CN208204842U - 一种基于nb-iot的道路照明系统及路灯 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于NB‑IOT的道路照明系统，包括路灯、单灯控制器、NB‑IOT基站及控制中心。本申请的技术方案基于NB‑IOT技术，为实现对每个路灯的单独远程控制，提高路灯控制的灵活性，实现节能的目的，提供了硬件基础。此外，本申请采用了无线组网技术，不需要铺设控制管路，且控制设备还能够多次循环利用，节约了成本。此外，本申请还公开了一种路灯将光源和灯罩收回灯杆内的路灯，可以避免路灯在极端天气下受到破坏。

Description

一种基于NB-IOT的道路照明系统及路灯

技术领域

本申请涉及照明系统技术领域，尤其涉及一种基于NB-IOT的道路照明系统及路灯。

背景技术

节约能源，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。该法第四条明确规定：“节约资源是我国的基本国策，国家实话节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略”根据我国国情和实现经济与社会可持续发展的要求，节能是我国的一项长期方针。

在现有技术中，对于路灯的控制均是采用按道路或区域将路灯进行分组，然后对每组路灯分别进行控制，这种方式虽然便于对于路灯的开启关闭，但是，每组路灯数量较多，不能灵活的控制少量的路灯的关闭，控制的灵活性较差，当某一小块区域不需要进行照明时，为了不影响同组内其他路灯的照明，只有选择将此组路灯全部开启，易造成能源浪费，此外，现有技术中，路灯与控制端的连接均采用有线连接，耗材及铺设成本高，无法回收再利用，且容易因施工或其他因素造成线路损坏。

因此，针对上述技术问题，本申请公开了一种基于NB-IOT的道路照明系统，基于NB-IOT技术，能够实现对每个路灯的单独控制，提高了路灯控制的灵活性，能够实现节能的目的，此外，本申请采用了无线组网技术，不需要铺设控制管路，且控制设备还能够多次循环利用，节约了成本。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本申请提供了一种基于NB-IOT的道路照明系统，基于NB-IOT技术，能够实现对每个路灯的单独控制，提高了路灯控制的灵活性，能够实现节能的目的，此外，本申请采用了无线组网技术，不需要铺设控制管路，且控制设备还能够多次循环利用，节约了成本。

为解决上述技术问题，本申请采用了如下的技术方案：

一种路灯，包括灯杆、太阳能电池板、控制装置、灯罩及光源，光源安装在灯罩的下侧，灯杆上端朝向照明区域的侧面向内凹陷形成容纳腔，容纳腔内安装有翻转电机，翻转电机的输出轴与灯罩尾端的转轴相连接，翻转电机能够驱动灯罩翻转，使灯罩摆动至照明位置或收回容纳腔内，控制装置与翻转电机电连接，灯罩两侧边分别通过卷簧与太阳能电池板铰接，卷簧处于自然状态时，太阳能电池板与灯罩整体处于同一平面上，卷簧受力时，太阳能电池板能够朝灯罩安装有风速检测装置的一侧翻转，灯罩尾端的转轴与太阳能电池板的最近距离大于灯罩尾端的转轴与容纳腔敞口的距离，太阳能电池板为翻转电机、控制装置及光源供能。

优选地，太阳能电池板在灯罩收回容纳腔时与容纳腔侧壁接触的一侧设置有摩擦板。

优选地，灯罩上侧外壳上安装有风速检测装置，风速检测装置与控制装置电连接，控制装置与翻转电机电连接。

一种基于NB-IOT的道路照明系统，包括单灯控制器、NB-IOT基站、控制中心及上述的路灯，其中，单灯控制器安装在路灯的灯杆内，单灯控制器包括控制模块、处理器模块、数据采集模块、NB-IOT通信模块及电源管理模块，电源管理模块用于为路灯及单灯控制器供能，数据采集模块与处理器模块电连接，控制模块与处理器模块电连接，控制模块还与路灯的控制装置电连接，路灯的控制装置与路灯的光源电连接，NB-IOT通信模块分别与处理器模块及NB-IOT基站电连接，NB-IOT基站与控制中心电连接。

