CN211267213U - 一种路灯系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种路灯系统，其包括云端服务器、网关、手持机和多个路灯；每一个路灯至少能识别到其它两个路灯的无线信号并与所识别到的路灯建立无线连接，部分路灯与网关建立无线连接，形成路灯系统的无线MESH网络；手持机用于向路灯系统之外的路灯发送与网关相匹配的网络参数，使得该路灯与网关和/或路灯系统中某一路灯建立无线连接，识别网关，从而加入路灯系统的无线MESH网络。本申请的路灯系统中，网关和路灯组成无线MESH网络，信息传输过程中的数据丢失率大为降低，系统可靠性和稳定性非常高。手持机作为路灯与网关之间的桥梁，用户通过手持机即可将网关信息发送至路灯节点，进而完成组网，操作方便快捷。

Description

一种路灯系统

技术领域

本申请涉及照明系统技术领域，具体涉及一种路灯系统。

背景技术

现有技术中，路灯照明系统没有采用网络化监控管理，远程控制系统只能简单地控制路灯的开关状态，城市路灯的开关控制由变压器分散控制，这种控制方法非常笨拙，操作起来很不方便，并且对路灯的状况不能实时监控，也不能对单个路灯进行单一控制，更不能根据环境变化调节路灯的光照强度、光照时长等模式，现有技术的照明监控和管理系统服务质量和节能水平偏低，已经不能满足现代化城市的照明需求。

另外，路灯系统普遍存在维护困难、故障点难判定等问题，当某一处路灯出现故障时，往往需要工作人员将灯具拆下进行逐一排查，且拆卸安装工作也十分困难，如果是用户自己操作，且由于用户的不专业性更容易产生误判从而发生二次故障，导致后期维修更加困难。

实用新型内容

本申请提供一种路灯系统，其包括网关、手持机和多个路灯；每一个路灯至少能识别到其它两个路灯的无线信号并与所识别到的路灯建立无线连接，部分路灯与网关建立无线连接，形成路灯系统的无线MESH网络；手持机用于向路灯系统之外的路灯发送与网关相匹配的网络参数，使得该路灯与网关和/或路灯系统中某一路灯建立无线连接，识别网关，从而加入路灯系统的无线MESH网络。

本申请的路灯系统中，网关和路灯组成无线MESH网络，信息传输过程中的数据丢失率大为降低，系统可靠性和稳定性非常高。手持机作为路灯与网关之间的桥梁，用户通过手持机即可将网关信息发送至路灯节点，进而完成组网，操作方便快捷。

附图说明

图1为本申请实施例一的MESH网络示意图；

图2为本申请实施例一的路灯电路结构示意图；

图3为本申请实施例一的网关电路结构示意图；

图4为本申请实施例一的手持电路结构构示意图；

图5为本申请实施例一的路灯系统组网流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一：

本实施例的太阳能智慧路灯系统包括云端服务器、网关20、手持机和多个路灯10，云端服务器与网关相互通信，每一个路灯至少能识别到其它两个路灯的无线信号并与所识别到的路灯建立无线连接，部分路灯与网关建立无线连接，从而所有的路灯节点都互相连接，每个路灯节点拥有多条连接通道，网关以及所有的路灯节点之间形成一个如图1所示的路灯系统的无线MESH网络。

路灯系统之中的路灯以及路灯系统之外的路灯具有相同的电路结构，如图2所示，路灯包括路灯主控电路11和与其相连接的路灯控制电路15、路灯射频模块13和路灯红外模块12，还包括RS485路灯串口模块14和连接至路灯控制电路15的灯具16。

路灯控制电路15与路灯主控电路11之间通过RS485路灯串口模块14相连接，从而实现路灯控制电路15与路灯主控电路11之间的数据收发。RS485路灯串口模块14传输数据快，最高传输速率可达10Mbps，其接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好，具有长的传输距离和多站能力，其接口组成的半双工网络一般只需两根信号线，线路连接简单。

如图3所示，网关包括网关主控电路21和与其相连接的网关电源单元、网关射频模块23、网关红外模块22和GPRS(bc20)模块25。

路灯射频模块13与网关射频模块23之间，以及两个路灯射频模块13之间，可以相互收发数据。

本实施例的路灯系统中，网关与手持机可以通过网关射频模块23与手持机射频模块33进行数据收发操作，还可以通过网关红外模块22与手持机红外模块32通过红外光通信的方式进行数据收发操作，网关红外模块22即用于接收手持机红外模块32发送的红外数据，例如用户输入的与手持机身份相关的信息、与手持机选定的路灯相关的信息等。

