CN220108284U - 一种工厂灯光自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的工厂灯光自动控制系统，本实用新型将无线光传感器设置于工厂车间工作台上，所述控制模块分别与无线光传感器和PWM调光模块通信连接，所述控制模块用于获取所述无线光传感实时采集的工厂车间工作台上的光照强度并根据光照强度输出PWM调光信号，PWM调光模块响应于PWM调光信号进行PWM调光。实现了对车间工作台上实际的光照强度进行监测并根据车间工作台上的光照强度对车间灯光进行调光或开闭，并通过无线网络实现工厂车间灯光的统一管理的方案。

Description

一种工厂灯光自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及工厂灯光自动控制技术领域，具体涉及一种工厂灯光自动控制系统。

背景技术

随着经济的发展，工厂的车间越来越多，在车间中从事工作的工作人员也越来越多,灯光的应用越来越普及，灯光可以起到提示和照明的作用，一般工厂为了避免工作失误，都需要提供充足的光源，提升工作环境，为了更好的控制工厂的灯光，就需要使用灯光控制系统，现有技术中,当车间的灯源为固定设置,一旦安装,无法根据车间的实际光照强度改变光照强度,当白天由于天气环境光照较暗时,不能及时提供充足光照,需要人为打开灯光,不方便,且无法对灯光的强度进行调整,现有技术缺少对车间工作台上实际的光照强度进行监测并根据车间工作台上的光照强度对车间灯光进行调光或开闭，并通过无线网络实现工厂车间灯光的统一管理的方案。

因此，现有技术有待于进一步发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提供一种工厂灯光自动控制装置，以解决现有技术缺少对车间工作台上实际的光照强度进行监测并根据车间工作台上的光照强度对车间灯光进行调光或开闭，并通过无线网络实现工厂车间灯光的统一管理的技术问题。

为达到上述技术目的，本实用新型采取了以下技术方案：提供了一种工厂灯光自动控制系统，包括控制模块、光强检测单元和灯具单元，所述灯具单元包括PWM调光模块，所述光强检测单元为无线光传感器，所述无线光传感器设置于工厂车间工作台上，所述控制模块分别与无线光传感器和PWM调光模块通信连接，所述控制模块用于获取所述无线光传感实时采集的工厂车间工作台上的光照强度并根据光照强度输出PWM调光信号，PWM调光模块响应于PWM调光信号进行PWM调光。

具体地，所述无线光传感器设置为多个，分别设置在工厂内的每个车间的工作台上。

具体地，所述控制模块包括汇节点，所述无线光传感器与所述汇节点无线通信连接；

具体地,所述汇节点是多个。

具体地，所述无线光传感器包括Zigbee单元、硬件检测单元和处理器，所述硬件检测单元、处理器和Zigbee单元依次相连接；所述硬件检测单元检测无线光传感器受到的光信息，将光信息传送给Zigbee单元，所述Zigbee单元利用自身芯片对信息进行处理后，以无线的方式传送给汇节点。

具体地，所述汇节点包括Zi gbee单元、16位微控制器和数据传输单元；所述Zigbee单元和16位微控制器之间通过异步串行口连接；所述数据传输单元连接于16位微控制器。

具体地，所述控制模块还包括中心网络协调器，所述中心网络协调器通过无线方式和汇节点连接。

具体地,所述中心网络协调器包括监控单元、配置单元和数据管理单元，所述配置单元、监控单元和数据管理单元依次相连，所述监控单元通过通信串口与汇节点通信。

具体地，所述控制模块是分层结构，所述控制模块中一个汇节点分别和多个无线光传感器连接。

具体地，所述无线光传感器与控制模块的通信方式是以太网、GPRS或者PSTNmodem拨号。

1、本实用新型提供的工厂灯光自动控制系统，通过设置包括控制模块、光强检测单元和灯具单元，所述灯具单元包括PWM调光模块，所述光强检测单元为无线光传感器，所述无线光传感器设置于工厂车间工作台上，所述控制模块分别与无线光传感器和PWM调光模块通信连接，所述控制模块用于获取所述无线光传感实时采集的工厂车间工作台上的光照强度并根据光照强度输出相应的PWM调光信号，PWM调光模块响应于PWM调光信号进行PWM调光。解决了现有技术中,当车间的灯源为固定设置,一旦安装,无法根据车间的实际光照强度改变光照强度,当白天由于天气环境光照较暗时,不能及时提供充足光照,需要人为打开灯光,不方便,且无法对灯光的强度进行调整的技术问题,实现了对车间工作台上实际的光照强度进行监测并根据车间工作台上的光照强度对车间灯光进行调光或开闭，并通过无线网络实现工厂车间灯光的统一管理的方案。大大提高了本实用新型的实用性和可用性。

