WO2014111752A1 - Fotocelda inteligente para gestion remota y control en sistemas de iluminación publica - Google Patents

Fotocelda inteligente para gestion remota y control en sistemas de iluminación publica Download PDF

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WO2014111752A1
WO2014111752A1 PCT/IB2013/050374 IB2013050374W WO2014111752A1 WO 2014111752 A1 WO2014111752 A1 WO 2014111752A1 IB 2013050374 W IB2013050374 W IB 2013050374W WO 2014111752 A1 WO2014111752 A1 WO 2014111752A1
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luminaire
photocell
housing
allows
control
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PCT/IB2013/050374
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Gabriel Jaime MONTOYA CORREA
Oscar Dario MONTOYA MONTOYA
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Telemetria Industrial Telemetrik S.A.S.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the present invention relates to a system that allows the remote management and control of street lighting luminaires
  • the system consists of a high-precision energy meter that allows to have a report of the main electrical variables and energy consumption (kW -h) of each of the luminaires.
  • the system is made up of a device which has the function of being a hub, where the other devices connect to said hub wirelessly using radio frequency, and in turn the hub sends the information or data collected to the center of command or main platform through an internet communication, using a GPRS modem for this.
  • the system of the present invention has an infrared communication module that operates under the IrDA protocol and a non-volatile memory that allows data to be stored, for as long as there is no GPRS or wireless connection.
  • the system also has a plurality of sensors to control the luminaire at all times, within which a level of ambient brightness, noise level, amount of carbon dioxide C02, and temperature.
  • the device acts on the luminaire by turning it on or off, as well as allowing a dimerization of energy, which is associated with a decrease in the amount of luxes emitted by the luminaire.
  • dimerization with smart photocells is possible only in LED street lighting and high pressure Sodium lamps with ballast or intelligent driver.
  • the public lighting is carried out by means of a series of luminaires with standard bulb system, which have very good lighting but their costs are high due to the high consumption of electrical energy.
  • the luminaries that are currently used have a local control based on a photocell, responsible for turning the lamp on or off according to the state of the day (Night or Sunlight).
  • the status of the luminaires is not known in real time.
  • the actual billing of the luminaires is not known, but through gauging.
  • the operating hours of the luminaires are not known.
  • JP 2005056807 refers to a luminaire that can be easily moved or relocated by having a base platform that also serves as a bench, to carry out any type of installation work, reducing in this way the labor costs by reducing the construction period, providing pedestrians with a place to rest, unlike conventional luminaires that require a large number of hours of labor and electrical work to trace a foundation platform below the earth, not to mention the problems when they require moving or moving.
  • this luminaire comprises a solar battery, a storage battery, a plurality of LED light tools, a pole, a base platform and so on, where the pole equipped with the above devices has a triangular, crossed or similar shape. that does not allow its fall to the ground, allowing the pole to be installed as a right support even if the ground is damaged by means of an adjustment tool, with which the base platform also serves as a bench for pedestrians.
  • the luminaire makes its relocation or movement possible, and it can be adjusted on the ground by means of an anchoring system or similar in order to ensure its fixation.
  • the luminaire described in this Japanese patent application presents a series of disadvantages, including the fact that it is not part of an integrated lighting system where the devices communicate with each other and with a command center main fact which raises maintenance and repair costs because it requires personnel who constantly travel to make such a review.
  • document CN 101225936 discloses a street lamp or solar energy-saving luminaire that belongs to the technical field of public facilities, which comprises a base, a support, a light, a storage battery, a solar device and a automatic tracking control, where the light is connected to the lamp holder by means of a heat tube arranged in the light.
  • a plurality of lampholders for holding the lamp covers are formed on the upper and lower surface of a support disk in the light screen;
  • a reflector is disposed above the light and a plurality of heat pipes arranged in the support disk for conducting heat.
  • patent application WO 2010/014925 discloses an exterior lighting matrix that operates mainly independently in the detection, communication and control of processes that take place between the various lights of the matrix, where the control and additional communication it can be presented between the matrix and a control station by means of a master coordination node that transmits and receives signals to the control station via satellite or by a telephone call.
  • the system can be linked to the internet for the dissemination of analysis data collected through multiple array post devices.
  • the independent matrix network or the master-to-station network and communications can be adapted to carry out energy saving processes.
