CN210274631U - 一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，智慧照明控制技术领域。该控制器由MCU、电压转换芯片、电能测量模块、环境信息采集模块、LCD显示模块、实时时钟、多路控制路灯开关的继电器、通信模块和电源模块组成。本实用新型能够根据环境状况进行智能的调光，极大的减少了电能消耗，提高了照明效率。

Description

一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器

技术领域

本实用新型属于智慧照明控制技术领域，一种智能路灯控制器，尤其是具有监测功能的智能调光路灯控制器。

背景技术

伴随着社会经济的不断发展，道路交通网络覆盖面积越来越大，机动车数量迅速增加，夜间交通流量也越来越大，以往的路灯是按照先设定好的时间控制路灯的开启与关闭，夜晚时一直都会亮着照明，无论是否有行人或者行车经过的多少，道路照明的质量直接影响了交通安全和城市的发展。而如今的路灯控制方式存在以下几方面的问题：

(1)路灯照明信息化程度低、管理落后。我国城市路灯照明采用大功耗灯具，如高压钠灯，这种灯具依靠高压放电原理，具有耗电量大、寿命短、散热大等问题。同时，我国传统的城市照明一般采用定时和人工定期巡检的方式对路灯进行管理和控制，受季节、天气和人为因素影响较大，自动化水平低，处理效率低，而且实时控制能力差、容易出错。信息化水平低下，处理效率低，而且实时控制能力差、容易出错。普遍采用人工巡检管理模式，工作量大，浪费人力、物力和财力，且故障预警缺乏主动性、及时性和可靠性，不能实时、准确、全面地监控全城地路灯运行状况。由于缺乏远程智能控制策略，经常以不必要的高亮度进行彻夜地照明，或者在人烟稀少的地方高亮度照明，大大浪费了电能。同时，由于不能做到信息化监控，维护人员必须定期到现场进行人工巡测故障情况，故障响应速度慢，漏检率高、处理效率低、依靠人工的方式维护成本也非常高。缺乏有效的信息化支撑，单纯依靠人工巡检的管理方式，导致路灯管理效率低、容易出错、故障响应慢、人力成本高、不可分时分区域控制、缺乏运行数据支撑、无法科学决策等问题，难以满足现代城市路灯管理的需要，迫切需要新的技术手段，实现远程、精细化、智能化管理，提升管理水平和管理效率。

(2)无效的照明导致光污染。当前路灯采用人工控制方式，路灯的亮度是固定的，不能根据需要自动调节，导致无效的照明。比如在设计方面，考虑到光衰，我国的道路照明大多是超标设计，实际的道路亮度大大超出了国家标准。在时间方面，后半夜行人稀少时，在非主干道、支路等地的照明亮度高，未产生实际价值，应该要降低照明程度。此外，电网的供电电压随着负载的变化而波动变化，前半夜电压低，路灯亮度暗，后半夜路灯照明的供电电压会明显升高，路灯变亮，耗电增加，降低了路灯的寿命，然而人员的活动规律正好相反，路灯产生无效照明。这些不合理的照明不但造成能源的严重浪费，而且还引发了一系列光污染、温室效应等环境问题，对人文环境造成了严重的危害，严重影响了人们居住和生态自然环境的和谐与平衡。

为了解决目前路灯控制中电能浪费严重且运营维护也比较困难的问题，亟需一种改变传统路灯的控制器，减少电能浪费，提高照明效率和信息交互水平，实现路灯的绿色照明。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，实现对道路路灯的远程管理与控制，通过设置对路灯不同的控制策略，实现路灯的智能调光，同时集合了多种传感器，将路灯照明时的数据信息和环境信息上传至后台服务器，以供工作人员全面了解每个路灯节点的工作状态，从而实时的发出相应控制指令，保证路灯安全、可靠、稳定的照明。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，由MCU、电压转换芯片、电能测量模块、环境信息采集模块、LCD显示模块、实时时钟、多路控制路灯开关的继电器、通信模块和电源模块组成；

所述电源模块给MCU提供3.3V的供电；

所述电能测量模块用于检测三相电压、电流和功率等信息；

所述环境信息采集模块用于采集周围环境信息；

所述LCD显示模块显示路灯的工作信息；

所述实时时钟用于控制路灯的开关时间；

所述MCU控制其余模块的输入和输出。

进一步，所述环境信息采集模块包括环境传感器和温湿度传感器；所述环境传感器通过UART2检测采集光照强度、噪声和PM2.5等信息；所述温湿度传感器通过GPIO口检测周围环境的温湿度。

