增加多普勒雷达测速模块，用于检测行人或行驶车辆的速度，以确定照明时长。
为了既能实现有效通信，又能降低管理和维护成本，主控系统和分控系统之间、分控系统与其它分控系统之间、分控系统与控制单元系统之间以及控制单元系统与其它控制单元系统之间均采用无线通信方式。主控系统数据传输单元和分控系统数据传输单元a可采用GSM、GPRS、3G、4G之中的一种，较之于其它三种无线通信方式，GPRS网络覆盖面最广，且远距离通信时信号最稳定，成本也不高，因此本实用新型主控系统数据传输单元和分控系统数据传输单元a采用GPRS无线通信模块。分控系统数据传输单元b和控制单元系统数据传输单元可采用GPRS、3G、WiFi、ZigBee中的一种，较之于其它三种无线通信模式，ZigBee可以实现自组网，在分控系统或控制单元系统的数量或位置有变化时仍能重新组网，形成新的通信网络，因此本实用新型的分控系统数据传输单元b和控制单元系统数据传输单元采用ZigBee无线通信模块。
作为改进，所述热释电红外传感器的探头可结合使用菲涅尔透镜以增大有效探测距离，给过往行人和车辆提供足够大的照明区域。
本实用新型的优点与效果是：
本实用新型基于物联网，融合使用了微控制器、传感器、无线通信技术等，提供了可根据时节、路况信息调节路灯亮灭和照明时长，且可以进行故障诊断和故障定位的基于物联网智能控制的节能路灯系统，克服了以往路灯管理系统维护困难、监控不到位及能源浪费的问题，提高了维护和管理的效率，减少了人力财力物力以及能源的浪费，使得路灯管理系统的运作和维护智能化、节能化。
附图说明
图1为本实用新型整体结构图。
图中标号为：1、主控系统；101、上位机；102、主控系统数据传输单元；2、分控系统；201、分控系统数据传输单元a；202、数据处理单元；203、分控系统数据传输单元b；3、控制单元系统。
图2为本实用新型控制单元系统的结构图。
图中标号为：301、控制中心；302、输入单元；303、定位单元；304、环境检测单元；305、脉宽调制单元；306、时钟存储单元；307、控制单元系统数据传输单元。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。
图1给出了本实用新型一实施例整体结构图，图2给出了图1所述实施方式中控制单元系统3的结构图。在该实施方式中，本基于物联网智能控制的节能路灯系统，包括一个主控系统1，主控系统1控制多个分控系统2，每个分控系统2控制多个控制单元系统3。
主控系统1负责监控全局路灯的工作状态，包括上位机101和主控系统数据传输单元102，上位机101用于在有需求时设置指令控制部分或所有路灯的工作状态，主控系统数据传输单元102用于完成与各分控系统2的双向通信。
每个分控系统2负责主控系统1与分控系统2及控制单元系统(3)的信息沟通，包括分控系统数据传输单元a 201、数据处理单元202和分控系统数据传输单元b 203，数据处理单元202用于处理主控系统1、其它分控系统2和控制单元单元系统3传输来的指令和数据信息，分控系统数据传输单元a 201和分控系统数据传输单元b 203用于传输这些指令和数据信息。
控制单元系统3设置在路灯上，每个路灯上设置一个，控制单元系统3负责根据主控系统1的指令或自行调节路灯工作状态，每个控制单元系统3包括控制中心301、输入单元302、定位单元303、环境检测单元304、脉宽调制单元305、时钟存储单元306和控制单元系统数据传输单元307，其中：
控制中心301与控制单元系统3其它各组成部分均建立单向或双向连接，进行数据和指令的处理、发送及接收，用于根据定位单元302提供的经纬度计算路灯所在地的日出日落时间，按需启动定位单元303获取故障路灯所在地地址，采集环境检测模块304检测到的信息，发出相应指令控制路灯的亮灭，若接收到分控系统2的指令，则按该指令控制路灯的工作状态；
输入单元302的矩阵键盘用于输入路灯所在地经纬度和日期时间，液晶显示器用于显示经纬度和日期时间；
定位单元303用于定位故障路灯所在地，控制中心301发现路灯存在故障后启动定位单元303，定位单元303向控制中心301反馈故障路灯所在地地址；
环境检测单元304，用于检测路灯周围环境的光照强度以确定是否需要照明，还可将路灯的亮灭信息传输给控制中心301，便于控制中心301判断路灯是否存在故障；
脉宽调制单元305，由控制中心301向脉宽调制单元305发出指令控制PWM方波的输出，PWM方波控制继电器实现路灯的渐亮和渐灭；
时钟存储单元306用于存储实时更新的日期和时间；
控制单元系统数据传输单元307将路灯的工作状态实时反馈给分控系统2和相邻控制单元系统3，只有在路灯存在故障时，故障灯所在地地址会经分控系统2传输到主控系统1。
控制单元系统3下的控制中心301包括微控制器，输入单元302包括矩阵键盘和液晶显示器，定位单元303包括卫星导航系统接收器SoC解决方案、电平串口、稳压电路和电容滤波电路，环境检测单元304包括光强检测模块、A/D转换模块和信号放大电路，脉宽调制单元305包括PWM脉宽调制型控制器和稳压电路，时钟存储单元306包括时钟芯片和晶振电路，控制单元系统数据传输单元307包括无线通信模块。