2、本实用新型通过设置多个汇节点，并将无线光传感器与所述汇节点无线通信连接，将控制模块设置为分层结构，控制模块中一个汇节点分别和多个无线光传感器连接，一个工厂灯光自动控制系统可监控若干个工厂车间里的无线光传感器，从而组成一个庞大的工厂车间光监测无线计算机自动监控网络。根据设计的zigbee无线光传感器监测平台，对各种位置下的工厂车间的光参数进行连续采集，并在监控中心服务器上实时显示。

3、本实用新型利用了计算机、数据库等技术，实现一个集数据解析，数据管理、数据综合展示为一体的多功能、高度集成、面向工厂车间光监测的数据服务系统，同时系统还具有强大的历史数据存储、查询功能，为用户提供了全面可靠的数据服务。

附图说明

图1是本实用新型实施例采用的无线传感器网络的结构示意图；

图2是本实用新型实施例采用的无线传感器节点的结构示意图；

图3是本实用新型实施例采用的汇节点示意图；

图4是本实用新型实施例采用的中心网络协调器的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的工厂灯光自动控制系统的方框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为了有效解决上述问题，本实用新型提供了一种工厂灯光自动控制系统，下面进行具体阐述。

根据本实用新型实施例，提供了一种工厂灯光自动控制系统，请参阅图1至图5，包括：

包括控制模块、光强检测单元和灯具单元，所述灯具单元包括PWM调光模块300，所述光强检测单元为无线光传感器100，所述无线光传感器设置于工厂车间工作台上，所述控制模块200分别与无线光传感器100和PWM调光模块300通信连接，所述控制模块200用于获取所述无线光传感100实时采集的工厂车间工作台上的光照强度并根据光照强度输出PWM调光信号，PWM调光模块300响应于PWM调光信号进行PWM调光。所述无线光传感器100与控制模块200通信连接，用于实时检测工厂车间工作台表面所受到的光强并发送至控制模块200，对车间工作台上实际的光照强度进行监测并根据车间工作台上的光照强度对车间灯光进行调光或开闭，解决了缺少对车间工作台上实际的光照强度进行监测并根据车间工作台上的光照强度对车间灯光进行调光或开闭，并通过无线网络实现工厂车间灯光的统一管理的技术问题。

具体地，所述无线光传感器100设置为多个，分别设置在工厂内的每个车间的工作台上。用于对每个车间的工作台上的实际光照强度进行监测，使光照传感器距离在工作台上的工作人员更近，使本实用新型对于工作人员工作时所能感受到的光照强度进行更为准确的监测，从而实现更为准确的灯光调整，对为工作人员提供更充足的灯光，进一步提高了本实用新型的实用性和可用性。

具体地，所述控制模块200包括汇节点，所述无线光传感器100与所述汇节点无线通信连接；

具体地，所述汇节点是多个。

具体地，所述无线光传感器100包括Zigbee单元、硬件检测单元和处理器，所述硬件检测单元、处理器和Zigbee单元依次相连接；所述硬件检测单元检测无线光传感器100受到的光信息，将光信息传送给Zigbee单元，所述Zigbee单元利用自身芯片对信息进行处理后，以无线的方式传送给汇节点。

具体地，所述汇节点包括Zi gbee单元、16位微控制器和数据传输单元；所述Zigbee单元和16位微控制器之间通过异步串行口连接；所述数据传输单元连接于16位微控制器。

