CN209375989U - 一种智慧路灯控制系统 - Google Patents

Abstract

一种智慧路灯控制系统，属于路灯控制技术领域。包括云服务器、路灯集中控制器和单灯控制器；云服务器包括端口监听模块、数据库、短信发送模块和移动端接口；集中控制器包括4G通讯收发模块、存储器、电流控制器、电力载波通讯模块、时钟模块、传感器模块和功能拓展模块；单灯控制器包括电力载波通讯模块、拨码开关、存储器、时钟模块、位置定位模块、传感器模块和功能拓展模块；云服务器控制集中控制器，集中控制器控制单灯控制器，单灯控制器控制路灯开关灯和亮度；单灯控制器定时采集路灯数据，上传给集中控制器处理后上传到云服务器；单灯控制器和集中控制器采用单片机和实时操作嵌入式系统。本实用新型支持旧城升级，可靠稳定，拓展性强。

Description

一种智慧路灯控制系统

技术领域

本实用新型属于路灯控制技术领域，涉及一种智慧路灯控制系统，尤其涉及一种特别适合用于旧城改造升级、车路协同智能交通系统构建的智慧路灯控制系统。

背景技术

随着信息技术的不断发展，城市信息化应用水平不断提升，智慧城市建设应运而生。建设智慧城市在实现城市可持续发展、引领信息技术应用、提升城市综合竞争力等方面具有重要意义。在智慧城市的规划建设中，路灯因为具备位置信息及供电系统两大优势成为物联网在城市中的重点应用场域，而被称为“智慧路灯”。路灯以其均匀分布于道路每一段的特点，特别适合在其上添加多种传感器采集路况数据，实时向相应交通部门上报车流数据，向车主推送道路信息，组建车路协同智能交通系统。除了实现原来的路灯照明系统的智能化管理外，智慧路灯还是智慧城市建构安全治理的重要平台，集各种功能应用于一身，为实现城市的智慧管理发挥更多的作用。

公开号为CN103249232A的中国发明申请，公开了一种路灯智能照明控制系统，外接若干路灯，包括计算机、第一GPRS模块、集中控制器以及与所述的若干路灯一一对应连接的若干节点控制器，计算机与第一GPRS模块相连，第一GPRS模块通过无线网络与集中控制器连接，集中控制器通过电力线与各节点控制器连接，集中控制器包括依次相连的第二GPRS模块、第一单片机和第一电力载波芯片，所述第一电力载波芯片与所述电力线相连；各节点控制器均包括第二单片机、第二电力载波芯片、光线传感器、红外移动传感器和调光控制器。

公开号为CN103781255A的中国发明申请，公开了一种基于ZigBee和Wi-Fi技术的LED路灯智能监控系统，其包括上位机、无线路由器、Wi-Fi模块、ZigBee协调器及若干组监控终端，所述上位机通过无线路由器与Wi-Fi模块无线通信连接，所述Wi-Fi模块与ZigBee协调器间通过串口双向通信连接，所述ZigBee协调器与每个ZigBee终端间无线通信连接；每组监控终端均至少包括ZigBee终端、LED路灯驱动、LED路灯和检测模块，且其中的ZigBee终端与LED路灯驱动、LED路灯、检测模块依次串联连接。

公开号为CN103906320A的中国发明申请，公开了一种基于无线网络的路灯智能控制方法，多个路灯串联后接可变电抗变换器的一次边，多个路灯组成一组无线网络；每组无线通信网络设有主智能控制器和从智能控制器，每个路灯上设有传感器用于采集信号，采集信号通过无线通信方式传送至主智能控制器，主智能控制器根据采集的信号进行判断，通过无线通信方式向从智能控制器发送控制信号，从智能控制器控制功率变换单元，功率变换单元使前述可变电抗变换器的二次阻抗变化，从而实现对路灯的控制。

