CN204759142U - Led照明灯和环境监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种LED照明灯和环境监控系统，其集成了LED照明灯和环境监控两项功能于一体，能通过同一管理服务器实时监控LED照明灯的运行和室内环境变化；其次，采用ZigBee技术，更加省电、可靠、成本低、组网复杂度低和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及监测系统，尤其涉及一种LED照明灯和环境监控系统。
背景技术
随着高校实验需求的增多和多样化，学校科研水平的提高，实验室的规模进一步扩大，一方面，安全隐患也进一步增加，以化学、电子和材料为主的实验室安全隐患尤其突出，需要对实验室环境进行即时监控；另一方面，随着传统的实验室照明由费电白炽灯或寿命短的节能灯向LED照明灯转化，由此在传统灯光只需对开关进行控制的基础上新增了照明时间、照明强度以及色温调节等功能。
目前，实验室环境监控系统主要是采用传感器组网来完成实验室环境参数的感测，传统的采用监测点有线接入监控中心方案，但有线接入过程繁琐、建置和维护成本高、系统可扩展性和移动性能差。此外，现有的实验室环境监测系统未能集成LED的智能调光控制，未能集成多种通信技术进行实时的监测管理。
无线通讯技术由于其远程控制、不需要布线的优点在各个领域得到广泛的应用，其中ZigBee无线传感网络相对于红外、蓝牙与WIFI等常用的无线通讯技术因为其省电、可靠、成本低、组网复杂度低和安全性好的优点可广泛应用于各种自动控制领域。
发明内容
本实用新型的目的是：针对现有技术的不足，提供一种可集成化、实时监控且可靠安全的LED照明灯和环境监控系统。
为了达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种LED照明灯和环境监控系统，包括环境信号采集装置和LED照明灯调控模块，ZigBee节点控制模块，ZigBee路由器，ZigBee协调器模块，嵌入式微处理器和管理服务器，其中，
所述环境信号采集装置采集对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号并依次通过ZigBee节点控制模块、ZigBee路由器和ZigBee协调器模块传递给嵌入式微处理器；
所述LED照明灯调控模块与LED照明灯电性连接并根据ZigBee节点控制模块传导的输入指令信号调节LED照明灯的色温、光照强弱；
所述ZigBee节点控制模块一方面与环境信号采集装置和LED照明灯调控模块分别信号连接，另一方面与ZigBee路由器通过ZigBee信号连接；
所述ZigBee路由器与ZigBee协调器模块信号连接；
所述嵌入式微处理器与ZigBee协调器模块信号连接，并且，一方面接收对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号并传递给管理服务器；另一方面，将输入指令转化成输入指令信号并依次通过ZigBee协调器模块、ZigBee路由器和ZigBee节点控制模块传递给LED照明灯调控模块；
所述管理服务器一方面接收、存储并显示对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号；另一方面供用户输入指令，并将输入指令传递给嵌入式微处理器。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的LED照明灯和环境监控系统集成了LED照明灯和环境监控两项功能于一体，能通过同一管理服务器实时监控LED照明灯的运行和室内环境变化；其次，采用ZigBee信号技术，更加省电、可靠、成本低、组网复杂度低和安全性。
附图说明
图1是本实用新型的LED照明灯和环境监控系统的结构框图；
图2是本实用新型的LED照明灯和环境监控系统的部分结构框线示意图。
具体实施方式
由图1所示，本实用新型的LED照明灯和环境监控系统，包括环境信号采集装置1和LED照明灯调控模块2，ZigBee节点控制模块3，ZigBee路由器4，ZigBee协调器模块5，嵌入式微处理器6和管理服务器7。其中，
所述环境信号采集装置1采集对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号并依次通过ZigBee节点控制模块3、ZigBee路由器4和ZigBee协调器模块5传递给嵌入式微处理器6；
所述LED照明灯调控模块2与LED照明灯电性连接并根据ZigBee节点控制模块3传导的输入指令信号调节LED照明灯的色温、光照强弱；
所述ZigBee节点控制模块3一方面与环境信号采集装置1和LED照明灯调控模块2分别信号连接，另一方面与ZigBee路由器4通过ZigBee信号连接；
所述ZigBee路由器4与ZigBee协调器模块5信号连接；