  • the device network system (matrices) has a master-slave system that allows communication between the devices either through wireless networks such as Wi-Fi, IR, etc.
  • each of the luminaires has a solar panel device for energy generation and storage.
  • EP 2282108 mentions an energy-saving road light device that has telephone assistance functions, which includes a projector, uses LED or high-pressure discharge light sources, and one or more modules or photovoltaic panels connected to the respective photovoltaic generator; Each projector and each photovoltaic module are mounted on a respective pole or luminaire used for public road lighting and each projector includes a radio transceiver, a controller and an inverter, in order to balance the energy produced by each photovoltaic generator with the energy absorbed by light sources and thus save a large amount of energy compared to similar existing devices.
  • the invention described in this above also has the disadvantage of not having a communication system with a main command control to determine the appropriate time to perform the maintenance and / or revision of a specific luminaire and thus reduce the costs of operation, maintenance and energy.
  • document CN 201925842 is related to a solar luminaire based on a wireless sensor network, where said luminaire consists mainly of a controller of a wireless sensor network node, an LED lamp, a solar cell module and a pole lamp and the like, where the direct voltage sampling method is used to monitor the solar module voltage, and a light sensitive resistor and a temperature and humidity sensor are used to collect the environmental parameters; and an integrated CC2430 chip with an 8051 microcomputer and a RF module are used to control the LED lamp and a DC / DC circuit, and a wireless sensor network is established with the self-organizing function to carry out real-time communication between solar lamps.
  • These solar lamps are designed for use in urban or rural lighting for a public lighting system in an urban community.
  • the luminaire that is part of the public lighting system be easily manufactured, installed and maintained, with commercially available elements and with a system that allows the luminaire to turn on automatically at a specific time when the light The sun is no longer enough to illuminate a street or a sector.
  • the lighting system and the luminaires to be located on the roads or streets of a city or municipality have a high reliability communication system, with encryption levels for information security, electric radio spectrum with Free-use transmission and reception band, high number of wireless interconnection nodes, based on the IEEE 802.15.4 standard, different from traditional radio frequency systems, in order to always have a way of informing the command center the state of the other luminaries and thus know in a certain way when a device fails or requires maintenance, thus reducing the costs of operation and repair, avoiding unnecessary visits by the staff to carry out a review.
  • Figure 1 corresponds to a top plan view of the two photocell modalities (master and slave) of the present invention.
  • Figure 2 corresponds to a flat bottom view of the photocells of Figure 1.
  • Figure 3 corresponds to a flat front view of the photocells of Figures 1 and 2 including the external housing.
  • Figure 4 corresponds to a flat front view of the photocells of Figures 1 and 2 without including the external housing.
  • Figure 5 corresponds to a flat side view of the photocells of Figures 1 and 2.
  • Figure 6 corresponds to a flat front view of the photocells of Figures 1 and 2 making a cut through the line AA.
  • Figure 7 corresponds to a block diagram showing the relationship and communication between the different electronic components of the system of the present invention.
  • the intelligent photocell system for remote management and control in public lighting systems of the present invention comprises the following components or parts:
  • An external housing (1) that covers all the elements and / or parts of the system and has the function of serving as weather protection.
  • a power supply (2) which is the one that supplies the power to the control system so that its elements function properly, where this source (2) takes the electric power directly from the public lighting supply.
  • a main control system (3) which corresponds to a processing unit that is responsible for controlling all the elements of the system and analyzing the data received from the plurality of sensors.
  • An IrDA communication module that allows a local measurement process to be carried out by an operator and thus analyze the status of the luminaire at a given time.
  • a memory for data storage which is suitable in case communication is lost with other luminaires or with the main control center.
  • a subsystem of sensors which allows to detect and measure factors external to the control system, either to carry out an environmental control or to determine if it is appropriate to turn the luminaire on or off.
  • a dimerization module that allows the intensity of the luminaire to be attenuated depending on its location, time of day or some other factor determined by defined parameters.
  • the dimerization module only works in LED and high pressure Sodium luminaires with ballast or intelligent driver.
  • a luminaire control module which is responsible for turning the luminaire on or off depending on the instructions received by the main control system (3) according to the external factors and also by the instructions given from the main command center
  • the control system of the present invention is coated with the housing (1), which allows the electronic components to be protected, where this housing may be made of any of the following materials: Polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), ULTEM and aluminum. These housing materials protect against the adverse conditions of the contaminated environment and the weather in the electronic system of the photocell.
