CN212013105U - 一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统，该系统包括路灯远程控制模块和路灯本地控制模块。其中，路灯远程控制模块用于远程监控路灯；路灯本地控制模块与所述路灯远程控制模块通信连接；所述路灯本地控制模块接收来自所述路灯远程控制模块的灯控指令，来调节路灯的开关状态；所述路灯本地控制模块还采集行人信息，来本地智能化调节路灯的亮度状态。该智能路灯控制系统克服了目前校园路灯管理在节能降耗与安全管理方面的相互矛盾，提出一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统，实现校园路灯开关状态与亮度状态的灵活调节，既满足行人照明需求，又能够节约能源，有效保障学校的正常教学和学习生活秩序。

Description

一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能路灯控制系统，特别是涉及一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统。

背景技术

随着物联网与智慧城市的深入推进，智慧校园正成为智慧城市建设的重要场景。智慧校园实现了学校分散信息化资源的整合，具有高度感知能力、服务能力和协同能力，为学校的科研教学、校园管理和公众服务提供了有力的支撑。而校园照明作为智慧校园建设的重要一环，与教学环境、校园生活、师生的身心健康息息相关。当前的校园照明存在的主要问题是节能与校园安全之间存在矛盾。由于学生夜间上课时间较为统一，大量校园区域在上课时间并没有照明需求，而只是在下课或放学期间有短时需求，但有时会有零星人员路过需要道路照明等情况。针对上述情况，有些学校管理部门为保障安全，采取“全夜灯”的照明模式，即保持校园路灯通宵达旦地亮着，造成了能源的浪费；有些学校管理部门为达成节能目标，简单粗暴地把一些校园路灯早早关闭，甚至于使有些行人较少的路段的路灯长期处于断开状态，为校园正常秩序埋下安全隐患。因此，如何实现校园路灯节能与校园安全的兼顾，有效实现校园路灯精细化管理成为当下智慧校园发展建设中亟待解决的问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型提供一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其包括：路灯远程控制模块，用于远程监控路灯；路灯本地控制模块，与所述路灯远程控制模块通信连接；其中，所述路灯本地控制模块接收来自所述路灯远程控制模块的灯控指令，来调节路灯的开关状态；所述路灯本地控制模块还采集行人信息，来本地智能化调节路灯的亮度状态。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述路灯本地控制模块包括：通信模块，用于接收所述灯控指令；路灯驱动模块，连接所述通信模块以接收所述灯控指令，用于调节路灯的开关状态。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述路灯本地控制模块包括：行人检测模块，连接所述路灯驱动模块，用于检测行人信息；所述路灯驱动模块接收所述行人信息，用于本地智能化调节路灯的亮度状态。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述路灯远程控制模块能够控制行人检测模块的工作状态；所述工作状态包括启动状态和关闭状态。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述路灯驱动模块包括边缘智能控制器；所述边缘智能控制器包括微控制器、存储器和AI加速器。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述行人检测模块包括红外探测器、摄像头和激光雷达。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述通信模块包括3G/4G/5G通信模块、NB-IoT通信模块、LoRa通信模块、Zigbee通信模块、Z-wave通信模块、Wifi通信模块、蓝牙通信模块中的任意一种或多种的组合。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述路灯的亮度状态包括低亮照明状态、正常照明状态和高亮照明状态。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述路灯的亮度状态的调节方式包括脉宽调制方式。

如上所述，本实用新型涉及的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，具有以下有益效果：克服目前校园路灯管理在节能降耗与安全管理方面的相互矛盾，提出一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统，实现校园路灯开关状态与亮度状态的灵活调节，既满足行人照明需求，又能够节约能源，有效保障学校的正常教学、学习和生活秩序。

附图说明

图1显示为本实用新型一实施例中应用场景示意图。

图2显示为本实用新型一实施例中适用于智慧校园的智能路灯控制系统结构示意图。

图3显示为本实用新型一实施例中路灯工作状态示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

实施例一

如图1所示为本实用新型的一个应用场景，其中包括远程控制中心11、通信网络12、路灯监控终端设备13和路灯14。

远程控制中心11利用无线或电信号对远程设备进行操作，将控制指令传送给远程设备，同时将被控端的信息通过通信线路回传过来。远程控制中心11包括计算机和移动设备，移动设备也被称为行动装置、流动装置、手持装置等，是一种口袋大小的计算设备，通常有一个小的显示屏幕，触控输入，或是小型的键盘，通过它可以随时随地访问获得所需信息。现有的移动设备主要包括智能手机、平板电脑、可穿戴电子设备等。远程控制中心11对路灯14的状态进行监控，用于采集路灯的经纬度、环境特征、日照规律、季节变化、人流规律等信息，并控制路灯的开关及亮度状态。