所述嵌入式微处理器6与ZigBee协调器模块5信号连接，并且，一方面接收对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号并传递给管理服务器7；另一方面，将输入指令转化成输入指令信号并依次通过ZigBee协调器模块5、ZigBee路由器4和ZigBee节点控制模块3传递给LED照明灯调控模块2；
所述管理服务器7一方面接收、存储并显示对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号；另一方面供用户输入指令，并将输入指令传递给嵌入式微处理器6。
具体的，所述LED照明灯调控模块2根据的ZigBee节点控制模块3传导的输入指令信号输出PWM信号调节LED照明灯的色温、光照强弱。
作为对本实用新型的一种改进，所述环境信号采集装置1、LED照明灯、LED照明灯调控模块2与ZigBee节点控制模块3集成设置，共同形成一个智能LED照明灯节点8，多个智能LED照明灯节点8与一个ZigBee路由器4通过ZigBee信号连接组网。
作为对本实用新型的一种改进，环境信号采集装置1包括空气质量传感模块11、红外线热释电传感模块12、烟雾传感模块13和光照传感模块14，分别对应检测对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号。
作为对本实用新型的一种改进，所述LED照明灯和环境监控系统还包括以太网通信模块9，所述管理服务器7包括固定终端71，固定终端71与嵌入式微处理器6通过太网通信模块9信号连接。具体的，所述太网通信模块9提供与外部以太网连接的接口，通过太网通信模块9将ZigBee信号转换成以太网信号，再通过以太网与管理服务器7的固定终端71信号连接。
如图2所示，作为对本实用新型的一种改进，所述LED照明灯和环境监控系统还包括无线通信模块10，所述管理服务器7包括移动终端72，移动终端72与嵌入式微处理器6通过无线通信模块10信号连接。具体的，所述无线通信模块10采用GSM/GPRS、WIFI、3G或4G通信。更具体的，所述无线通信模块10采用采用SIM900模块，如此可实现嵌入式微处理器6与移动终端72的GSM/GPRS信号连接。作为另外一种选项，无线通信模块10采用华为的EM770W模块，内置嵌入式TCP/IP协议栈，如此可实现嵌入式微处理器6与移动终端72的3G信号连接。作为另外第三种选项，无线通信模块11采用WIFI路由器，如此可实现嵌入式微处理器6与移动终端72的WIFI信号连接。如此，移动终端72可采用智能手机或平板电脑，所述无线通信模块10将对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号实时传递给工作人员。工作人员可通过手机实时查看实验室的数据情况，同时可通过移动终端72或固定终端71控制LED照明灯的开关，光强弱和色温变化。
作为对本实用新型的一种改进，还包括报警模块15，所述报警模块15与嵌入式微处理器6信号连接，一方面，当对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度或自然光照度信号超过设定阈值时，报警模块15报警鸣笛；第二方面，所述嵌入式微处理器6向管理服务器7发送报警信号。如此，当对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度或自然光照度信号强度超过设定阈值时，报警模块15现场报警，并将报警信号发送到工作人员手机，通知工作人员采取相应的应急措施。在实验室环境出现异常时及时地采取最佳的行动策略，实现了实验室长期持续性的环境检测与实时监控。
具体的，所述ZigBee协调器模块5、嵌入式微处理器6、以太网通信模块9、无线通信模块10和报警模块15集成于智能网关16。
具体的，所述ZigBee协调器模块5采用CC2538片上系统(SoC)，CCC2538在单个硅芯片上高度集成ARMCortex-M3MCU，实现了对集中网络的高效处理以及降低材料成本；通过128K至512K的可扩展闪存存储器选项支持智能能源基础设施应用；通过集成型引脚对引脚兼容的8K至32KRAM选项可实现最大的灵活性，支持具有多达数百个端节点的网状网络；针对电池供电应用进行了优化，在睡眠模式下电流使用仅为1.3μA，可在高达125摄氏度的高温下工作。
具体的，所述空气质量传感器模块11包括一氧化碳检测传感器(CO/CF-1000)、氨气检测传感器(TGS826)、甲醛检测传感器(CH2O/C-10)和硫化氢检测传感器(H2S/S-200)，所述烟雾传感器13采用离子式烟雾传感器(NIS-07)，分别对应采集实验室内的对人体有害的一氧化碳、氨气、甲醛、硫化氢气体和可燃性烟雾微粒的浓度并传递给报警模块15，当烟雾浓度超过上限值，即向管理服务器7进行报警，通知工作人员采取相应的应急措施。
具体的，所述红外线热释电传感模块12采用型号为SS-101的红外线人体感应模块，可作为LED照明照明灯的感应开关，当人进入开关感应范围时，传感器探测到人体红外光谱的变化，将输出高电平，点亮LED照明灯，人不离开范围，将继续输出高电平，在人离开后，开关延迟自动关闭LED照明灯；在晚上实验室无人值守情况下管理员可通过上位机设置为红外监控模式，用来监测外来人员或动物的非法闯入。
