CN204578868U - 一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置，包括监控中心和由若干路灯构成的监控子网，监控中心包括上位机和监控中心通信模块，上位机通过总线与监控中心通信模块相连；监控子网包括主节点和若干从节点；主节点包括芯片核心板、协调器底板和GPRS模块，芯片核心板包括支持无线射频的主节点单片机，协调器底板包括电源电路、若干单片机数据接口、单片机debug接口和单片机I/O插座；GPRS模块与主节点单片机通过总线进行通信，且该GPRS模块通过GPRS网络与监控中心通信模块进行数据传输；从节点包括终端节点底板，终端节点底板包括支持无线射频的从节点单片机和若干传感器，从节点单片机内部包括一组A/D转换输入端口，传感器与该A/D转换输入端口相连；从节点单片机和主节点单片机之间通过ZigBee信道进行数据通信。

Description

一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置

技术领域

本实用新型属于一种路灯监控管理系统技术领域，具体涉及一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置。

背景技术

当煤炭、电力、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，世界上越来越多的国家开始开发并利用太阳能、风能等资源，寻求经济发展的新动力。我国幅员辽阔，蕴藏着丰富的太阳能资源，但太阳能资源开发与研究起步较晚，尚且落后于许多发达国家。我国太阳能光伏发电应用始于70年代，真正快速发展是在80年代。

随着人们生活水平的提高和我国城市化进程的推进，我国城镇中的公共能耗在整个社会能耗中所占比例迅速上升。目前，风光互补路灯系统的建设日益增多，这对于缓解能源紧张的态势起到了积极的作用。但是目前在太阳能/风光互补路灯系统的应用方面存在的问题是：应用系统缺乏自动化的监控、管理手段，系统的维护管理水平低，设备损坏、丢失现象严重，大大影响了系统的应用效果。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种用于风光互补供电的路灯系统的智能监控与管理装置。

技术方案： 本实用新型公开了一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置，包括监控中心和由若干路灯构成的监控子网，监控中心包括上位机和监控中心通信模块，上位机通过总线与监控中心通信模块相连；

监控子网包括主节点和若干从节点；主节点包括芯片核心板、协调器底板和GPRS模块，芯片核心板包括支持无线射频的主节点单片机，协调器底板包括电源电路、若干单片机数据接口、单片机debug接口和单片机I/O插座；GPRS模块与主节点单片机通过总线进行通信，且该GPRS模块通过GPRS网络与监控中心通信模块进行数据传输；

从节点包括终端节点底板，终端节点底板包括支持无线射频的从节点单片机和若干传感器，从节点单片机内部包括一组A/D转换输入端口，传感器与该A/D转换输入端口相连；

从节点单片机和主节点单片机之间通过ZigBee信道进行数据通信。

本实用新型的芯片核心板和协调器底板共用同一电路板，单片机可直接插在协调器底板上进行调试，通过协调器底板上的电源电路对单片机直接供电，同时通过若干数据接口将单片机的数据进行传输，协调器底板上的debug接口可以在IAR开发环境下在线调试单片机，提供的I/O插座能够引出单片机的所有I/O口，方便配合其他电路板。