进一步，所述通信模块包括GPRS模块和Lora模块；所述GPRS模块通过UART3和服务器后台通信方式；Lora模块通过UART4和路灯节点之间通信。

进一步，所述多路控制路灯开关的继电器包括路灯开关和行程开关；所述路灯开关和行程开关是通过GPIO外接继电器。

进一步，所述电源模块采用三相路灯电网供电，输入端接220V交流电，输出12V直流电，然后输出端分为两路，一路串联两个降压模块Ⅰ将12V直流电降压至3.3V，给GPS模块供电；另一路连接一个降压模块Ⅱ将12V直流降压为4V，给Lora模块和MCU来进行供电。

进一步，所述电能测量模块分为两种，一种是独立的多功能电表终端，另一种是集成度较高的测量芯片；所述多功能电表终端安装在特殊场合，用于实时采集电能数据，且还能在电表液晶屏在线显示测量数据；所述测量芯片安装在集中控制器的电源供电板上。

进一步，所述环境信息采集传感器采用百叶箱，电源接口是12-24V的宽电压输入，与MCU的通信接口为485，用于采集光照强度、二氧化碳浓度、PM2.5、PM10和噪声等环境信息。

本实用新型的有益效果在于：与目前的路灯相比，本路灯集中控制器对路灯按季节、时段、天气制定调光策略，大幅节能，延长了灯具寿命。对路灯设备智能控制，并对设备状态进行反馈，减少维护人力物力，极大的减少了电能消耗，提高照明效率。同时，实时监测路灯运行的状态信息，能够对故障路灯进行实时的报警功能，及时采取措施进行修复。而且还能够根据环境状况进行智能的调光。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型所述的集中控制器框架图；

图2为电源模块连接示意图；

图3为本实用新型所述的集中控制器工作流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

请参阅图1，为一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，在一块由STM32F105rbt6芯片为MCU控制的电路板上集成了电压转换芯片、电能测量模块、环境信息采集模块、LCD显示模块、实时时钟、多路控制路灯开关的继电器以及进行通信的GPRS模块和Lora模块，该电路板的系统原理框图如图1。电能测量模块分为两种，一种是独立的多功能电表终端，另一种是集成度较高的测量芯片；环境信息采集模块包括环境传感器和温湿度传感器；多路控制路灯开关的继电器包括路灯开关和行程开关。

电源模块给主控芯片提供3.3V的供电，测量芯片通过UART1检测三相电压、电流、功率等信息，外接的环境传感器通过UART2检测采集光照强度、噪声、PM2.5等信息，温湿度传感器通过GPIO口检测周围环境的温湿度，GPRS模块通过UART3和服务器后台通信方式，路灯开关和行程开关是通过GPIO外接继电器，外接的Lora模块是通过UART4和路灯节点之间的通信方式，LCD模块显示路灯的工作信息，实时时钟来控制路灯的开关时间，主控芯片STM32直接控制上述模块的输入和输出。

在集中控制器接上电能测量模块、环境信息采集模块、LCD显示模块以及多路控制路灯开关的继电器，将程序烧写进主控芯片SMT32中，通过GPRS进行集中控制器和后台的通信，Lora负责与每个路灯节点的通信。然后通过电源模块给集中控制器供电，在路灯正常照明工作时，集中控制器采集路灯的各种工作状态参数并与服务器后台和路灯终端进行信息交互；路灯终端控制单个路灯的亮度，接收集中控制器的控制信息。同时，服务器后台是整个智慧路灯控制系统的中心枢纽，负责接收路灯终端数据帧，并分析处理、保存，同时与路灯终端进行数据交互；数据交互流程图如图2所示。

优选的，电源模块采取由3相路灯电网供电，经过电源板稳压降压后，输出电压为12V恒压，最大输出功率为20W。220V交流电接入，经过电源稳压模块，转换成12V。然后分两路，一路供给TPS5430，转换成4V。另外一路供给LM1117-5，转换成5V，然后供给LM1117，转换成3.3V。其中4V给GPRS模块供电，3.3V给Lora模块和MCU来进行供电。电源框架如图3所示。

优选的，GPRS模块的通信方式，选择SIM900A模块，其工作频段为EGSM900MHz及DCS1800MHz，常温下，SIM900在睡眠模式下的电流消耗为1.0mA，发送信号时最大尖峰电流可达3A。此外，该芯片具有嵌入式TCP/IP协议，可以通过AT命令直接进入透传模式，直接发送数据。

优选的，Lora模块，路灯控制器通过基于Lora扩频技术的小无线模块将所有路灯构成一个物联网网络，将路灯的照明状态、路灯三相电压、电流、功率通过GPRS传递给后台服务器，路灯监控平台能够查询到每个路灯的开关状态以及所在区域的环境信息。