为实现节能，车辆经过时，需确定路灯点亮的起始时间，为此，环境检测单元304增加了磁阻传感器模块，用于检测路灯附近是否有车辆经过。
同样，为实现节能，行人经过时，也需确定路灯点亮的起始时间，为此，环境检测单元304增加了热释电红外传感器模块，用于检测路灯附近是否有行人经过。
为了既能更有效地节能，又能给行人或行驶车辆提供足够的光照时长，环境检测单元304还增加了多普勒雷达测速模块，用于检测过往行人和行驶车辆的速度，以确定照明时长。
本实用新型主控系统数据传输单元102和分控系统数据传输单元a 201采用GPRS无线通信模块。
分控系统数据传输单元b 203和控制单元系统数据传输单元307采用ZigBee无线通信模块。
作为改进，为给过往行人和行驶车辆提供足够大的照明区域，所述热释电红外传感器的探头结合使用了菲涅尔透镜，使得有效探测距离增大到10米。
作为改进，所述的分控系统2以及控制单元系统3均包括一块备用可充电电池，该备用可充电电池支持在断电情况下保证系统还能续航工作。
Claims (7)
1.一种基于物联网智能控制的节能路灯系统，包括主控系统(1)、分控系统(2)和控制单元系统(3)，其特征在于：
主控系统(1)负责监控全局路灯的工作状态，包括上位机(101)和主控系统数据传输单元(102)，上位机(101)用于根据需求设置指令来控制部分或所有路灯的工作状态，主控系统数据传输单元(102)用于完成与分控系统(2)的双向通信；
分控系统(2)具有一个或一个以上，负责主控系统(1)与分控系统(2)及控制单元系统(3)的信息沟通，包括分控系统数据传输单元a(201)、数据处理单元(202)和分控系统数据传输单元b(203)，数据处理单元(202)用于处理主控系统(1)、其它分控系统(2)或控制单元单元系统(3)传输来的指令和数据信息，分控系统数据传输单元a(201)和分控系统数据传输单元b(203)用于传输这些指令和数据信息；
控制单元系统(3)具有一个或一个以上，分别设置在路灯上，负责根据主控系统(1)的指令或自行调节路灯工作状态，每个控制单元系统(3)包括控制中心(301)、输入单元(302)、定位单元(303)、环境检测单元(304)、脉宽调制单元(305)、时钟存储单元(306)和控制单元系统数据传输单元(307)，其中控制中心(301)用于根据定位单元(302)提供的经纬度计算路灯所在地的日出日落时间，按需启动定位单元(303)获取故障路灯所在地地址，采集环境检测模块(304)检测到的信息，发出相应指令控制路灯的亮灭，若接收到分控系统(2)的指令，则按该指令控制路灯的工作状态，输入单元(302)用于输入和显示经纬度及日期时间，定位单元(303)用于定位故障路灯所在地，环境检测单元(304)用于检测该路灯周围的状况，以确定是否需要照明，路灯的亮灭信息还可作为是否存在故障的判断依据，脉宽调制单元(305)用于产生波形控制继电器，实现路灯的亮灭，时钟存储单元(306)用于存储实时更新的日期和时间，控制单元系统数据传输单元(307)用于完成与分控系统(2)和其它控制单元系统(3)的通信。
2.根据权利要求1所述的基于物联网智能控制的节能路灯系统，对于控制单元系统(3)各组成部分，其特征在于：
所述控制中心(301)，包括微控制器；
所述输入单元(302)，包括矩阵键盘和液晶显示器；
所述定位单元(303)，包括卫星导航系统接收器SoC解决方案、电平串口、稳压电路和电容滤波电路；
所述环境检测单元(304)，包括光强检测模块、A/D转换模块和信号放大电路；
所述脉宽调制单元(305)，包括PWM脉宽调制型控制器和稳压电路；
所述时钟存储单元(306)，包括时钟芯片和晶振电路；
所述控制单元系统数据传输单元(307)，包括无线通信模块。
3.根据权利要求1或2所述的基于物联网智能控制的节能路灯系统，其特征在于：所述环境检测单元(304)包括磁阻传感器模块，用于检测路灯附近是否有车辆经过，以确定路灯点亮的起始时间。
4.根据权利要求3所述的基于物联网智能控制的节能路灯系统，其特征在于：所述环境检测单元(304)包括热释电红外传感器模块，用于检测路灯附近是否有行人经过，以确定路灯点亮的起始时间。
5.根据权利要求4所述的基于物联网智能控制的节能路灯系统，其特征在于：所述环境检测单元(304)包括多普勒雷达测速模块，用于检测行人或行驶车辆的速度，以确定照明时长。
6.根据权利要求5所述的基于物联网智能控制的节能路灯系统，其特征在于：主控系统数据传输单元(102)分控系统数据传输单元a(201)采用GPRS无线通信模块，分控系统数据传输单元b(203)和控制单元系统数据传输单元(307)采用ZigBee无线通信模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网智能控制的节能路灯系统，其特征在于：所述热释电红外传感器的探头结合使用菲涅尔透镜以增大有效探测距离。
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