由于风光互补路灯系统的设备布局比较分散，故在需要监测的每个路灯处安装从节点，并配置合适的传感器，通过传感器将风光互补路灯的各种现场参数和运行工况进行实时采集，如环境照度、路灯开启的数量、每个路灯系统中蓄电池的电量、风力发电机及太阳能电池板至蓄电池线路上的电流等，传感器将数据上传至从节点单片机，从节点单片机将上述数据通过无线传感网络上传至主节点单片机，主节点单片机通过GPRS模块利用GPRS网络将数据传送至监控中心的上位机，本实用新型的主节点单片机可采用定时的方式向监控中心发送路灯系统运行信息。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型所述的总线均为RS-232总线。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型所述的GPRS模块包括GTM900C无线模块，GTM900C无线模块包括自弹式SIM卡、若干天线和RS-232数据接口，且该GTM900C无线模块通过RS-232总线与主节点单片机进行串行通信，由于无线传感网络传输距离较近，故采用无线远距离传输的GPRS模块实现监控子网和监控中心上位机之间的数据传输，GPRS模块能够实现通信数据的透明传输，采用若干天线，适应不同应用场合的需求的同时具有良好的防破坏能力，采用自弹式SIM卡，使用方便，设备配置灵活，提供RS232数据接口，通信速率可配置，具有高性能抗干扰设计，适合电磁恶劣环境的应用。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型所述的主节点单片机和从节点单片机均采用CC2530单片机，从节点单片机和主节点单片机之间根据IEEE802.15.4/ZigBee协议进行无线传感通信或通过路由器进行无线通信。芯片核心板集成了CC2530单片机正常工作时所有的外部电路包括SMA接口，以连接2.4G天线。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型所述的主节点还包括触摸屏，且所述协调器底板上设有触摸屏插口，触摸屏主要用于在现场对子网以及子网中的路灯进行管理，如子网中的工作参数设定、子网中路灯运行状况监测、子系统组网测试等，触摸屏由维护检修或技术人员随身携带，通过在协调底板上设有触摸屏插口，即插即用，以减少系统的建设费用，运行维护更为方便灵活。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型所述的上位机包括GUI管理界面，通过GUI管理界面对风光互补路灯系统的主节点和各个从节点进行监测和控制，GUI管理界面采用C#语言开发。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，实现以下功能及具有以下优点：

1、实时监测路灯的运行工况：监测从节点负责监测路灯的运行工况，如环境照度、路灯开启的数量、每个节点中蓄电池的电量、风力发电机及太阳能电池板至蓄电池线路上的电流等，监测路灯的运行状态，监控主节点将监控从节点的实时数据定时向监控中心发送运行信息。

2、故障报警：在系统运行过程中，从节点监测到异常情况后，将信息传递给主节点，主节点将报警信号传至监控中心的上位机，并在GUI管理界面中显示故障从节点的具体位置。本实用新型的异常情况包括：（1）照度低于设定值，且蓄电池电量大于最小值时路灯未开启；（2）路灯防拆电路被切断；（3）达到系统设定参数时，系统不工作；（4）路灯不按照系统设定参数正常工作等故障。

3、现场实时操作与管理：在每个主节点上设置的触摸屏插口，利用触摸屏在现场对子网中的从节点进行管理，如参数设定、运行状态检测等。

4、监控中心定期接收各个子网主节点发来的信息，通过GUI管理界面观察整个系统及各个子网的运行工况，对报警信号进行处理。

附图说明

图1为本实用新型的无线模式下的风光互补路灯监控网络原理图；

图2为本实用新型的主节点硬件原理图；

图3为本实用新型的从节点单片机I/O口连接示意图；

图4为本实用新型的GPRS模块与主节点单片机连接示意图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本实用新型进行详细说明，但同时说明本实用新型的保护范围并不局限于本实施例的具体范围，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例：

如图2、图3和图4所示，本实施例的一种用于风光互补供电的路灯系统的智能监控与管理装置包括监控中心和由若干路灯构成的监控子网，监控中心包括上位机和监控中心通信模块，上位机包括GUI管理界面，通过GUI管理界面对风光互补路灯系统的主节点和各个从节点进行监测和控制，上位机通过RS232总线与监控中心通信模块相连；监控子网包括主节点和若干从节点；主节点包括芯片核心板、协调器底板和GTM900C无线模块，芯片核心板包括支持无线射频的主节点CC2530单片机，协调器底板包括电源电路、若干单片机数据接口、单片机debug接口和单片机I/O插座；GTM900C无线模块与主节点CC2530单片机通过RS232总线进行通信，且该GTM900C无线模块通过GPRS网络与监控中心通信模块进行数据传输；从节点包括终端节点底板，终端节点底板包括支持无线射频的从节点CC2530单片机和若干传感器，从节点CC2530单片机内部包括一组A/D转换输入端口，传感器与该A/D转换输入端口相连，通过读入温度、照度、电流、电压等被测量，本实施例还可以通过其他的通用I/O口进行开关量的检测和输出控制，CC2530单片机除了具有通用单片机的检测、运算、输出控制的功能外，还具有无线通信的功能，用于CC2530单片机之间进行无线数据传输，实现监控现场路灯设备的功能。