优选的，电能测量模块分为两种，一种是独立的多功能电表终端，另一种为集成度较高的测量芯片。其中多功能电表终端体积比较大，除了可以实时采集电能数据，还可以直接在电表液晶屏在线显示测量数据，适合特殊的场合安装；专用的电能测量芯片安装在集中控制器的电源供电板上，体积较小，集成度较高，价格便宜，成本低。可以根据不同的场景选择不同的测量模块。

独立的多功能电表终端是多功能数显电力仪表，采用微处理器和数字信号处理技术，可测量电网中的三相电压、电流、功率、电网频率、电量等常用电力参数，同时还具有越限报警、开关量输入输出、模拟量变送输出与网络通信等功能，测量电压额定值最大可达400V，测量电流最大值可达5A，测量频率为40Hz～60Hz，精度0.1Hz。

测量芯片选择的是V9103,5V电源供电，宽电压输入范围：3.0V～5.5V。低功耗设计，典型芯片正常工作电流13mA，典型芯片休眠工作电流8.8μA。8路独立的过采样∑/ΔADC：3路相电压、3路相电流、1路零线电流和1路多功能测量通道。

优选的，环境信息采集模块采用气象百叶箱，电源接口是12-24V的宽电压输入，与集中控制器通信接口为485，数据帧格式使用Modbus-RTU通信协议，可测量光照强度，二氧化碳浓度，PM2.5，PM10，噪声等环境信息。

本实施例所述的智能路灯控制器，不仅能够监测环境信息，还能够根据天气状况进行智能调光，集中控制器与路灯灯端通过继电器有线控制和Lora模块来进行通信，继电器有线控制路灯的全功率开关和半功率间隔亮灯，Lora通信模块会发送亮度信息给集中控制器，当集中控制器接收到新的亮度信息时，会对控制亮度状态进行更新，在灯端亮度调节中，首先检查亮度更新的状态，当有更新时，会通过Lora模块路灯终端发送亮度信息，一般节点接收到Lora网络的信息时，首先进行校验判断，校验通过后，就可以进行亮度调节。同时，后台管理人员还可以根据具体指标对系统中的路灯节点进行人工控制，管理人员可以选择特定的区域路段，对一系列甚至一个路灯进行开灯、关灯及调光等操作。首先，后台服务器给集中控制器通过GPRS下发路灯控制指令，集中控制器上的MCU收到指令后，进行一系列的指令的处理和下发，将数据通过Lora传递给路灯终端来进行任务的读取和执行，同时集中控制上的LCD也会显示路灯照明的数据信息，判断它是否正常工作，如果路灯运行有故障，会将故障信息实时显示在LCD上，有一个预警的功能，方便及时检修。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，其特征在于，该控制器由MCU、电压转换芯片、电能测量模块、环境信息采集模块、LCD显示模块、实时时钟、多路控制路灯开关的继电器、通信模块和电源模块组成；

所述电源模块给MCU提供3.3V的供电；

所述电能测量模块用于检测三相电压、电流和功率；

所述环境信息采集模块用于采集周围环境信息；

所述LCD显示模块显示路灯的工作信息；

所述实时时钟用于控制路灯的开关时间；

所述MCU控制其余模块的输入和输出。

2.根据权利要求1所述的一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，其特征在于，所述环境信息采集模块包括环境传感器和温湿度传感器；所述环境传感器通过UART2检测采集光照强度、噪声和PM2.5；所述温湿度传感器通过GPIO口检测周围环境的温湿度。

3.根据权利要求1所述的一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，其特征在于，所述通信模块包括GPRS模块和Lora模块；所述GPRS模块通过UART3和服务器后台通信方式；Lora模块通过UART4和路灯节点之间通信。

4.根据权利要求1所述的一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，其特征在于，所述多路控制路灯开关的继电器包括路灯开关和行程开关；所述路灯开关和行程开关是通过GPIO外接继电器。

5.根据权利要求1所述的一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，其特征在于，所述电源模块采用三相路灯电网供电，输入端接220V交流电，输出12V直流电，然后输出端分为两路，一路串联两个降压模块Ⅰ将12V直流电降压至3.3V，给GPS模块供电；另一路连接一个降压模块Ⅱ将12V直流降压为4V，给Lora模块和MCU来进行供电。

6.根据权利要求1所述的一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，其特征在于，所述电能测量模块分为两种，一种是独立的多功能电表终端，另一种是集成度较高的测量芯片；所述多功能电表终端安装在特殊场合，用于实时采集电能数据，且还能在电表液晶屏在线显示测量数据；所述测量芯片安装在集中控制器的电源供电板上。

7.根据权利要求1所述的一种集合环境监测功能的智能路灯集中控制器，其特征在于，所述环境信息采集传感器采用百叶箱，电源接口是12-24V的宽电压输入，与MCU的通信接口为485，用于采集光照强度、二氧化碳浓度、PM2.5、PM10和噪声。

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