优选地，灯杆下侧朝向照明区域的侧面安装有红外感应装置，红外感应装置与处理器模块。

优选地，还包括蓄电池，蓄电池安装在灯杆内，蓄电池与电源管理模块电连接，灯杆下侧的侧面向内凹陷形成充电腔，充电腔内安装有与电源管理模块电连接的充电装置，充电腔敞口上安装有电动滑门，电动滑门上设置有与电动滑门对应的二维码，单灯控制器还包括计时模块，计时模块分别与处理器模块及控制模块电连接，控制模块还与电动滑门电连接，电动滑门上还设置有计时警示灯，计时警示灯与计时模块电连接。

优选地，还包括无线照度传感器，无线照度传感器安装在路灯的照射区域，无线照度传感器与处理器模块电连接。

综上所述，本申请公开了一种基于NB-IOT的道路照明系统，包括路灯、单灯控制器、NB-IOT基站及控制中心。本申请的技术方案基于NB-IOT技术，为实现对每个路灯的单独远程控制，提高路灯控制的灵活性，实现节能的目的，提供了硬件基础。此外，本申请采用了无线组网技术，不需要铺设控制管路，且控制设备还能够多次循环利用，节约了成本。此外，本申请还公开了一种路灯将光源和灯罩收回灯杆内的路灯，可以避免路灯在极端天气下受到破坏。

附图说明

为了使申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步的详细描述，其中：

图1为本申请公开的路灯的结构示意图；

图2为本申请公开的太阳能电池板展开时的示意图；

图3为太阳能电池板与摩擦板的示意图；

图4为本申请中处理器模块中的处理器部分的一种具体设计的电路图；

图5为本申请中处理器模块中的JTAG电路的一种具体设计的电路图；

图6为本申请中处理器模块中的电容滤波电路的一种具体设计的电路图；

图7为本申请中处理器模块中的接线端子P2的一种具体设计的电路图；

图8为本申请中处理器模块中的接线端子P3的一种具体设计的电路图；

图9为本申请中处理器模块中的LED测试电路的一种具体设计的电路图；

图10为本申请中处理器模块中的复位电路的一种具体设计的电路图；

图11为本申请中NB-IOT通信模块的NB-IOT通信电路；

图12为本申请中NB-IOT通信模块的磁感电阻电路；

图13为本申请中复位电路接线端子的一种具体设计的电路图；

图14为本申请中数据采集模块的桥式整流滤波电路的一种具体设计的电路图；

图15为本申请中数据采集模块的整流电路的一种具体设计的电路图；

图16为本申请中控制模块中控制电路的一种具体设计的电路图；

图17为本申请中控制模块中基于LM358AM的PWM调光电路的一种具体设计的电路图；

图18为本申请中控制模块中外部接线端子的一种具体设计的电路图；

图19为本申请中电源管理模块中接线端子P6的一种具体设计的电路图；

图20为本申请中电源管理模块中接线端子P7的一种具体设计的电路图；

图21为本申请中电源管理模块中接线端子P8的一种具体设计的电路图；

图22为本申请中电源管理模块中电容滤波电路的一种具体设计的电路图；

图23为本申请中电源管理模块中低压差线性稳压集成电路的一种具体设计的电路图；

图24为本申请中电源管理模块中稳压电源电路的一种具体设计的电路图。

附图中标号的对应关系为：灯杆201、灯罩202、光源203、容纳腔204、翻转电机205、转轴206、风速检测装置207、太阳能电池板208、卷簧209、摩擦板210、充电腔211、电动滑门212、充电装置213、红外线感应装置214。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步的详细说明。