公开号为CN105072775A的中国发明申请，公开了一种基于物联网的智慧路灯控制方法及系统，该方法包括：探测事故多发地是否具有两处或两处以上动静，生成第一判断结果；当第一判断结果表明事故多发地具有两处或两处以上动静时，将处于事故多发地的路灯由第一颜色切换为与第一颜色不同的第二颜色。

公开号为CN108135057A的中国发明申请，公开了一种用于智慧路灯改造的NB-IoT单灯控制器，包括电源处理模块、微处理器模块、驱动电路模块和NB-IoT模块，电源处理模块分别与市电、微处理器模块和LED驱动电源相连，微处理器模块分别与驱动电路模块和NB-IoT模块相连，驱动电路模块与LED驱动电源相连，NB-IoT模块与远程智能终端相连。

公开号为CN108184304A的中国发明申请，公开了一种智慧路灯管理系统，包括若干个路灯；所述路灯与路灯之间为串联设置，通过一控制开关来同时控制所有路灯开闭；所述相邻路灯之间还设有一并连线，并连线上设有控制开关，所述控制开关被中控系统控制；所述中控系统由中央处理器、信号接收装置以及一主报警装置组成；每个路灯上均设有光电感应器和信号发射装置；所述控制开关的开断被所述中控系统控制。

现有的智慧路灯技术，主流是为每个路灯装一个NB-IOT模块与云服务器相连接，如专利号“CN108135057A”；或者使用基站或网线与云端通讯，如专利号“CN108184304A”。也有使用ZigBee模块和电力载波通讯，但依然需要大量转发节点模块。这些现有技术，特点是每个路灯都单独入网，再由现场控制器或服务器统一控制。

现有智慧路灯技术，主要存在以下技术缺点。一是成本高：由于每个路灯都单独入网，每个路灯上都需要单独安装一整套通讯模块，并且为了通讯距离和通讯组网，还得在网关、网络节点上大量投入资金，增加通讯转发模块。

二是通讯能力和硬件资源大量被浪费：NB-IOT模块的特点是节能，使用电池供电能长期工作，因此发送数据量受限，需要每个路灯安装一个NB-IOT模块单独传输数据，这反而极大地加大了云服务器的负担，导致云服务在与路灯建立连接上浪费了大量工作能力；使用基站通讯正相反，基站强大的通讯能力和高昂的成本完全被浪费，而只用于传递每小时不足10KB的路灯数据。

三是控制不便，现有控制方式要么全部单独控制，要么全部集中控制，甚至把路灯电源串联以实现集中控制，对电路安全埋下隐患，也影响了控制效果，难以支持特殊情形下需要的间隔亮灯或复杂亮灯方式。

四是不利于旧城路灯升级，难以通过简单的增加控制器，使现有的路灯并入网络，需要增加网关并且铺设网线或RS485、232信号线实现入网。并且需要为每一个控制器写入一个唯一的识别码，不利于设备拓展，设备升级成本巨大。

五是不利于电网安全，统一控制路灯开灯时，瞬时抽电流过大，会极大地影响电网的稳定，甚至导致整段路段跳闸断电。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种智慧路灯控制系统，特别适合应用于旧城升级改造。该系统将单片机技术、4G通讯技术、云服务器技术和嵌入式任务调度技术糅合，并且针对旧城路灯升级引入电力载波通讯技术，从而实现低成本、高实用性的路灯升级入网控制，以及更进一步的组建车路协同智能交通系统。

