CN204616171U - 一种远程智能控制的led路灯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种远程智能控制的LED路灯系统，包括LED路灯、设于LED路灯上的单灯控制器、对各单灯控制器进行控制的集中控制器、对各集中控制器进行控制的控制中心；所述单灯控制器包括电源、电流与电压采集电路、开关电路、PWM调制电路和第一PLC单元，电流与电压采集电路的输出端和开关电路的输出端接于第一PLC单元的输入端，第一PLC单元的输出端接于PWM调制电路的输入端，电源为上述模块供电；集中控制器包括MCU微处理单元、存储单元、无线通讯单元、第二PLC单元和电源，存储单元、无线通讯单元、第二PLC单元均电性连接至MCU微处理单元，电源为上述各模块供电；第一PLC单元和第二PLC单元电性连接；集中控制器通过无线通讯单元与控制中心的计算机进行连接。

Description

一种远程智能控制的LED路灯系统

技术领域

本实用新型属于电力设备监控技术领域，具体涉及一种远程智能控制的LED路灯系统。

背景技术

随着城市照明事业的发展以及节能减排的需要，LED作为新型照明光源快速发展。而LED路灯具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，因此，LED路灯成为节能改造的最佳选择。同时随着LED路灯的规模化应用，对城市照明信息化管理提出了新的要求。目前大多城市采用的是基于GPRS通信技术的监控系统，该种监控系统能控制全市的照明配电柜的启闭及数据采集，能对线路故障或停电造成的大面积熄灯进行报警，但存在着不能对单个路灯进行测控，无法实现LED路灯调光、故障检测，白天检修须全路段亮灯，夜间修灯主要靠维护人员开车在市里巡视，对重要节点（桥梁、隧道、山体）的维护驻留时间长、无电缆被盗预警等诸多不足，这和城市照明事业的迅速发展及国家对节能减排的要求很不适应。综上，现有LED路灯系统存在主要问题如下：

1) 无法进行单灯监控，无法实现LED路灯远程智能调光与检测；

2) 通信方式单一，主要采用GPRS通信，无法融合3G与PLC通信；

3) 无电缆被盗、灯具故障报警；

4) 灯具维护麻烦，检修需要整个配电箱全部供电开关，造成浪费与操作危险；

5）另外，当电力线路被恶意破坏或者因故而不能供电时，整条路灯线路都无法使用，给人们的出行带来不便。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种远程智能控制的LED路灯系统，对现有的路灯控制系统进行改进，解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的思路是，通过安装在LED路灯中的单灯控制器，可远程进行控制与检测，同时实现手动或自动调光，实现二次节能；采用3G/GPRS为远程通信媒介，本地采用PLC电力载波，无须布线，安装方便；通过安装在LED路灯中的单灯控制器，可对LED路灯以及供电线路进行巡检，提高检修效率；可任意开关灯具，维护方便。本实用新型设计了以LED路灯为控制主体，同时连接单灯远程控制装置，以PLC电力载波技术作为单灯通信方式，与安装配电箱中的控制主机进行通讯，控制主机利用GPRS\3G技术进行无线信息传输，为基于internet及GIS地理信息系统的照明监控中心提供信息进行单灯测控的智能照明单灯控制器，进而实现了对单盏路灯的开关控制、数据采集、动态调光进行监测的功能。

具体的，本实用新型的技术方案是，一种远程智能控制的LED路灯系统，包括LED路灯、设于LED路灯上的单灯控制器、对各单灯控制器进行控制的集中控制器、对各集中控制器进行控制的控制中心；所述单灯控制器包括电源、电流与电压采集电路、开关电路、PWM调制电路和第一PLC单元，电流与电压采集电路的输出端和开关电路的输出端接于第一PLC单元的输入端，第一PLC单元的输出端接于PWM调制电路的输入端，电源为上述模块供电；所述集中控制器包括MCU微处理单元、存储单元、无线通讯单元、第二PLC单元和电源，存储单元、无线通讯单元、第二PLC单元均电性连接至MCU微处理单元，电源为上述各模块供电；第一PLC单元和第二PLC单元电性连接；集中控制器通过无线通讯单元与控制中心的计算机进行连接。