  • the housing (1) is connected to a base (101) which serves as a floor for the elements that are part of the system.
  • This base (101) comprises a connector (102) that corresponds to the control system of the current luminaires, where this connector (102) allows simple connection (plug and play type) to any type of luminaire and thus avoid modifying the existing luminaire , which would lead to high costs.
  • This housing (1) can be removed from the base (101), in order to be able to access all the electronic components that are part of the system of the present invention.
  • the housing (1) also has a window (103) which allows light to pass through it and enter the sensor subsystem so that it can be determine whether the luminaire should be on or off according to the ambient light and the environment in which the luminaire is located.
  • This window (103) comprises in its interior a small transparent sheet in polycarbonate with UV protection, which allows light to pass but does not allow dust and other external factors to affect the electronic components located inside the housing (1).
  • the main control system (3) can be a microcontroller, a microprocessor, a DSP or a PLC or similar elements.
  • the system of the present invention is configured to fulfill the function of being “master” and thus to be able to control the luminaires configured as “slave”, where in this "master” configuration the system also comprises a communication module Internet (8), based on a cellular communication modem that can be with GPRS, EDGE, 3G, HSDPA or 4G LTE technology, which allows the luminaire control system to communicate directly with a main control center and thus constantly report the status of all luminaires that are configured in slave mode, so that the luminaires can be monitored and it is determined if any of these require maintenance or in the event of an incident or a malfunction you can know when this event occurs and what Luminaire is the one that requires repair since each photocell has the satellite coordinate of each luminaire and this report is sent in real time to the main control center where geo-referenced maps locate the damaged luminaire.
  • a communication module Internet (8) based on a cellular communication modem that can be with GPRS, EDGE, 3G, HSDPA or 4G LTE technology,
  • the RF communication module (5) fulfills the function of communicating between several luminaire control systems that are located close to each other and thus dividing the public lighting system into quadrants, where each quadrant can count between 40 and 50 luminaires with their respective control system.
  • the luminaires communicate with each other and send a series of data to the luminaire control system configured as master, that is, the one that has the internet communication module (8), in order that the system of Master control can determine a fault or know exactly which luminaire is the one that presents the error or the inconvenience and requires maintenance.
  • the sensor subsystem is composed of a plurality of sensors, where said sensors can be used to monitor the environment variables or to exercise control over the luminaire.
  • temperature, humidity, noise level, carbon dioxide (CO2) sensors are located within the sensors for environmental monitoring, and the level sensor is located within the control sensors.
  • ambient luminosity which basically corresponds to a photosensor, this indicates the level of light at a given time so that the main control (3) can determine whether it is appropriate to turn the luminaire on or off, depending on the amount of light in That moment in the environment.
  • This light level sensor is located exactly behind the window (103) of the housing (1), so that the light that passes through the window (103) reaches the sensor directly and the measurement is correct and the luminaire is turned on or off properly in accordance with the programming that has been carried out in the main control (3), through a Relay or device responsible for turning the luminaire on or off (luminaire control module).
  • the brain of the system is the main control (3) which has connection with all the elements of the system of the present invention, either for one-way or two-way communication, in order to be able to make a decision to turn on the luminaire, turn off the luminaire, require maintenance or monitor internal or external environmental factors according to the transmitted parameters.
  • memory is a very useful device when storing data in case there is a loss of communication both with the others luminaires as with the main command center, that is, in case of a loss of cellular signal by the Internet communication module (8).
  • This memory is preferably a non-volatile memory, such as an EEPROM, FLASH or SD memory.

Abstract

Sistema para la gestión y control de luminarias de alumbrado público, que consta de un medidor de energía que permite conocer las principales variables eléctricas y el consumo de energía de las luminarias. El sistema comprende un dispositivo que actúa de concentrador, conectándose a él otros dispositivos de manera inalámbrica usando radio frecuencia, y enviando este concentrador la información o los datos recolectados a un centro de mando, por medio de una comunicación de Internet. El sistema también comprende un módulo de comunicación infrarrojo que opera bajo el protocolo IrDA, una memoria no volátil y sensores para controlar la luminaria (de nivel de luminosidad ambiente, de ruido, de C02, de temperatura, de humedad); encendiéndose o apagándose la luminaria en función de los valores de luminosidad, y pudiéndose realizar también una dimerización de la energía.