本实用新型提供一种智慧路灯控制系统，该系统融汇了单片机技术、嵌入式技术、信号检测与处理技术、云服务器技术、数据库技术、SMS短信推送技术，结合包括电力载波通讯和4G通讯等多种通讯方式，构建了云服务控制多个路灯集中控制器，路灯集中控制器控制多个单灯控制器的路灯升级入网控制系统。同时，通过摄像头和红外传感器等多种传感器配合，获取路况车流量和车流速度数据，上传云服务器经数据处理，将路况信息推送给交通部门。该系统兼容现在绝大部分旧式路灯，通过直接安装控制器即可将路灯升级入网，在实现低成本、高兼容性地将路灯升级入网，完成对路灯的信息化管理的同时，还基于智能算法控制路灯亮度智能调节，实现节约电能、故障报警短信提醒等功能，极大的方便了路灯管理，甚至支持了进一步的车路协同智能交通系统建立。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种智慧路灯控制系统，包括云服务器、路灯集中控制器和单灯控制器；云服务器包括端口监听模块、数据库、短信发送模块，以及移动端接口；路灯集中控制器包括4G通讯收发模块、EEPROM存储器、电流控制器、电力载波通讯模块、时钟模块、传感器模块和功能拓展模块；单灯控制器包括电力载波通讯模块、拨码开关、存储器、时钟模块、位置定位模块(例如GPS或北斗定位模块)、传感器模块和功能拓展模块；云服务器通过4G通讯向路灯集中控制器发送控制命令，路灯集中控制器通过电力载波通讯控制单灯控制器，单灯控制器控制路灯开关灯和亮度调节；同时单灯控制器定时采集路灯相关数据，通过电力载波通讯上传到路灯集中控制器，经由路灯集中控制器处理完毕后经4G通讯上传云服务器；所述单灯控制器和所述路灯集中控制器采用单片机和实时操作嵌入式系统控制。

本实用新型充分考虑了路灯复杂控制的需求，采用云服务器直接控制所有路灯集中控制器，每个路灯集中控制器控制一段路的所有单灯控制器，再由单灯控制器直接控制单个路灯的技术方案，可以很好地组合统一控制和单独控制，实现自定义的间隔亮灯和点选亮灯功能。使用实时操作嵌入式系统确保每个模块稳定工作，多个模块无冲突配合执行，极大地提高了控制器运行的稳定性。

进一步地，所述单灯控制器和所述路灯集中控制器的传感器模块包括摄像头和红外传感器，获取实时路况车流量和车流移动速度数据，通过4G通讯上传到云服务器。云服务器通过大数据分析处理，获得堵车路段长度及红绿灯等待时间，并通过接口推送给相关交通部门管理道路状况。

进一步地，所述单灯控制器使用的单片机均为stm32f1型单片机。

进一步地，所述路灯集中控制器使用的单片机均为stm32f7型单片机。

进一步地，所述单灯控制器和所述路灯集中控制器的时钟模块型号为DS3231SN型。

进一步地，所述单灯控制器和所述路灯集中控制器的电力载波模块型号为KQ-132型。

进一步地，所述EEPROM存储器型号为AT24C128型。

进一步地，去除单灯控制器上的位置定位模块，通过地图软件为路灯设置经纬度，更进一步节约了成本。

本实用新型与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本实用新型的技术方案良好支持旧城升级、降低改造成本，在路灯集中控制器与单灯控制器之间使用电力载波通讯，直接利用现有电源线做通讯线，极大的降低了通讯成本。再在路灯集中控制器与云服务器间使用4G通讯，既可以保证通讯的实时性，又能尽可能多地采集路灯数据。同时，支持多种传感器、多种通讯协议和通讯模块直接接入，为车路协同智能交通系统建立提供数据采集数据支持。

本实用新型的技术方案设计系统融合了分散控制系统和集中控制系统的优点。路灯集中控制器与单灯控制器形成一个小型集中控制器，云服务器与路灯集中控制器形成一个小型分散控制系统。通过分散控制系统和集中控制系统结合，极大地提高了系统的可靠性和稳定性。

本实用新型的技术方案可拓展性高，4G通讯的能力足够强，往控制器上增加新的传感器模块对通讯能力无影响，可轻松接入控制器。

本实用新型的技术方案有利于电网安全稳定。通过统一控制与单灯单独控制结合，当要统一控制若干条路灯的若干路灯开灯时，路灯集中控制器通过识别算法处理开灯控制命令，并转化为多个单独开灯命令，识得单灯控制器逐个执行开灯命令。确保了同一路段上路灯逐个点亮，路灯所处电路的瞬时抽电流较小，电网波动极小，保护了电网安全稳定。