网关电源单元用于为网关主控电路21提供电能，包括依次连接的太阳能电池板241、电池保护电路242和电源管理电路243，还包括连接至电池保护电路242的可充电锂离子电池244；电源管理电路243连接至网关主控电路21。太阳能电池板241将光能转化为电能；电源管理电路243将来自太阳能电池板241的电能的电流、电压和/或功率调整至符合供电要求；锂离子电池存储来自太阳能电池板241的电能；电池保护电路242阻止锂离子电池向太阳能电池板241反向充电。具体地，可充电锂离子电池244正极通过肖特基二极管串接太阳能电池板241的正极，当阳光充足时将光能转换为电能并向锂离子电池充电；当充电电压大于4.2v时，关断充电，起到防止电池反向给太阳能板充电的作用。优选地，采用六节18650可充电锂离子电池，可保证系统长时间的运行。

GPRS(bc20)模块25(General Packet Radio Service，通用分组无线服务)包括分别与网关主控路连接的GPS模块251和GSM模块252，其中，GPS模块251(Global PositioningSystem，全球定位系统)用于对路灯进行定位，GSM模块252(Global System for MobileCommunications，全球移动通讯系统)用于统一云端服务器、路灯和客户端的移动通讯标准。BC20是一款高性能、低功耗、多频段以及能支持GNSS定位功能的NB-loT无线通信模块，其具有丰富的外部接口和协议栈(UDP/TCP/CoAP/LWM2M/MQTT等)，定位精准，抗多路径干扰能力强。

通过GPS定位功能，云端服务器、客户端或终端平台可以在地图上准确显示所有网关的分布位置，当路灯节点出现故障时工作人员先找到网关位置再通过节点的电杆编号找到故障路灯，接着再通过故障类型对路灯进行检修，故障路灯查找快速，故障类型定位准确，大大减少了工作量。

如图4所示，手持机包括手持机主控电路31和与其相连接的手持机射频模块33、手持机红外模块32、LED显示屏34和操作单元(图中未视出)。手持机射频模块33与网关射频模块23及路灯射频模块13之间能够实现无线射频通信。手持机红外模块32与网关红外模块22及路灯红外模块12之间能够实现红外光通信。显示屏34可显示组网信息/进度以及参与组网的路灯/网关信息。操作单元用于供用户开启手持机主控电路31的功能，例如可以采用按键键盘、触摸屏、拨动开关或按键等设计形式。

如图5所示，利用手持机进行太阳能智慧路灯组网的过程如下：

St1、手持机通过手持机射频模块33与网关射频模块23建立无线射频通信，网关主控电路21控制网关射频模块23向手持机射频模块33发送与网关相匹配的网络参数信息。

网络参数可以例如可以是网关ID、网关密码和/或网关通讯频道。

网关向手持机发送网络参数信息可以是响应手持机的请求进行发送，即St1步骤前手持机主控电路控制手持机射频模块向网关发送组网请求，从而网关主控电路控制控制控制网关射频模块向手持机射频模块发送与网关相匹配的网络参数信息；也可以是网关自行广播网络参数信息。

St2、手持机主控电路31保存网络参数信息。

St3、手持机主控电路31控制手持机红外模块32向路灯系统之外路灯的路灯红外模块12发送红外光信号，该红外光信号包含与网关相匹配的网络参数信息，所发射的红外光在保证数据不失真的情况下收发距离可达到11m。

St4、路灯红外模块12接收该红外光信号，路灯主控电路11解析出该红外光信号所包含的网络参数信息。

该步骤中，还可以增设如下操作，即手持机主控电路31设置广播频道信息并通过手持机射频模块33发送至网关射频模块23，网关主控电路21根据该广播频道信息控制网关射频模块23对外广播组网命令以匹配能够组网的路灯。或者，不需要手持机设定广播频道，网关主控电路21根据预设的广播频道信息控制网关射频模块23定时或按照一定的周期对外广播组网命令以匹配能够组网的路灯。或者，不需要手持机设定广播频道，而通过手持机射频模块33向网关射频模块23发送组网启动指令，网关主控电路21收到组网启动指令即开始对外广播组网命令以匹配能够组网的路灯。