本实施例的CC2530单片机结合了RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8KB RAM和许多其他强大的功能，CC2530单片机集成了无线收发的射频元件及电路，可分为三部分，即CPU和内存相关模块，外设、时钟和电源管理相关模块，以及无线电相关模块；CC2530有软硬件可裁剪、功能灵活、体积小、成本低及可靠性高等优点。

本实施例的芯片核心板和协调器底板共用同一电路板，芯片核心板集成了CC2530单片机正常工作时所有的外部电路包括SMA接口，以连接2.4G天线，主节点CC2530单片机可直接插在协调器底板上进行调试，通过协调器底板上的电源电路对主节点CC2530单片机直接供电，本实施例的电源电路将现场蓄电池的5V电源转换为3.3V电压供主节点CC2530单片机使用。

同时通过若干数据接口将主节点CC2530单片机的数据进行传输，协调器底板上的debug接口可以在IAR开发环境下在线调试主节点CC2530单片机，提供的I/O插座能够引出主节点CC2530单片机的所有I/O口，方便配合其他电路板。

鉴于风光互补路灯系统的设备布局比较分散，故在需要监测的每个路灯处安装从节点，并配置合适的传感器，通过传感器将风光互补路灯的各种现场参数和运行工况进行实时采集，如环境照度、路灯开启的数量、每个路灯中蓄电池的电量、风力发电机及太阳能电池板至蓄电池线路上的电流等，传感器将数据上传至从节点CC2530单片机，从节点CC2530单片机将上述数据通过无线传感网络上传至主节点CC2530单片机，主节点CC2530单片机通过GPRS模块利用GPRS网络将数据传送至监控中心的上位机，主节点CC2530单片机可采用定时的方式向监控中心发送路灯运行信息。

本实施例的GTM900C无线模块包括自弹式SIM卡、若干天线和RS-232数据接口，且该GTM900C无线模块通过RS-232总线与主节点CC2530单片机进行串行通信，由于无线传感网络传输距离较近，故采用无线远距离传输的GPRS模块实现监控子网和监控中心上位机之间的数据传输，GPRS模块能够实现通信数据的透明传输，采用若干天线，适应不同应用场合的需求的同时具有良好的防破坏能力，采用自弹式SIM卡，使用方便，设备配置灵活，提供RS232数据接口，通信速率可配置，具有高性能抗干扰设计，适合电磁恶劣环境的应用。

本实施例的主节点和从节点之间根据IEEE802.15.4/ZigBee协议进行无线传感通信或通过路由器进行无线通信，实际中可根据各个从节点的距离选择配置。

本实施例的主节点还包括触摸屏，且在协调器底板上设有触摸屏插口，触摸屏主要用于在现场对子网以及子网中的路灯进行管理，如子网中的工作参数设定、子网中路灯运行状况监测、子系统组网测试等，触摸屏可由维护检修或技术人员随身携带，通过在协调底板上设有触摸屏插口，即插即用，既减少了系统的建设费用，又使运行维护更为方便灵活。

如图1所示，本实施例的硬件电路用于智能监控管理系统，用以监控管理至少两组路灯，包括监控中心；以及若干监控子网，用于将路灯的实时运行工况信息传送至监控中心；监控中心与监控子网之间通过GPRS网络进行数据传输；每个监控子网包括：监控主节点，用于监控子网的现场管理及与监控中心通信；以及若干监控从节点，用于对路灯运行状况进行监测并将现场测得的数据传递给监控主节点；监控主节点与监控从节点之间通过无线传感网络进行数据传输。

通过计算机技术和无线通信技术，将多个风光互补路灯系统集成到监控中心进行统一管理，实时将现场路灯系统运行工况数据上传至监控中心，通过监控中心对多个风光互补路灯系统进行远程管理。

监控中心包括上位机和监控中心通信模块，上位机包括用于对所述监控主节点和监控从节点进行监测和控制的GUI管理界面，GUI管理界面采用C#语言开发。上位机通过监控中心通信模块与监控主节点进行数据通信。监控主节点包括主站通信模块和用于负责路灯现场参数设定、控制模式设定及对监控从节点进行管理的主站控制终端模块；主站通信模块包括GPRS模块，主站控制终端模块的数据通过RS232总线与GPRS模块进行串行通信，该GPRS模块将上述数据通过GPRS网络与监控中心进行传输。