通信网络12用于实现远程控制中心11和路灯监控终端设备13的通信连接。通信网络12包括：3G/4G/5G通信模块、NB-IoT通信模块、LoRa通信模块、Zigbee通信模块、Z-wave通信模块、Wifi通信模块、蓝牙通信模块等。通信网络12将场景中各个孤立的设备进行必要的物理连接，实现人与人，人与计算机，计算机与计算机之间进行信息交换的链路，达到资源共享和通信的目的。

路灯监控终端设备13用于监测和控制路灯的工作状态，通过通信网络12实现与远程控制中心11的信息交换。路灯监控终端设备13内置于路灯14，优选设置在方便利用通信设施与远程控制中心11连接工作的位置。

本实施例中的路灯14可选用高杆灯、中杆灯、道路灯、庭院灯、草坪灯或者地埋灯等；也可选用热镀锌铁质路灯、热镀锌钢质路灯或者不锈钢路灯等；还可选用钠灯路灯、LED路灯、节能路灯或者新型索明氙气路灯等；或可选用中华灯、仿古灯、景观灯、单臂路灯、双臂路灯；或可选用市电路灯、太阳能路灯、风光互补路灯等，本实施例不作限定。

实施例二

如图2所示，展示了本实用新型一实施例中的适用于智慧校园的智能路灯控制系统结构示意图。本实施例的智能路灯控制系统包括路灯远程控制模块21和路灯本地控制模块22，其中，路灯本地控制模块22包括：通信模块221、路灯驱动模块222和行人检测模块223。

路灯远程控制模块21用于远程监控路灯。具体的，路灯远程控制模块21用于设定校园路灯的开关时间，例如按照当地的日照规律设定，或也可根据地理位置的经纬度、环境特征、季节变化、人流规律等因素来设定(可人为设定)，本实施例不作限定。

路灯本地控制模块22与所述路灯远程控制模块21通信连接，接收来自所述路灯远程控制模块21的灯控指令，来调节路灯的开关状态。具体的，路灯本地控制模块22中的通信模块221接收所述灯控指令；路灯本地控制模块22中的路灯驱动模块222连接所述通信模块221以接收所述灯控指令，用于输出驱动电流或驱动电压，来调节路灯的开关状态。路灯驱动模块可选用TTL电路、CMOS电路或BiCMOS电路实现对路灯开关状态的调节，优选的芯片型号有MAX16818芯片、LM3401芯片和SB42511芯片。

路灯本地控制模块22还采集行人信息，来调节路灯的亮度状态。具体的，路灯本地控制模块22中的路灯驱动模块222接收行人检测模块223检测到的行人信息来调节路灯的亮度状态。

本实施例较佳的实施方式中，所述路灯远程控制模块21能够控制行人检测模块223的工作状态，即行人检测模块223的启动和关闭。具体的，路灯本地控制模块22中的通信模块221接收控制指令；路灯本地控制模块22中的路灯驱动模块222连接所述通信模块221以接收所述控制指令，用于控制行人检测模块223的启动和关闭。当路灯不工作时，行人检测模块223也保持关闭，不仅可以达到节能的目的，还可以延长设备的使用寿命和降低设备故障概率。

本实施例中，当夜晚时间即设定的校园路灯开启时间来临(例如晚间18:00，可人为设定)，路灯远程控制模块21通过通信模块221把灯控指令传送至路灯驱动模块222，路灯驱动模块222控制路灯由白天的关闭状态到低亮照明状态，同时开启行人检测模块223；当白昼时间即设定的校园路灯关闭时间来临(例如早晨06:00，可人为设定)，路灯远程控制模块21通过通信模块221把灯控指令传送至路灯驱动模块222，路灯驱动模块222控制路灯由夜晚的低亮照明状态调节为关闭状态，同时关闭行人检测模块223。