St5、路灯主控电路11根据网络参数识别本路灯系统的网关信息，控制路灯射频模块13与网关射频模块23建立无线连接。

或者，路灯主控电路11根据网络参数识别本路灯系统的网关信息，控制路灯射频模块与路灯系统中某一路灯的路灯射频模块建立无线连接，进而通过该路灯与网关射频模块23建立无线连接。

St6、由于路灯和网关有了相同匹配的网络参数信息，二者经过组网便可绑定在一起，从而该路灯加入路灯系统的无线MESH网络。

本领域技术人员应当理解，手持机也可以与已经加入路灯系统MESH网络的路灯通讯。

在路灯和网关有了相同匹配的网络参数信息的前提下，网关与节点进行组网的方式为MESH网络技术领域中常规的技术手段。

本实施例中，网关、路灯和手持机之间的通讯频率范围为127MHz至1020MHz。网关主控电路21、路灯主控电路11和手持机主控电路31采用STM32F401RE6主控电路。

网关红外模块、路灯红外模块和手持机红外模块即IR红外头收发电路。

网关射频模块23、路灯射频模块13和手持机射频模块33采用RFM300H模块，其可工作在433/868/915MHz，具有超低接收灵敏度和+20dBm(RFM300H)/+13dBm(RFM300)的发射功率，模块的接收电流低，可编程速率快，频率范围广，链接性能好，收发距离远，保障了数据传输的稳定性、可靠性及安全性。

本实施例中，路灯系统还包括客户端，客户端例如可以是手机、电脑、APP、应用程序、WEB网页或其他操作设备。

用户通过客户端设置路灯照明模式从而客户端产生控制指令并发送至云端服务器，云端服务器向网关射频模块23发送控制路灯照明模式的控制指令，网关主控电路21控制网关射频模块23将控制指令发送至路灯射频模块13，路灯主控电路11通过RS485路灯串口模块14向路灯控制电路15发送控制指令，路灯控制电路15根据控制指令设置、控制或切换灯具16的照明模式。

例如，在手机上下载本系统对应的APP(SG-DC)，点击APP上全灯开关的按钮发送指令即可远程控制所有路灯的亮灭，在APP上的路灯列表中选中任意一个路灯点击单灯开关按钮发送指令即可远程控制单个路灯的亮灭。在APP上列有不同路灯工作模式的按钮，点击按钮并发送送指令即可对路灯设置相应的工作模式。

用户在客户端对路灯进行单控或/群控，设置的路灯照明模式一般包括对全部或部分灯具的开关、光照强度、光照时长、光照时段、光照色彩、是否闪烁以及是否开启人体PIR感应等进行设置。

灯具16在使用的过程中，路灯控制电路15可产生与灯具16照明相关的路灯状况信息，路灯主控电路11通过RS485路灯串口模块14接收路灯控制电路15产生的反映灯具16照明状况的信号，并通过路灯射频模块13发送至网关射频模块23，网关主控电路21通过网关射频模块23将路灯状况信息上传至云端服务器，客户端则可接收从云端服务器发送的路灯状况信息。

路灯状况信息包括路灯工作信息即节点编号、灯具温度、PIR(Passive Infrared，被动红外技术)触发次数、节点ID、锂离子电池剩余电量、太阳能电池板电压、太阳能电池板当日发电量、太阳能电池板当日放电量、循环次数、固件版本和/或节点属性；还包括路灯故障信息即过温故障、过放故障、过充故障、开路故障、短路故障、太阳能电池板开路电压异常、太阳能电池板开路异常、太阳能电池板充电电流异常和/或太阳能电池板短路。

本实施例中，网关及路灯中的各个功能单元，例如网关主控电路21和路灯主控电路11，在一个低功耗周期内，按预设工作时间持续运行状态后，将按预设休眠时间持续休眠状态。例如通过RTC(实时时钟，Real Time Clock)时间计时来控制醒来的频率和时间，预设工作时间为5s，预设休眠时间55s。