如图1及图2所示，本申请公开了一种路灯，包括灯杆、太阳能电池板、控制装置、灯罩及光源，光源安装在灯罩的下侧，灯杆上端朝向照明区域的侧面向内凹陷形成容纳腔，容纳腔内安装有翻转电机，翻转电机的输出轴与灯罩尾端的转轴相连接，翻转电机能够驱动灯罩翻转，使灯罩摆动至照明位置或收回容纳腔内，控制装置与翻转电机电连接，灯罩两侧边分别通过卷簧与太阳能电池板铰接，卷簧处于自然状态时，太阳能电池板与灯罩整体处于同一平面上，卷簧受力时，太阳能电池板能够朝灯罩安装有风速检测装置的一侧翻转，灯罩尾端的转轴与太阳能电池板的最近距离大于灯罩尾端的转轴与容纳腔敞口的距离，太阳能电池板为翻转电机、控制装置及光源供能。

本申请公开的路灯具有太阳能电池板能够实现自主供能，便于安装在偏远地区，能够解决偏远地区线路不易架设供电困难的问题。此外，由于太阳能电池板价格较为昂贵，因此，本申请中的灯罩、光源及太阳能电池板部分，能够根据控制装置发出的命令收回灯杆中，避免极端天气下被破坏。且本申请只需要采用一个翻转电机即可将灯罩、光源及太阳能电池板收回灯杆中，太阳能电池板的折叠采用存机械装置实现，结构简单，控制方便。当然，本申请的路灯也可以通过有线电源供电的方式工作，此时太阳能电池板起到辅助供电的作用。本申请中的控制装置能够与发送控制命令的控制中心无线连接并控制翻转电机工作，此外，控制装置也能够对光源进行控制，控制装置控制电机及控制光源均为现有技术在此不再赘述。

如图3所示，具体实施时，太阳能电池板在灯罩收回容纳腔时与容纳腔侧壁接触的一侧设置有摩擦板。

为避免太阳能电池板折叠过程中直接与容纳腔侧壁接触而损坏，在朝向容纳腔侧壁的一侧设置摩擦板，用于与容纳腔侧壁接触摩擦，摩擦板用硬质材料制成，例如硬质合金或工程塑料。

具体实施时，灯罩上侧外壳上安装有风速检测装置，风速检测装置与控制装置电连接，控制装置与翻转电机电连接。

本申请除了控制装置接收控制命令进而控制翻转电机以外，还可采用各种传感器采集外界信息，当外界信息满足一定条件是，控制装置控制翻转电机。灯罩及太阳电池板因受风面积大，因此在大风天气易受损坏，因此，本申请在灯罩上安装有风速检测装置，风速检测装置能够采集风速信息，控制装置能够根据风速检测装置采集的风速信息的大小是否超过了预设值来判断是否启动翻转电机将灯罩及太阳能电池板收回灯杆。根据风速大小判断是否启动某一个设备为现有技术，本申请只是为根据风速大小实现灯罩及太阳能电池板的自动收回或伸出提供硬件基础。本申请中的控制装置可以为单片机。

如图3所示，本申请还公开了一种基于NB-IOT的道路照明系统，包括单灯控制器、NB-IOT基站、控制中心及上述的路灯，其中，单灯控制器安装在路灯的灯杆内，单灯控制器包括控制模块、处理器模块、数据采集模块、NB-IOT通信模块及电源管理模块，电源管理模块用于为路灯及单灯控制器供能，数据采集模块与处理器模块电连接，控制模块与处理器模块电连接，控制模块还与路灯的控制装置电连接，路灯的控制装置与路灯的光源电连接，NB-IOT通信模块分别与处理器模块及NB-IOT基站电连接，NB-IOT基站与控制中心电连接。

本申请中，单灯控制器能够控制路灯的开闭以及对光强进行调节。本申请的技术方案基于NB-IOT技术，为实现对每个路灯的单独远程控制，提高路灯控制的灵活性，实现节能的目的，提供了硬件基础。对于单灯光强调节及开闭为现有技术，可以通过现有的控制器实现。

电源管理模块为单灯控制器所有模块供电，供电类型分为交流电供电与直流电供电。需要使用交流电的模块直接与市电220V(LA、N)电连接；需要使用直流电的模块，电流先通过电源管理模块（桥式整流滤波电路）转换为平滑的直流电，后输入处理器模块，后由处理器将直流电输送到每个模块，