本实施例较佳的实施方式中，所述行人检测模块223包括红外探测器。已知，所有高于绝对零度即-273摄氏度的物质都可以产生红外线。根据红外线的光电效应和热效应可将红外探测器分为光子探测器和热探测器。所述热探测器利用目标辐射的红外线的显著热效应，采用热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。优选的，本实施例中采用热红外人体感应器，利用通常情况下行人要比道路、树木等背景对象辐射出更多的热量的原理获得人体红外图像。路灯驱动模块222的信号输入端与所述红外探测器的信号输出端相连，从而接收人体红外图像信号，产生相应的驱动指令；路灯的信号输入端与路灯驱动模块222的信号输出端相连，从而接收路灯驱动模块222的驱动指令，进而改变路灯的亮度状态。其中，人体红外图像信号的处理芯片优选JL7603B芯片。

可选的，所述行人检测模块223包括摄像头。优选的，本实施例选取CCD或者CMOS摄像头。其中，CCD摄像头的工作原理是将景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，其中，图像传感器为电荷耦合器件CCD。CCD摄像头具有成像效果好、镜头颜色还原好和分辨率高等优点。CMOS摄像头是一种采用CMOS图像传感器的摄像头，具有结构简单、生产成本低和功耗较低的优点。具体的，摄像头实时采集校园道路的行人信息，并转化为视频图像信号；路灯驱动模块222的信号输入端与所述摄像头的信号输出端相连，从而接收路面的视频图像信号即行人信息，产生相应的驱动指令；路灯的信号输入端与路灯驱动模块222的信号输出端相连，从而接收路灯驱动模块222的驱动指令，进而改变路灯的亮度状态。优选TMS320DM642芯片作为CCD摄像头的的视频图像信号的处理芯片，FH8510ISP芯片作为CMOS摄像头的视频图像信号的处理芯片。

可选的，所述行人检测模块223包括激光雷达。激光雷达是用激光器作为发射光源，采用光电探测技术的主动遥感设备。本实施例可采用激光雷达传感器扫描和检测空间覆盖范围内的行人信息，将扫描形成的激光点云数据传递给路灯驱动模块，路灯驱动模块根据接收的数据生成相应的驱动指令，以调节路灯亮度状态。

本实施例较佳的实施方式中，所述路灯驱动模块包括边缘智能控制器；所述边缘智能控制器包括微控制器、存储器和AI加速器。其中，微控制器主要包含运算器ALU、控制器和寄存器，微控制器通过内部总线把ALU、寄存器和控制器互连，并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口电路连接。外部总线又称为系统总线，分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB，通过输入输出接口电路与各种外围设备连接。所述存储器用来存储程序和各种数据信息。所述AI加速器可高速和低功率地实现信息的智能处理。其中，AI加速器的常用芯片类型包括GPU(图像处理单元)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit特定用途集成电路)和FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)。GPU常用于图像计算，且能够进行并行计算。ASIC可以根据产品的需求进行特定设计和制造，从而实现特定功能的强化，且具有更高的处理速度和更低的能耗。FPGA是一种半定制的硬件，可通过编程定义其中的单元配置和链接架构进行计算，具有足够的计算能力、较低的试错成本和足够的灵活性，并且可以非常迅速和有效地执行大数据的处理。

本实施例较佳的实施方式中，所述通信模块包括3G/4G/5G通信模块、NB-IoT通信模块、LoRa通信模块、Zigbee通信模块、Z-wave通信模块、Wifi通信模块、蓝牙通信模块中的任意一种或多种的组合。其中，3G/4G/5G移动通信是进行无线通信的现代化技术，可以分为低频、中频、高频、甚高频和特高频几个频段，在这几个频段之中，技术人员可以利用移动台技术、基站技术、移动交换技术，对移动通信网络内的终端设备进行连接，满足人们的移动通信需求。NB-IoT是万物互联网络的一个重要分支，构建于蜂窝网络，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。LoRa的物理层(PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术，允许多个无线电设备使用相同的频段。Zigbee是物联网的理想选择之一，可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达216个节点，主要优势是有预先开发好的软件应用配置文件供具体应用(包括物联网)使用。Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。蓝牙是一种无线传输技术，理论上能够在最远100米左右的设备之间进行短距离连线，能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。具体的，鉴于校园无线网络的普及和高覆盖率，本实施例采用WiFi通信模块实现路灯远程控制模块21和路灯本地控制模块22的信息传送。