具体地，所述控制模块200还包括中心网络协调器，所述中心网络协调器通过无线方式和汇节点连接。

具体地，所述中心网络协调器包括监控单元、配置单元和数据管理单元，所述配置单元、监控单元和数据管理单元依次相连，所述监控单元通过通信串口与汇节点通信。

具体地，所述无线光传感器100与控制模块200的通信方式是以太网、GPRS或者PSTN modem拨号。连接方式多样，进一步提高了本实用新型的实用性。

本实用新型采用无线传感器网络进行通信，所述无线传感器网络包括Zi gbee中心网络协调器1、汇节点2、Zigbee无线传感器节点3；汇节点2是多个具有路由功能的无线节点；无线网桥连接Zigbee无线网络与以太网，是检测中心网络的核心部分，负责无线传感器网络节点和设备节点的管理。本实用新型是基于每个传感器节点3和汇节点2之间通信量较小的特点，提出了一种基于需求时唤醒的星型网络拓扑模式，需求时唤醒的基本思想就是传感器节点3在监测的工厂车间所受到的光照强度发生变化时，传感器节点3能自动醒来和汇节点进行通信，并上报相关信息：否则工作于睡眠状态并采用低功率监测信道，以节约传感器节点3功耗并拒绝接受非法的连接访问请求，大大降低了接入汇节点2时消息碰撞的概率，极大地增加了传感器网络容量。

对于一个完整的无线传感器节点3，需要具有小尺寸、低功耗、适应性强的特点，Zigbee设备为低功耗设备，其发射输出0～3.6dbm，通信距离为50-100m，具有能量检测和链路质量指示，根据这些检测结果，可自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量，本实用新型提出的无线传感器网络的节点在睡眠状态时，功耗电流约为30uA。在传感器网络数据通信时，Zigbee建立一次连接的时间约为20ms，这样短的连接时间可以大大减少传感器节点上报给汇节点数据碰撞的概率。在网络安全方面，本实用新型提出的无线传感器网络在Zigbee技术上，采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。

请继续参阅图1至图5，本实用新型采用的的无线传感器网络的无线传感器节点3的硬件结构由Zi gbee单元33(MC13192和MC9S08两部分所组成)、硬件检测单元31和处理器32组成。硬件检测单元31、处理器32和Zigbee单元33依次相连接；Zigbee单元33利用自身的控制芯片对信息进行处理后，以无线的方式传送给汇节点2。硬件检测单元31检测传感器节点3检测到的光照强度,当光照强度发生变化时，触发Zi gbee单元33的I/O中断将信息传送给Zigbee单元33，单元从睡眠状态唤醒，单元利用自身的控制芯片对信息进行处理后，再以无线的方式传送给汇节点2。

请继续参阅图1至图5，分布在传感器网络中的汇节点2主要用于接收传感器节点3的数据上报，并将其进行融合处理，传给数据传输单元21，通过i nternet网络传递给中心网络协调器，Zigbee无线传感器网络中的汇节点2的硬件由Zigbee单元33、16位微控制器22、数据传输单元21等组成。Zigbee单元33和16位微控制器22之间的连接是通过异步串行口实现的，它们之间的通信速度为38.4kBaud，由于传感器网络中分布着多个汇节点2，因此16位微控制器22要利用软件中断实现对不同ID汇节点2上传数据轮询扫描，使汇节点2的数据可以有序、完整地通过微控制器处理后传出。数据传输单元21是符合IEEE802.15.4/Zigbee的无线通信单元，此单元用于数据的无线传输和通信。汇节点2在此传感器网络中充当的是传感器节点和internet网络之间的网关。

请继续参阅图1至图5，中心网络协调器由监控单元42、配置单元41、数据管理单元43这三个部分组成。它通过internet网络与多个汇节点2间接连接在一起，监控单元42通过对通信串口的实时监控，实现对分布式汇节点2上报信息的及时接收、解析、处理以及发送控制信令给不同的汇节点2实现对传感器节点3的间接、实时性的监控和数据采集。