单灯控制器中的桥式整流滤波电路与单灯控制器的输入端连接，并将交流电转换为直流电。

控制模块中的控制电路、及PWM调光电路一起与单灯控制器的输出端连接，达到控制外部LED的作用。

处理器模块与PWM调光电路连接，PWM调光电路与调光端连接。

单灯控制器的输入端与外界的交流电（LA、N）连接。

单灯控制器的输出端与LED Driver和LED连接。

单灯控制器的调光端与LED Driver和LED连接。

本申请中，电源管理模块可以与太阳能电池板相连接，还可以与其他外界电源相连接。

具体实施时，灯杆下侧朝向照明区域的侧面安装有红外感应装置，红外感应装置与处理器模块。

本申请还设置有无线照度传感器，感应照射区域的光强，处理器模块能够根据接收到的光强信息控制控制模块调节路灯的光强，起到节能的目的。

具体实施时，还包括蓄电池，蓄电池安装在灯杆内，蓄电池与电源管理模块电连接，灯杆下侧的侧面向内凹陷形成充电腔，充电腔内安装有与电源管理模块电连接的充电装置，充电腔敞口上安装有电动滑门，电动滑门上设置有与电动滑门对应的二维码，单灯控制器还包括计时模块，计时模块分别与处理器模块及控制模块电连接，控制模块还与电动滑门电连接，电动滑门上还设置有计时警示灯，计时警示灯与计时模块电连接。

本申请还设置有蓄电池，蓄电池能够存储太阳能电池板转化的多余的电能，在太阳能电池板供电不足时为路灯及单灯控制器供电，此外，本申请还为实现充电收费功能提供了硬件基础。需要充电的用户通过扫描二维码进行支付的方式使电动滑门打开，从而使用充电装置进行充电。本申请还设置有计时模块，从而为根据用户支付的金额进行计时，为实现限时充电提供了硬件基础，本申请还设置有计时警示灯，计时警示灯能够在用户支付的金额换取的充电时间即将完结时对用户进行警示，提醒用户将正在充电的设备取走，之后电动滑门会关闭。