集中控制器中，MCU微处理单元可以由ARM控制器实现，第二PLC单元可以由PLC芯片实现，电源可采用PS（Power Splitter功率分配器）电源。集中控制器和单灯控制器是该LED路灯系统的前端设备。集中控制器与单灯控制器通过PLC芯片进行数据交换，同时将开关灯、调光等信息通过GPRS模块与控制中心进行连接并完成数据通信，以便控制中心完成相关监控任务。

单灯控制器是一种远程智能控制的LED路灯系统中的一个组件，采用电力线载波集成电路，配合专业的硬件和软件设计。其内部包含一个电流与电压计量电路，实时地采集单灯控制器的负载工作情况，同时提供一路继电器开关，同时提供一路PWM信号。其中的无线通讯单元优选采用GPRS或者3G或者4G通讯模块实现。

集中控制器采用ARM控制器和嵌入式操作系统，它通过电力载波通讯方式与安装在LED路灯上的单灯控制器进行数据交换，对单盏LED路灯进行测控，通过RS485接口采集配电箱内的电力参数，并实时的将数据通过TCP/IP（Transfer Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）、GPRS等通讯方式与监控中心进行连接从而完成数据通信。以便控制中心完成对单盏路灯的开关控制、数据采集、动态调光等功能。

作为一种可行的方案，所述单灯控制器是以8位微控制器为核心的智能型路灯控制器，微控制器处理整个单灯控制器的数据，并接收电力线载波部分发出的工作指令，在无需加铺电缆的情况下，执行开灯，关灯，回送电流/电压数据，过载信号等任务。其内部包含一个电流与电压计量电路，实时地采集单灯控制器的负载工作情况，提供一路继电器开关，提供一路PWM信号。单灯控制器的工作电源，输入为220VAC，50Hz市电，输出一组220VAC，在接负载的情况下，额定工作电流为2安培。内部设计开关的是一只磁保持继电器，其触点容量为10A/250V。另外过载设计是用来保护单灯控制器，一旦电流超过规定阀值，微控制器就会切断继电器，同时将过载信号发送至监控中心。通常，过载保护会在1秒内动PWM信号频率为400Hz，电平为TTL电平，占空比0～100%可调。

作为一种优选的方案，该LED路灯系统还包括防盗报警单元，防盗报警单元的输入端接于MCU微处理器的输出端，集中控制器和单灯控制器之间通过第一PLC单元和第二PLC单元不间断通信，来监测电力线路是否正常，如果电力线路不正常，则第一PLC单元工作异常，则集中控制器通过第二PLC单元即可得知电力线路出现异常，则通过防盗报警单元实现报警。本实用新型的单灯控制器与线路防盗一体设计，通过集中控制器对单灯控制器不间断通信，监测电力线路是否正常，可直接实现线路防盗报警，在完成单灯控制的情况下同时可进行线路防盗报警功或其他功能。

更进一步的，所述单灯控制器还设有编码单元，编码单元的输入输出端接于第一PLC单元的输入输出端，第一PLC单元可通过编码单元对单灯控制器进行唯一性编码，使得每个单灯控制器具有一个唯一的标识，同时，编码单元还记录该单灯控制器的地址信息；第一PLC单元和第二PLC单元通信时，同时还将编码单元内单灯控制器的编码发送至集中控制器，当该单灯控制器异常时，则集中控制器能准确定位该单灯控制器。因此，本实用新型的单灯控制器具有警报上报与编号上报功能，通过第一PLC单元可自动给集中控制器上报报警信息与编号，实现便捷安装维护管理。

实验表明，电力线的背景噪声的平均功率较小，频谱很宽， 且持续存在，有可能部分或完全覆盖信号频谱。因此，通信过程中的信噪比可能会变得较差，而导致通信误码率增。本实用新型为了保证通信质量，该LED路灯系统采用照明监控组网算法，具体的，所述集中控制器的第二PLC单元实时采集电力线背景噪声，并分析出各个电力线的信噪比，通过信噪比进行组网等级划分，实现自动组网，网络任一节点可根据节点通信背景噪声自动组网，载波侦听、自动路由。