本实施例较佳的实施方式中，所述路灯远程控制模块21的监控方式包括保持型的远程监控方式和完成型的远程监控方式。其中，所述保持型的远程监控方式是指路灯远程控制模块21仅仅向路灯本地控制模块22发出控制命令，而由路灯本地控制模块22自主的完成这个命令，路灯远程控制模块21只对其进行监视，在必要时进行干预。所述完成型的远程监控方式是指路灯远程控制模块21仅仅向路灯本地控制模块22发出控制命令，而由路灯本地控制模块22自主的完成这个命令，路灯远程控制模块21不对具体实现过程进行监控，路灯本地控制模块22完成任务后向路灯远程控制模块21报告。

本实施例较佳的实施方式中，本实施例还包括显示模块和电源模块。其中，显示模块优选设置于方便监控管理人员获取信息的场所，用于显示路灯开关时段、路灯开关和亮度状态等有效信息；还可以优选设置于人流量较大的位置，用于向检测到的行人展示重要校园资讯，例如根据检测到的人流量推荐食堂或自习楼等。电源模块为本实施例系统的其它各个模块提供电源。

本实施例较佳的实施方式中，路灯的工作状态示意图如图3所示。工作状态包括关闭状态301和亮度状态，其中所述路灯的亮度状态包括低亮照明状态302、正常照明状态303和高亮照明状态304。具体的，夜晚路灯工作过程中，当道路上没有行人经过时，行人检测模块223将检测到的信息传递到路灯驱动模块222，路灯驱动模块222把路灯调节为低亮照明状态；当道路上仅有少量行人经过时，行人检测模块223将检测到的信息传递到路灯驱动模块222，路灯驱动模块222把路灯调节为正常照明状态；当道路上有大量行人经过时，行人检测模块223将检测到的信息传递到路灯驱动模块222，路灯驱动模块222把路灯调节为高亮照明状态。本实施例以LED灯为例。LED灯由于功耗低、寿命长、稳定性好、开关响应时间短等优势，正全面替代传统的钠灯、荧光灯等，成为校园基础设施新建或改造的重要内容。具体的，LED路灯的亮度状态的调节方式包括脉宽调制方式。在脉宽调制方式中，通过LED的电流以很高的频率通断，通常是每秒几千次，通过LED的电流就等于LED开关周期内的电流平均值，用减少LED的通电时间可以降低平均电流或者有效电流，进而降低LED的亮度。PWM波的产生可通过路灯驱动模块中的微控制器来简单编程实现，可灵活控制。

需说明的是，本实用新型提供的是一种硬件系统，其包括路灯远程控制模块和路灯本地控制模块，上述两个模块均由硬件模块或部件实现。本实用新型提供的所述硬件系统可以单独使用，也可以和现有的程序或软件结合使用，但本实用新型本身并不涉及任何软件技术的更新。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，包括：

路灯远程控制模块，用于远程监控路灯；

路灯本地控制模块，与所述路灯远程控制模块通信连接；

其中，所述路灯本地控制模块接收来自所述路灯远程控制模块的灯控指令，来调节路灯的开关状态；所述路灯本地控制模块还采集行人信息，来本地智能化调节路灯的亮度状态。

2.根据权利要求1所述的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，所述路灯本地控制模块包括：

通信模块，用于接收所述灯控指令；

路灯驱动模块，连接所述通信模块以接收所述灯控指令，用于调节路灯的开关状态。

3.根据权利要求2所述的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，所述路灯本地控制模块包括：

行人检测模块，连接所述路灯驱动模块，用于检测行人信息；

所述路灯驱动模块接收所述行人信息，用于本地智能化调节路灯的亮度状态。

4.根据权利要求3所述的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，所述路灯远程控制模块能够控制行人检测模块的工作状态；所述工作状态包括启动状态和关闭状态。

5.根据权利要求2所述的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，所述路灯驱动模块包括边缘智能控制器；所述边缘智能控制器包括微控制器、存储器和AI加速器。

6.根据权利要求3所述的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，所述行人检测模块包括红外探测器、摄像头和激光雷达。

7.根据权利要求2所述的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，所述通信模块包括3G/4G/5G通信模块、NB-IoT通信模块、LoRa通信模块、Zigbee通信模块、Z-wave通信模块、Wifi通信模块、蓝牙通信模块中的任意一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，所述路灯的亮度状态包括低亮照明状态、正常照明状态和高亮照明状态。

9.根据权利要求1所述的适用于智慧校园的智能路灯控制系统，其特征在于，所述路灯的亮度状态的调节方式包括脉宽调制方式。

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