云端服务器定时或按预设醒来频率向网关发送唤醒指令从而启动一个低功耗周期。或者，网关定时或按预设醒来频率不断循环低功耗周期。预定时间或按预设醒来频率可以是路灯系统的出厂设置，也可以是用户通过客户端进行设置。例如预设频率为每一分钟循环一次低功耗周期。

本实施例所提供的智能化、科技化、节能化的太阳能智慧路灯系统，网关和路灯所组网的MESH网络是“多跳”网络，所有路灯节点通过无线通信互相连接，每个节点拥有多条连接通道，当某一条线路堵塞或者无响应时，无线MESH网络可以根据情况选择其他的线路进行数据转播，不会因为其中一个节点出现故障而断开网络的整体连接。网络发生故障时可自动修复，MESH网络的自组网传输机制可使数据传输过程中的丢失率大为降低，系统可靠性和稳定性非常高。无线MESH网络安装布置难度低、部署灵活，不需要额外设置机房，只要设备通电就可自动组网，每一个路灯节点能同时接收和发送信号，能支持大规模的网络，在保证网络稳定的情况下，MESH网络能支持上百个路灯节点，以多跳中继组网为跳板扩大了MESH网络的覆盖范围，更多系统之外的路灯都能够组网进该路灯系统的MESH网络。大量路灯信息都能被获取，使得云端服务器对故障路灯以及故障类型能快速定位。MESH网络采用跳频技术降低了冲突的发生，大大降低报文的碰撞和重传。

本实施例中手持机作为路灯与网关之间的桥梁，用户可以很方便的将网关信息发送至路灯节点，克服了现有组网方案中传输距离不够、易受分布广泛的Wifi/蓝牙等干扰、数据不停传输无法休眠以及安装组网时间过长等问题。手持机快速组网的方案还可同时安装多个网络，大大提高了安装效率。

常见的蓝牙、WIFI通信所使用的频率是2.4GHZ，本实施例所采用的127MHz至1020MHz的频率不易受干扰，可以完全避开与现有频段的互扰问题，具有优秀的抗跟踪能力和抗干扰能力，此功能与数字滤波功能互为补充，相互利用，可对远端干扰进行有效的抑制，达到了对周围潜在的频率干扰进行检测和避免的效果，且用户可方便地通过手持机对网关设置不同频道，进一步避免了与相同频率的设备产生信号冲突。

本实施例的路灯系统通过客户端或终端平台远程设置路灯的工作模式，操作更加方便，用户体验更佳，具有节能化、人性化的特点；通过设置合理的醒来频率或醒来时间，每个路灯节点功耗非常低，大部分时间都处在监听状态，节省了电能，达到了系统低功耗的效果。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种路灯系统，其特征在于，

包括网关、手持机和多个路灯；

每一个路灯至少能识别到其它两个路灯的无线信号并与所识别到的路灯建立无线连接，部分路灯与所述网关建立无线连接，形成所述路灯系统的无线MESH网络；

所述手持机用于向所述路灯系统之外的路灯发送与所述网关相匹配的网络参数，使得该路灯与所述网关和/或所述路灯系统中某一路灯建立无线连接，识别所述网关，从而加入所述路灯系统的无线MESH网络。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述路灯系统之中以及之外的路灯包括路灯主控电路(11)和与其相连接的路灯控制电路(15)、路灯通讯模块(13)，还包括连接至所述路灯控制电路的灯具(16)；

所述路灯主控电路用于向所述路灯控制电路发送控制指令，所述路灯控制电路用于根据控制指令控制所述灯具的照明模式；所述路灯主控电路还用于接收所述路灯控制电路产生的与灯具照明相关的路灯状况信息，并通过所述路灯通讯模块发送至网关通讯模块；

所述网关包括网关主控电路(21)和与其相连接的网关电源单元、网关通讯模块(23)；

所述网关电源单元用于为所述网关主控电路提供电能。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述手持机包括手持机主控电路(31)和与其相连接的手持机通讯模块(33)、手持机红外模块(32)；