为了防止电力线路意外断电，所述单灯控制器还包括可充电的备用电池，该备用电池的输出端接于第一PLC单元的输入端，备用电池的输入端接于电源的输出端。备用电池可采用镍氢电池或者锂离子电池或者其他电池均可。当第一PLC单元检测到电源（电力线路的市电）供电失败时，启用该备用电池进行供电。更进一步的，为了防止静置衰减，所述第一PLC单元对备用电池进行如下管理：第一PLC单元检测到电源供电异常，则启动备用电池进行供电；第一PLC单元检测到电源供电正常时，则检测备用电池的电量，如果备用电池的电量位于30%-50%，则启动电源供电；如果备用电池的电量>50%，则继续使用该备用电池，直到该备用电池的电量位于30%-50%的一个预设值；如果备用电池的电量<30%，则启动电源供电的同时，对该电源进行充电，直到该备用电池的电量位于30%-50%的一个预设值。

本实用新型以电力载波作为通信媒介，将各个路灯都联成网络，并与GPRS/3G相结合而构成的一个LED路灯智能远程控制系统。系统采用对等式网络架构，网络内任一节点发生故障不会影响系统运行。另外，系统设计多种传感器扩展接口，可以进行环境、电气等多种监控设备的接入。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、其路灯监控系统采用先进的集散式测控系统方案，由设在路灯所的监控中心担任集中控制的心脏，而由分布在各路段上的远程监控终端（集中控制器）作为分布式控制节点站使用电力载波技术对单灯实现控制。

2、监控中心与集中控制器之间的双向通讯采用中国移动的无线公用数据网（GPRS）通讯，或使用光纤、双绞线等有线网络。

3、每个道路照明区域集中控制器与路灯采用电力载波通信，免布线对路灯进行单灯控制。

4、集中管理器带有独立操作系统，可脱离监控中心独立执行命令以及数据保存。在监控中心发生停电或者发生其他系统故障时以及移动网络临时故障时，集中器可独立执行预设各种定时任务以及管理系统。

5、可在现有系统上直接升级为单灯控制系统，避免重复投资。并且系统可适应路灯管理部门未来节能改造升级，如加装LED路灯等，可直接实现远程控制调光功能，避免二次改造。

6、电力线通讯带有自动路由以及载波侦听协议，有效的保障了系统的稳定性，降低了误报率。

7、单灯控制器可直接实现线路防盗报警，在完成单灯控制的情况下同时可进行线路防盗报警功或其他功能。

8、系统设备设计兼容EIA-709.1、EIA-709.2、EN50065-1国际标准，并且提供与其它工控标准(如Modbus等)通信的接口，可为二次开发、产品升级开放接口。

9、当电力线路被恶意破坏或者因故而不能供电时，单灯控制器从备用电池获得电量而继续供电，给人们的出行带来便利；另外，由于备用电池不经常用到，因此为了延长其使用寿命，该单灯控制器还设置了防止静置衰减算法，能够很好的保证备用电池的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的结构框图；

图2为本实用新型的实施例2的结构款图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型专利设计了以LED路灯为控制主体，同时连接单灯远程控制装置，以PLC电力载波技术作为单灯通信方式，与安装配电箱中的控制主机进行通讯，控制主机利用GPRS\3G技术进行无线信息传输，为基于lnternet及GIS地理信息系统的照明监控中心提供信息进行单灯测控的智能照明单灯控制器。实现了对单盏路灯的开关控制、数据采集、动态调光进行监测的功能。

实施例1

参见图1，本实用新型的一种远程智能控制的LED路灯系统，包括LED路灯、设于LED路灯上的单灯控制器、对各单灯控制器进行控制的集中控制器、对各集中控制器进行控制的控制中心；控制中心可以由多台计算机组成；所述单灯控制器包括电源、电流与电压采集电路、开关电路、PWM调制电路和第一PLC单元，其中第一PLC单元含微控制器，可以实现通信、控制等，电流与电压采集电路的输出端和开关电路的输出端接于第一PLC单元的输入端，第一PLC单元的输出端接于PWM调制电路的输入端，电源为上述模块供电；电流与电压采集电路实时地采集单灯控制器的负载工作情况，开关电路采用继电器开关实现，用以实现手动操作，PWM调制电路提供一路PWM信号，通过该PWM信号对LED路灯进行调光输出。集中控制器包括MCU微处理单元、存储单元、无线通讯单元、第二PLC单元和电源，存储单元、无线通讯单元、第二PLC单元均电性连接至MCU微处理单元，电源为上述各模块供电，第一PLC单元和第二PLC单元电性连接；集中控制器通过无线通讯单元与控制中心的计算机进行连接；本实用新型利用集中控制器、单灯控制器等终端设备实现了LED路灯的智能化监控，有利于进行高效率、低成本的城市路灯管理。