具体实施时，还包括无线照度传感器，无线照度传感器安装在路灯的照射区域，无线照度传感器与处理器模块电连接。

本申请还设置有无线照度传感器，感应照射区域的光强，处理器模块能够根据接收到的光强信息控制控制模块调节路灯的光强，起到节能的目的。

下面对单灯控制器中部分电路进行说明：

如图4所示，以32位微控制器（STM32芯片）为核心，为配合相关的硬件和软件设计，接收主站命令，实现开灯、关灯、调光、数据查询以及故障报警等功能提供了硬件基础。

如图5所示，JTAG电路，用于下载和调试程序的，配合STM32芯片。

如图6所示，由电容组成的电容滤波电路，使直流信号达到稳定平滑，并实现调谐、耦合作用。

如图7所示，为本申请中处理器模块中的接线端子P2的电路图。

如图8所示，为本申请中处理器模块中的接线端子P3的电路图。

如图9所示，LED测试电路就是当采集电路采集到数据后，数据传输会至STM32芯片，然后如果单灯控制器故障了，就会通过LED报警。

如图10所示，为本申请中处理器模块中的复位电路的电路图。

如图11所示，NB-IOT通信电路包括一个BC95CON芯片，能够基于NB-IOT无线通讯技术,实现NB通信数据收发，与NB-IOT基站进行无线通信。

如图12所示，磁感电阻电路的功能是电源输入一个电压进来，然后通过这个电阻限流，行成一个保护电阻，然后输出VCC-IOT为NB-IOT电路进行供电。

如图13所示，复位电路接线端子与复位电路相连接并提供电压电流的接线端。

如图14所示，桥式整流滤波电路，与单灯控制器的输入端连接，接收220V交流电，并把交流电转换为平滑的直流电，输入到处理器模块。

如图15所示，ZMCT103C的精密电流互感器测量采集电压，电流，温度，然后通过后面的整流电路整流，输出到CPU模块。

如图16所示，控制电路基于SRD-05VDC-SL继电器，配合 Circuit Breaker断路器，用于电子镇流器调光控制。

如图17所示，为本申请中控制模块中基于LM358AM的PWM调光电路的电路图。

如图18所示，外部接线端子用于连接LED Driver。

如图19所示，P6是一个接线端子，交流、直流及接地，都可以通过这个端子连接。

如图20所示，P7是一个接线端子，用于接交流电。

如图21所示，P8是一个接线端子，用于和控制端连接，连接到外部的LED Driver。

如图22所示，由电容组成的电容滤波电路，使直流信号达到稳定平滑，并实现调谐、耦合作用。

如图23所示，基于GM1117-3.3的低压差线性稳压集成电路，输入电压9V，输出电压为5V.具有低电压工作和快速瞬态响应特征。

如图24所示，基于GM1117-3.3的稳压电源电路，输入为5v，提供输出为3.3v的电压。POWER_LED为检测电路中电压电流是否正常的LED灯。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管通过参照本申请的优选实施例已经对本申请进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本申请的精神和范围。

Claims (7)

1.一种路灯，其特征在于，包括灯杆、太阳能电池板、控制装置、灯罩及光源，光源安装在灯罩的下侧，灯杆上端朝向照明区域的侧面向内凹陷形成容纳腔，容纳腔内安装有翻转电机，翻转电机的输出轴与灯罩尾端的转轴相连接，翻转电机能够驱动灯罩翻转，使灯罩摆动至照明位置或收回容纳腔内，控制装置与翻转电机电连接，灯罩两侧边分别通过卷簧与太阳能电池板铰接，卷簧处于自然状态时，太阳能电池板与灯罩整体处于同一平面上，卷簧受力时，太阳能电池板能够朝灯罩安装有风速检测装置的一侧翻转，灯罩尾端的转轴与太阳能电池板的最近距离大于灯罩尾端的转轴与容纳腔敞口的距离，太阳能电池板为翻转电机、控制装置及光源供能。

2.如权利要求1所述的路灯，其特征在于，太阳能电池板在灯罩收回容纳腔时与容纳腔侧壁接触的一侧设置有摩擦板。

3.如权利要求1所述的路灯，其特征在于，灯罩上侧外壳上安装有风速检测装置，风速检测装置与控制装置电连接。

4.一种基于NB-IOT的道路照明系统，其特征在于，包括单灯控制器、NB-IOT基站、控制中心及如权利要求1所述的路灯，其中，单灯控制器安装在路灯的灯杆内，单灯控制器包括控制模块、处理器模块、数据采集模块、NB-IOT通信模块及电源管理模块，电源管理模块用于为路灯及单灯控制器供能，数据采集模块与处理器模块电连接，控制模块与处理器模块电连接，控制模块还与路灯的控制装置电连接，路灯的控制装置与路灯的光源电连接，NB-IOT通信模块分别与处理器模块及NB-IOT基站电连接，NB-IOT基站与控制中心电连接。

5.如权利要求4所述的基于NB-IOT的道路照明系统，其特征在于，灯杆下侧朝向照明区域的侧面安装有红外感应装置，红外感应装置与处理器模块。

6.如权利要求5所述的基于NB-IOT的道路照明系统，其特征在于，还包括蓄电池，蓄电池安装在灯杆内，蓄电池与电源管理模块电连接，灯杆下侧的侧面向内凹陷形成充电腔，充电腔内安装有与电源管理模块电连接的充电装置，充电腔敞口上安装有电动滑门，电动滑门上设置有与电动滑门对应的二维码，单灯控制器还包括计时模块，计时模块分别与处理器模块及控制模块电连接，控制模块还与电动滑门电连接，电动滑门上还设置有计时警示灯，计时警示灯与计时模块电连接。

7.如权利要求4所述的基于NB-IOT的道路照明系统，其特征在于，还包括无线照度传感器，无线照度传感器安装在路灯的照射区域，无线照度传感器与处理器模块电连接。