所述手持机通讯模块用于与所述网关通讯模块进行数据通讯；

所述网关还包括连接至所述网关主控电路的网关红外模块(22)，用于接收所述手持机红外模块发送的红外数据；

所述网关主控电路还用于控制所述网关通讯模块向所述手持机通讯模块发送与所述网关相匹配的网络参数信息，所述手持机主控电路保存该网络参数信息；

所述路灯系统之中以及之外的路灯还包括连接至所述路灯主控电路的路灯红外模块(12)；

所述手持机主控电路还用于控制所述手持机红外模块向所述路灯系统之外路灯的路灯红外模块发送红外光信号，该红外光信号包含与所述网关相匹配的网络参数信息；

所述路灯主控电路还用于解析该红外光信号所包含的网络参数信息，根据网络参数识别网关信息，控制所述路灯通讯模块与所述网关和/或所述路灯系统中某一路灯建立无线连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述手持机红外模块接收的与所述网关相匹配的网络参数包括网关ID、网关密码和/或网关通讯频道；

所述网关、所述路灯和所述手持机之间的通讯频率范围为127MHz至1020MHz；

所述手持机主控电路还用于设置广播频道信息并通过所述手持机通讯模块发送至所述网关通讯模块；所述网关主控电路还用于根据该广播频道信息控制所述网关通讯模块对外广播组网命令；

所述手持机还包括连接至所述手持机主控电路的显示屏(34)和操作单元，所述显示屏用于显示组网信息以及参与组网的路灯信息，所述操作单元用于供用户开启所述手持机主控电路的功能；

所述网关通讯模块、所述路灯通讯模块和所述手持机通讯模块采用射频模块。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述路灯还包括连接于所述路灯控制电路与所述路灯主控电路之间的路灯串口模块(14)；

所述路灯串口模块用于实现所述路灯控制电路与所述路灯主控电路之间的数据收发；

所述路灯系统还包括云端服务器，用于向所述网关通讯模块发送控制路灯照明模式的控制指令，所述网关主控电路控制所述网关通讯模块将控制指令发送至所述路灯通讯模块；

所述网关主控电路还用于控制所述网关通讯模块将路灯状况信息上传至所述云端服务器。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，

还包括客户端，用于设置路灯照明模式并产生控制指令发送至所述云端服务器，以及接收所述云端服务器发送的路灯状况信息；

所述路灯照明模式包括全部/部分灯具的开关、光照强度、光照时长、光照时段、光照色彩、是否闪烁和/或是否开启人体PIR感应；

所述路灯状况信息包括路灯工作信息：节点编号、灯具温度、PIR触发次数、节点ID、锂离子电池剩余电量、太阳能电池板电压、太阳能电池板当日发电量、太阳能电池板当日放电量、循环次数、固件版本和/或节点属性；还包括路灯故障信息：过温故障、过放故障、过充故障、开路故障、短路故障、太阳能电池板开路电压异常、太阳能电池板开路异常、太阳能电池板充电电流异常和/或太阳能电池板短路；

所述串口模块采用RS485串口模块。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述网关主控电路和/或所述路灯主控电路在一个低功耗周期内，按预设工作时间持续运行状态后，按预设休眠时间持续休眠状态；

所述云端服务器定时或按预设醒来频率向所述网关发送唤醒指令从而启动一个低功耗周期；

或者，所述网关定时或按预设醒来频率不断循环低功耗周期。

8.如权利要求2-7任一项所述的系统，其特征在于，

所述网关电源单元包括依次连接的太阳能电池板(241)、电池保护电路(242)和电源管理电路(243)，还包括连接至所述电池保护电路的锂离子电池(244)；

所述电源管理电路连接至所述网关主控电路；

所述太阳能电池板用于将光能转化为电能；

所述电源管理电路用于将来自所述太阳能电池板的电能的电流/电压/功率调整至符合供电要求；

所述锂离子电池用于存储来自所述太阳能电池板的电能；

所述电池保护电路用于阻止所述锂离子电池向所述太阳能电池板反向充电。

9.如权利要求2-7任一项所述的系统，其特征在于，

所述网关还包括GPRS模块(25)；

所述GPRS模块包括分别与所述网关主控路连接的GPS模块(251)和GSM模块(252)；

所述GPS模块用于对路灯进行定位；

所述GSM模块用于统一云端服务器、路灯和客户端的移动通讯标准。

10.如权利要求3或4所述的系统，其特征在于，

所述网关主控电路、所述路灯主控电路和所述手持机主控电路采用STM32F401RE6主控电路；

所述网关通讯模块、所述路灯通讯模块和所述手持机通讯模块采用RFM300H模块。

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