实施例2

作为另一种实施方案，本实施例中，参见图2，该LED路灯系统还包括防盗报警单元，防盗报警单元的输入端接于MCU微处理器的输出端。集中控制器还包括复位单元，复位单元的输出端接于MCU微处理单元的输入端，用于在MCU微处理单元处理大量数据死机或者其他特殊情况时对其进行复位，另外，单灯控制器还设有编码单元，编码单元的输入输出端接于第一PLC单元的输入输出端。另外，作为数据采集的测量控制单元可以是电流采集电路和/或电压采集电路，还可以是其他数据采集电路。

为了防止电力线路意外断电，单灯控制器还包括可充电的备用电池，该备用电池的输出端接于第一PLC单元的输入端，备用电池的输入端接于电源的输出端。备用电池可采用镍氢电池或者锂离子电池或者其他电池均可。当第一PLC单元检测到电源（电力线路的市电）供电失败时，启用该备用电池进行供电。另外，电池静置时的电量状态，其电量越高则衰退越快。也就是说100%的电池放一个月，与50%的电池放一个月，前者的容量衰退更大一些。而实验证明，电池的电量维持在30%-50%的低电量状态，对电池的使用寿命是非常有益的。由于备用电池不是经常使用，而是在特殊意外时使用，那么为了防止静置衰减，第一PLC单元对备用电池进行如下管理：第一PLC单元检测到电源供电异常，则启动备用电池进行供电；第一PLC单元检测到电源供电正常时，则检测备用电池的电量，如果备用电池的电量位于30%-50%，则启动电源供电；如果备用电池的电量>50%，则继续使用该备用电池，直到该备用电池的电量位于30%-50%的一个预设值；如果备用电池的电量<30%，则启动电源供电的同时，对该电源进行充电，直到该备用电池的电量位于30%-50%的一个预设值。而等到需要使用该备用电池时，再将其电量充满，然后使用。

其中，为了方便通讯，无线通讯单元采用GPRS或者3G或者4G通讯模块实现。当系统检测到电力故障时，可通过GPRS或者3G或者4G通讯模块将信息发送至用户的手机上，方便快捷。

综上，本实用新型的远程智能控制的LED路灯系统，主要包括LED路灯、计算机、集中控制器，集中控制器通过无线网络模块与计算机进行连接，每个计算机均通过主电力线连接有智能控制LED路灯，本系统利用计算机监控终端、集中控制器和智能控制LED路灯等终端设备实现了LED路灯的智能化监控，有利于进行高效率、低成本的城市路灯管理。

系统控制主要由集中控制器、GPRS网络、监控中心以及其他远程应用终端组成。其中集中控制器和单灯控制器是系统的前端设备，硬件主要由ARM主控制器、PLC芯片、PS（PowerSplitter）电源、GPRS通信模块等外围设备组成，集中控制器与单灯控制器通过PLC芯片进行数据交换，同时将开关灯、调光等信息通过GPRS模块与监控中心进行连接并完成数据通信，以便监控中心完成相关监控任务。

集中控制器采用ARM核微控器和嵌入式操作系统，它通过电力载波通讯方式与安装在路灯上的单灯控制器进行数据交换，对单盏路灯进行测控，通过RS485接口采集配电箱内的电力参数，并实时的将数据通过TCP/IP（Transfer Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议、GPRS等通讯方式与监控中心进行连接从而完成数据通信，以便监控中心完成对单盏路灯的开关控制、数据采集、动态调光等功能。

单灯控制器是一种远程智能控制的LED路灯系统中的一个组件，采用电力线载波集成电路，配合专业的硬件和软件设计。其内部包含一个电流与电压计量电路，实时地采集单灯控制器的负载工作情况，同时提供一路继电器开关，同时提供一路PWM信号。

单灯控制器是由PLC单元、电流测量电路、手工操作开关和电源部分组成。单灯控制器是以8位微控制器为核心的智能型路灯控制器，微控制器处理整个单灯控制器的数据，并接收电力线载波部分发出的工作指令，在无需加铺电缆的情况下，执行开灯，关灯，回送电流/电压数据，过载信号等任务。其内部包含一个电流与电压计量电路，实时地采集单灯控制器的负载工作情况，提供一路继电器开关，提供一路PWM信号。单灯控制器的工作电源，输入为220VAC，50Hz市电，输出一组220VAC，在接负载的情况下，额定工作电流为2安培。内部设计开关的是一只磁保持继电器，其触点容量为10A/250V。另外过载设计是用来保护单灯控制器，一旦电流超过规定阀值，微控制器就会切断继电器，同时将过载信号发送至监控中心。通常，过载保护会在1秒内动PWM信号频率为400Hz，电平为TTL电平，占空比0～100%可调。