GPRS模块与监控中心通信模块通过GPRS网络进行通信，首先通过RS232总线将主站控制终端模块中的数据读入到GPRS模块中，GPRS模块再通过GPRS网络将数据传送至上位机，当监控中心进行控制时，首先上位机将控制指令信息传送至GPRS模块，再由GPRS模块传输给主节点的主站控制终端模块，实现监控中心对风光互补路灯系统的有效监控和统一协调管理。

采用的GPRS模块为市售的华为GTM900C无线模块，该GTM900C为一款双频900/1800MHz高度集成的GSM/GPRS模块，内嵌TCP/IP协议模块，易于集成，且使用方便，在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域具有广泛应用。通过GTM900C使用AT命令集，UART接口与外部CPU通信，可实现无线数据的发送和接收、基带处理、音频处理等功能。

监控从节点包括控制/通信模块和用于完成路灯运行的数据采集工作的数据采集模块；数据采集模块的数据通过控制/通信模块与主节点的主站控制终端模块进行传输；从节点的控制/通信模块通过无线传感网络与主站控制终端模块进行数据传输；本实施例的无线传感网络由监控主节点和监控从节点根据IEEE 802.15.4/ZigBee协议组成，每一个路灯系统可视为系统中的一个子网络，每个子网络根据上述协议组成自组织无线传感网络，形成一个风光互补路灯监控管理网络，主从节点之间采用无线通信方式组网。

本实施例的数据采集模块通过采用照度、温度、电压、电流等传感器或变送器，对风光互补路灯的环境照度、温度、蓄电池蓄电量、工作电压及电流等参数及路灯运行工况进行实时采集，并通过主节点的GPRS模块将现场路灯运行参数传至监控中心的上位机，实现上位机对现场路灯及系统运行的智能化管理与优化控制。

本实施例主节点的硬件电路集成了电源接口、debug接口、按键、LED和LCD、RS232和RS485接口、蜂鸣器、传感器模块、电位器、时钟模块和外扩存储模块等。同时还提供外部扩展接口，可以根据需求连接相应的电路。该硬件电路与CC2530核心板配合使用可以提供丰富的硬件支持资源，用于进行功能的演示和开发等。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置，其特征在于：包括监控中心和由若干路灯构成的监控子网，所述监控中心包括上位机和监控中心通信模块，所述上位机通过总线与监控中心通信模块相连；

所述每个监控子网包括主节点和若干从节点；所述主节点包括芯片核心板、协调器底板和GPRS模块，所述芯片核心板包括支持无线射频的主节点单片机，所述协调器底板包括电源电路、若干单片机数据接口、单片机debug接口和单片机I/O插座；所述GPRS模块与主节点单片机通过总线进行通信，且该GPRS模块通过GPRS网络与监控中心通信模块进行数据传输；

所述从节点包括终端节点底板，所述终端节点底板包括支持无线射频的从节点单片机和若干传感器，所述从节点单片机内部包括一组A/D转换输入端口，所述传感器与该A/D转换输入端口相连；

所述从节点单片机和主节点单片机之间通过ZigBee信道进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置，其特征在于：所述总线均为RS-232总线。

3.根据权利要求1所述的一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置，其特征在于：所述GPRS模块包括GTM900C无线模块，所述GTM900C无线模块包括自弹式SIM卡、若干天线和RS-232数据接口，且该GTM900C无线模块通过RS-232总线与主节点单片机进行串行通信。

4.根据权利要求1所述的一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置，其特征在于：所述主节点单片机和从节点单片机均采用CC2530单片机，所述从节点单片机和主节点单片机之间根据IEEE802.15.4/ZigBee协议进行无线传感通信或通过路由器进行无线通信。

5.根据权利要求1所述的一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置，其特征在于：所述主节点还包括触摸屏，且所述协调器底板上设有触摸屏插口。

6.根据权利要求1所述的一种风光互补供电路灯的智能监控管理装置，其特征在于：所述上位机包括GUI管理界面。