附图说明

图1是本实用新型的智慧路灯控制系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提出了一种支持旧城路灯改造升级和建立车路协同智能交通系统的智慧路灯控制管理系统，该系统包括路灯集中控制器、单灯控制器、云端服务器三大部分。

所述路灯单灯控制器包括电源模块、电力载波模块、EEPROM存储器、定时器模块以及包括电能计量模块及多种传感器模块在内的拓展模块。所述路灯单灯控制器通过定时模块定时采集单灯基本开关灯、亮度数据，通过电能计量模块及多种传感器模块采集相应路况车流数据，存入EEPROM存储器，然后再通过电力载波模块把数据以高频信号的形式通过电力线上传到路灯集中控制器。

所述路灯集中控制器包括电源模块、4G通讯模块、电力载波模块、EEPROM存储器、定时器模块以及包括电能计量模块及多种传感器模块在内的拓展模块。所述路灯集中控制器通过多种传感器模块，采集相应数据；通过电力载波模块获取来自所述路灯单灯控制器上传的路灯信息和路况信息，然后通过4G发送到云端服务器。

220V市电直接接入所述路灯集中控制器和所述单灯控制器的电源模块，由电源模块将市电降压处理为12V电压，以直接为控制器供电。

所述云服务器包括端口监听服务、数据库、数据分析处理模块、移动端接口模块。云服务器通过端口监听服务接收到数据，提交到数据分析处理模块并依据密码表解密后、分析处理后写入路灯数据库。云服务器把相应数据通过移动端API接口模块推送到移动端和PC端用户，以供浏览路灯相应信息。移动端和PC端用户通过API接口发送控制路灯命令到云服务器，云服务器经过命令解析及依据密码表加密后，通过4G下发到对应的路灯单灯控制器。所述路灯单灯控制器依据密码表解密后，通过电力载波把控制命令发送到所述单灯控制器，由所述单灯控制器控制开关灯，或依据命令采集传感器模块信息。

以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种智慧路灯控制系统，其特征在于，包括云服务器、路灯集中控制器和单灯控制器；云服务器包括端口监听模块、数据库、短信发送模块，以及移动端接口；路灯集中控制器包括4G通讯收发模块、存储器、电流控制器、电力载波通讯模块、时钟模块、传感器模块和功能拓展模块；单灯控制器包括电力载波通讯模块、拨码开关、EEPROM存储器、时钟模块、位置定位模块、传感器模块和功能拓展模块；云服务器通过4G通讯向路灯集中控制器发送控制命令，路灯集中控制器通过电力载波通讯控制单灯控制器，单灯控制器控制路灯开关灯和亮度调节；单灯控制器定时采集路灯相关数据，通过电力载波通讯上传到路灯集中控制器，经由路灯集中控制器处理后经4G通讯上传到云服务器；所述单灯控制器和所述路灯集中控制器采用单片机和实时操作嵌入式系统控制。

2.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统，其特征在于，所述单灯控制器和所述路灯集中控制器的传感器模块包括摄像头和红外传感器。

3.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统，其特征在于，所述单灯控制器使用的单片机均为stm32f1型单片机。

4.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统，其特征在于，所述路灯集中控制器使用的单片机均为stm32f7型单片机。

5.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统，其特征在于，所述单灯控制器和所述路灯集中控制器的时钟模块型号为DS3231SN型。

6.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统，其特征在于，所述单灯控制器和所述路灯集中控制器的电力载波模块型号为KQ-132型。

7.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统，其特征在于，所述EEPROM存储器型号为AT24C128型。

8.根据权利要求1所述的智慧路灯控制系统，其特征在于，去除单灯控制器上的位置定位模块。