系统上还设有监控软件，主要包括操作系统与数据库软件、照明监控系统应用软件、照明地理信息系统等城市基础设施生产管理系统、远程访问系统、短消息报警模块、卫星自动校时 (GPS)软件模块等。系统将采用平台化、C/S和B/S一体化设计，同时进行功能的合理划分。采用浏览器/服务器（B/S）与客户机/服务器（C/S）相结合的组网方案，并支持Internet远程查询和访问。服务器采用windows 2003 Server (32位) 版本 或window xp，网络浏览器为Google Chrome操作系统和Microsoft SQL Server 2005/2008数据库平台，可以与Internet实现连接，实现远程访问。应用软件操作系统均为中文 Windows XP，视窗化语言进行设计，运用地理信息系统（GIS），支持浏览器/服务器查询模式。包括操作系统与数据库软件、照明监控系统应用软件、照明监控地理信息系统（GIS）、市政设施地理信息软件、短消息报警模块、卫星自动校时 (GPS)软件模块等，在地理信息系统（GIS）提供C/S维护系统的同时，提供GIS应用和OpenGIS接口。

本实用新型的上述系统，以电力载波作为通信媒介，将各个路灯都联成网络，并与GPRS/3G相结合而构成的一个LED路灯智能远程控制系统；通过安装在LED路灯中的单灯控制器，可远程进行控制与检测，同时实现手动或自动调光，实现二次节能；通过安装在LED路灯中的单灯控制器，可对LED路灯以及供电线路进行巡检，提高检修效率；采用3G/GPRS为远程通信媒介，本地采用PLC电力载波，无须布线，安装方便；采用照明监控组网算法，网络任一节点可根据节点通信背景噪声自动组网，载波侦听、自动路由；系统设计多种传感器扩展接口，可以进行环境、电气等多种监控设备的接入；单灯控制器具有警报上报与编号上报功能，实现便捷安装维护管理；可以断电后使用备用电池继续供电，设计人性化，同时还对备用电池的寿命做了很好的处理。单灯控制器与线路防盗一体设计，可直接实现线路防盗报警，在完成单灯控制的情况下同时可进行线路防盗报警功或其他功能。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种远程智能控制的LED路灯系统，包括LED路灯、设于LED路灯上的单灯控制器、对各单灯控制器进行控制的集中控制器、对各集中控制器进行控制的控制中心；

所述单灯控制器包括电源、电流与电压采集电路、开关电路、PWM调制电路和第一PLC单元，电流与电压采集电路的输出端和开关电路的输出端接于第一PLC单元的输入端，第一PLC单元的输出端接于PWM调制电路的输入端，电源为上述模块供电；

所述集中控制器包括MCU微处理单元、存储单元、无线通讯单元、第二PLC单元和电源，存储单元、无线通讯单元、第二PLC单元均电性连接至MCU微处理单元，电源为上述各模块供电；

第一PLC单元和第二PLC单元电性连接；

集中控制器通过无线通讯单元与控制中心的计算机进行连接。

2.根据权利要求1所述的LED路灯系统，其特征在于：所述单灯控制器还包括可充电的备用电池，该备用电池的输出端接于第一PLC单元的输入端，备用电池的输入端接于电源的输出端。

3.根据权利要求1所述的LED路灯系统，其特征在于：所述LED路灯系统还包括防盗报警单元，防盗报警单元的输入端接于MCU微处理单元的输出端。

4.根据权利要求1所述的LED路灯系统，其特征在于：所述单灯控制器还设有编码单元，编码单元的输入输出端接于第一PLC单元的输入输出端。

5.根据权利要求1所述的LED路灯系统，其特征在于：所述集中控制器还包括复位单元，复位单元的输出端接于MCU微处理单元的输入端。

6.根据权利要求1所述的LED路灯系统，其特征在于：所述开关电路采用继电器开关实现。

7.根据权利要求1所述的LED路灯系统，其特征在于：所述无线通讯单元采用GPRS或者3G或者4G通讯模块实现。