本实用新型采用的无线传感器网络系统软件结构如下所述：Zigbee协议栈由一系列分层结构组成，每一层为上一层提供服务。数据实体提供数据传输服务，管理实体提供其它功能服务。每种服务实体通过服务接入点(SAP)为上层提供接口。PHY层和MAC层由IEEE802.15.4标准组制定。物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口。提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线信道上收发数据。物理管理层维护一个由物理层相关数据组成的数据库。Zigbee协议基于802.15.4标准提供了网络层和应用支持层及应用层框架。Zigbee网络层提供加入和离开网络机制、对数据进行加密以及帧路由等功能。路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，主要完成两个功能：①寻找源节点和目的节点间的优化路径；②将数据分组沿着优化路径转发。为了能够高效利用能量，减少通信量，Zigbee网络允许树形路由选择，即树形结构选址。有了树形路由选择，设备不必保存占有庞大内存的路由表或者进行额外的空中下载操作来发现路径，从而减小了网络流量。为避免错误信息超过一定长度的过渡路由而产生额外的流量，Zigbee路由允许路由器去发现捷径。路由算法采用AODV(Ad Hoe On demand distance veaor)算法。每个路由器维护一张路由表，并定期与其邻居路由器交换路由信息，根据最小路由矢量更新自己的路由表。应用层框架定义监护网络节点协议。无线网关连接内部无线网络与外部有线以太网，网关采用16位微处理器系列实现。在Zigbee协议帧的基础上，建立无线网关的通信协议，包括设备编号、数据流方向、数据信息等。开机上电后系统自检，硬件初始化，与远程监护服务器连接后进入数据流中继服务，实现数据协议的转换等功能。远程服务器接受连接后，随时接收传输的数据。并根据需要分类保存到数据库服务器。

本实用新型提出的工厂灯光自动控制系统，该系统是基于Zigbee协议，由大量的无线传感器节点3、汇节点2和数据传输单元21组成的分层式系统。基于簇(Cluster)的分层结构具有天然的分布式处理能力，簇头就是分布式处理中心即本实用新型无线传感器网络的一个汇节点2，每个簇成员(传感器节点3)都把数据传给簇头，数据融合后直接传给数据传输单元21。汇节点2和传感器节点3之间通过Zigbee技术实现无线的信息交换，带有射频收发器的无线传感器节点3负责对数据的感知和处理并传送给汇节点2；控制模块通过internet网络获取采集到的相关信息，实现对现场的有效控制和管理。

工厂灯光自动控制系统的实现方式：

1、无线光传感器100：无线光传感器100主要负责采集工厂车间的工作台上所受到的光强数据，并按照一定时间设定通过各种通讯方式上传到控制中心站服务器。同时可以接受控制中心站服务器的控制。在和中心服务器的通讯方式上采用以太网作为主通讯通道，采用GPRS或者PSTNmodem拨号作为备用通信通道，一旦主通讯通道发生故障不能上传数据时控制器可以通过拨号方式采用备用通讯通道上传数据，这样就可以保证数据能够及时准确地上传。在同参数采集设备的通讯上，Flex3500有5个RS232串口和2个RS485串口，并且有多路模拟量和数字量的I/O，用户可以灵活的配置采集设备的通讯来完成光信息的采集。

2、控制模块200：控制模块200为配置较高的PC服务器，安装了本实用新型所提出的无线传感器网络和光监测数据处理软件，负责上传数据的存储和分析，并设置了相应的服务，其它联网的客户机可以浏览监控各无线光传感器100的监测数据和工作状态。控制模块200的软件系统可以采用组态网或者其它组态软件开发。

本实用新型在Zigbee无线传感器网络的基础上，提出了基于Zigbee协议的传感器安全保障系统，并在无线网络平台上进行了光参数检测收集和分析测试。实验验证了通过该系统进行远程无线光监测的可行性。本实用新型提出的工厂灯光自动控制系统包含控制模块200、无线光传感器100两大部分。中心站系统由前端计算机、应用软件组成并与N台计算机组成局域网。前端计算机通过可接收来自无线光传感器100的数据，无线光传感器100与控制模块200通信，在本系统中，一个控制模块200可监控若干个工厂车间的工作台上所受到的光强情况，并控制若干个工厂车间的灯光的启停或通过PWM调光模块300调整灯光的光照强度，为工厂始终提高充足的光照，当由于外界环境光照降低时，自动调整工厂灯光强度，从而始终为工厂的车间提供充足的光照，提高作业质量，从而组成一个庞大的工厂车间光计算机自动监控网络。根据设计的zigbee无线工厂车间监测网络平台，对各种偏远环境下的光参数进行连续采集，并在监控中心服务器上实时显示。Zigbee网络是低功耗、低成本、高可靠性的无线传感器网络，其在无线远程环境检测中有着广阔的应用前景。