具体的，所述光照传感模块14采用型号为HA2003的光照传感器，体积小巧，响应速度快，<1秒。可将采集的室内光照度传给ZigBee协调器模块5，ZigBee协调器模块5可根据预置程序经过与ZigBee协调器模块5的A/D转换，ZigBee协调器模块5直接发送控制指令给LED照明灯调控模块2，通过驱动LED照明灯，实现线性智能调光；或同时将采集的信息通过管理服务器7传递给工作人员，工作人员通过管理服务器7根据需求输入指令调节LED照明灯，实现双向通信。
具体的，所述LED照明灯调控模块2的LED照明灯驱动电路设计采用PT4115，PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联LED照明灯，改变LED照明灯调控模块输出电流的大小，从而实现LED灯的亮度调节和混色调光。可接收来自工作人员的信号命令或根据光照传感模块14的照度进行相应调节。LED照明灯的使用寿命长，易于智能控制，并且散热量小，不会使烟雾传感模块13产生误检测。
具体的，所述嵌入式微处理器6采用ARMCortex-A8处理器,速率可以在600MHz到超过1GHz的范围内调节，能够满足那些需要工作在300mW以下的功耗优化的移动设备的要求。
Claims (9)
1.一种LED照明灯和环境监控系统，包括环境信号采集装置和LED照明灯调控模块，ZigBee节点控制模块，ZigBee路由器，ZigBee协调器模块，嵌入式微处理器和管理服务器，其中，
所述环境信号采集装置采集对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号并依次通过ZigBee节点控制模块、ZigBee路由器和ZigBee协调器模块传递给嵌入式微处理器；
所述LED照明灯调控模块与LED照明灯电性连接并根据ZigBee节点控制模块传导的输入指令信号调节LED照明灯的色温、光照强弱；
所述ZigBee节点控制模块一方面与环境信号采集装置和LED照明灯调控模块分别信号连接，另一方面与ZigBee路由器通过ZigBee信号连接；
所述ZigBee路由器与ZigBee协调器模块信号连接；
所述嵌入式微处理器与ZigBee协调器模块信号连接，并且，一方面接收对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号并传递给管理服务器；另一方面，将输入指令转化成输入指令信号并依次通过ZigBee协调器模块、ZigBee路由器和ZigBee节点控制模块传递给LED照明灯调控模块；
所述管理服务器一方面接收、存储并显示对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度和自然光照度信号；另一方面供用户输入指令，并将输入指令传递给嵌入式微处理器。
2.根据权利要求1所述的LED照明灯和环境监控系统，其特征在于：所述环境信号采集装置包括空气质量传感模块、红外线热释电传感模块、烟雾传感模块、光照传感模块。
3.根据权利要求1所述的LED照明灯和环境监控系统，其特征在于：所述环境信号采集装置、LED照明灯、LED照明灯调控模块与ZigBee节点控制模块集成设置，共同形成一个智能LED照明灯节点，多个智能LED照明灯节点与一个ZigBee路由器通过ZigBee信号连接组网。
4.根据权利要求1所述的LED照明灯和环境监控系统，其特征在于：所述LED照明灯和环境监控系统还包括以太网通信模块，所述管理服务器包括固定终端，固定终端与嵌入式微处理器通过太网通信模块信号连接。
5.根据权利要求1所述的LED照明灯和环境监控系统，其特征在于：所述LED照明灯和环境监控系统还包括无线通信模块，所述管理服务器包括移动终端，移动终端与嵌入式微处理器通过无线通信模块信号连接。
6.根据权利要求5所述的LED照明灯和环境监控系统，其特征在于：所述无线通信模块采用GSM/GPRS、WIFI、3G或4G通信。
7.根据权利要求1所述的LED照明灯和环境监控系统，其特征在于：还包括报警模块，所述报警模块与嵌入式微处理器信号连接，一方面，当对人体有害气体浓度、移动物体红外信息、可燃性烟雾浓度或自然光照度信号超过设定阈值时，报警模块报警鸣笛；第二方面，所述嵌入式微处理器向管理服务器发送报警信号。
8.根据权利要求7所述的LED照明灯和环境监控系统，其特征在于：所述LED照明灯和环境监控系统还包括以太网通信模块，所述管理服务器包括固定终端，固定终端与嵌入式微处理器通过太网通信模块信号连接，所述LED照明灯和环境监控系统还包括无线通信模块，所述管理服务器包括移动终端，移动终端与嵌入式微处理器通过无线通信模块信号连接，所述ZigBee协调器模块、嵌入式微处理器、以太网通信模块、无线通信模块和报警模块集成于智能网关。
9.根据权利要求1所述的LED照明灯和环境监控系统，其特征在于：所述ZigBee协调器模块采用CC2538片上系统。
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