具体地，所述控制模块200是分层结构，所述控制模块200中一个汇节点分别和多个无线光传感器100通信连接。本实用新型通过设置多个汇节点，并将无线光传感器100与所述汇节点无线通信连接，将控制模块200设置为分层结构，控制模块200中一个汇节点分别和多个无线光传感器100通信连接，一个工厂灯光自动控制系统可监控若干个工厂车间上的无线光传感器100，从而组成一个庞大的工厂车间光监测无线计算机自动监控网络。根据设计的zigbee无线光传感器监测平台，对各种位置下的的工厂车间的光参数进行连续采集，并在监控中心服务器上实时显示。

具体地，所述无线光传感器100与控制模块200的通信方式是以太网、GPRS或者PSTN modem拨号。连接方式多样，很大程度上提高了本实用新型的可用性和应用场景，本实用新型利用了计算机、数据库等技术，实现一个集数据解析，数据管理、数据综合展示为一体的多功能、高度集成、面向工厂车间光监测的数据服务系统，同时系统还具有强大的历史数据存储、查询功能，为用户提供了全面可靠的数据服务。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种工厂灯光自动控制系统，其特征在于，包括控制模块、光强检测单元和灯具单元，所述灯具单元包括PWM调光模块，所述光强检测单元为无线光传感器，所述无线光传感器设置于工厂车间工作台上，所述控制模块分别与无线光传感器和PWM调光模块通信连接，所述控制模块用于获取所述无线光传感实时采集的工厂车间工作台上的光照强度并根据光照强度输出PWM调光信号，PWM调光模块响应于PWM调光信号进行PWM调光；

所述无线光传感器设置为多个，分别设置在工厂内的每个车间的工作台上；

所述无线光传感器包括Zigbee单元、硬件检测单元和处理器，所述硬件检测单元、处理器和Zigbee单元依次相连接；所述硬件检测单元检测无线光传感器受到的光强信息，将光强信息传送给Zigbee单元，所述Zigbee单元利用自身芯片对信息进行处理后，以无线的方式传送给汇节点；

所述控制模块是分层结构，所述控制模块中一个汇节点分别和多个无线光传感器连接；

所述系统采用无线传感器网络进行通信，所述无线传感器网络包括Zigbee中心网络协调器、汇节点、Zigbee无线传感器节点；汇节点是多个具有路由功能的无线节点，所述系统采用基于需求时唤醒的星型网络拓扑模式；Zigbee无线传感器节点在监测的工厂车间所受到的光照强度发生变化时，传感器节点能自动醒来和汇节点进行通信，并上报相关信息：否则工作于睡眠状态并采用低功率监测信道；

所述无线传感器网络在Zigbee技术上，采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。

2.根据权利要求1所述的工厂灯光自动控制系统，其特征在于，所述控制模块包括汇节点，所述无线光传感器与所述汇节点无线通信连接。

3.根据权利要求2所述的工厂灯光自动控制系统，其特征在于，所述汇节点为多个。

4.根据权利要求1所述的工厂灯光自动控制系统，其特征在于，所述汇节点包括Zigbee单元、16位微控制器和数据传输单元；所述Zigbee单元和16位微控制器之间通过异步串行口连接；所述数据传输单元连接于16位微控制器。

5.根据权利要求4所述的工厂灯光自动控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括中心网络协调器，所述中心网络协调器通过无线方式和汇节点连接。

6.根据权利要求5所述的工厂灯光自动控制系统，其特征在于，所述中心网络协调器包括监控单元、配置单元和数据管理单元，所述配置单元、监控单元和数据管理单元依次相连，所述监控单元通过通信串口与汇节点通信。

7.根据权利要求1所述的工厂灯光自动控制系统，其特征在于，所述无线光传感器与控制模块的通信方式是以太网、GPRS或者PSTN modem拨号。