Description

FOTOCELDA INTELIGENTE PARA GESTION REMOTA Y CONTROL EN
SISTEMAS DE ILUMINACIÓN PUBLICA
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se relaciona con un sistema que permite la gestión remota y control de las luminarias de alumbrado público, el sistema consta de un medidor de energía de alta precisión que permite tener un reporte de las principales variables eléctricas y el consumo de energía (kW-h) de cada una de las luminarias. Así mismo, el sistema se conforma de un dispositivo el cual tiene la función de ser concentrador, donde los otros dispositivos se conectan a dicho concentrador de manera inalámbrica usando radio frecuencia, y a su vez el concentrador envía la información o los datos recolectados al centro de mando o plataforma principal por medio de una comunicación de internet, usando para esto un modem GPRS. Además, para procesos de medición locales el sistema de la presente invención cuenta con un modulo de comunicación infrarrojo que opera bajo el protocolo IrDA y una memoria no volátil que permite almacenar datos, durante el tiempo que no hay conexión GPRS o inalámbrica.
El sistema también cuenta con una pluralidad de sensores para controlar la luminaria en todo momento, dentro de los que se encuentra un nivel de luminosidad ambiente, nivel de ruido, cantidad de dióxido de carbono C02, y temperatura. Así mismo, de acuerdo a los valores de luminosidad el dispositivo actúa sobre la luminaria encendiéndola o apagándola, así como también permite realizar una dimerización de la energía, la cual está asociada a una disminución de la cantidad de luxes que emite la luminaria. La opción de dimerización con las fotoceldas inteligentes es posible solo en lámparas de alumbrado público LED y de Sodio de alta presión con balasto o driver inteligente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En la actualidad, la iluminación pública se realiza por medio de una serie de luminarias con sistema de bombillo estándar, los cuales tienen muy buena iluminación pero sus costos son elevados debido al alto consumo de energía eléctrica. Así mismo, las luminarias que se utilizan actualmente poseen un control local basado en una fotocelda, encargada de prender o apagar la lámpara según el estado del día (Noche o Luz solar).
Actualmente las luminarias son controladas por las fotoceldas como se mencionó anteriormente, pero debido a que no se cuenta con un sistema remoto y centralizado, que permita predecir problemas futuros o identificar problemas reales en el momento, trae consigo altos costos en mantenimiento, consumos de energía, reposición de los activos eléctricos, problemas de seguridad, etc. A continuación una descripción de las necesidades actuales de los sistemas de iluminación pública existentes:
No se conoce en tiempo real el estado de las luminarias.
No se conoce la facturación real de las luminarias, sino a través de aforos.
No existe la posibilidad de intervenir las luminarias, para ahorrar energía.
No se conocen las horas de funcionamiento de las luminarias.
En caso de daños no se conocen los sitios exactos donde ocurrió el suceso.
• Actualmente no existe la posibilidad de realizar un control remoto sobre la luminaria.
• No existe la posibilidad de realizar dimerización, debido a la legislación actual y a la tecnología de las luminarias actuales (Sodio). La dimerización en la nueva generación de luminarias LED permitirá generar ahorros importantes en energía. Las lámparas actuales de Sodio de alta presión requieren un cambio de balasto reactor a balasto o driver inteligente, esto permitiría generar ahorros de energía ya que se puede disminuir el flujo luminoso (dimerización) de forma controlada sin ir en contra vía de las legislaciones estatales. • La intensidad lumínica de ciertos sitios en las ciudades no es suficiente lo que implica riesgos en temas de seguridad para los ciudadanos.
Uno de los aspectos importantes y significativos en la operación de un sistema de iluminación pública es la gestión del mantenimiento. El sistema de iluminación pública utilizado en la actualidad requiere de una serie de personas encargadas exclusivamente a la revisión y mantenimiento de las luminarias, a través de la observación directa lo que implica altos costos de personal, gran cantidad de cuadrillas y carros canastas y poca eficacia en la solución de problemas de las luminarias en terreno.
Así las cosas, en el estado del arte existe una pluralidad de divulgaciones relacionadas con sistemas de iluminación pública, específicamente con luminarias que cuentan con sistemas de alimentación definida y tienen un sensor de luz que permite que las mismas sean autónomas de cierto modo y ahorren costos que finalmente son asumidos por el consumidor final, donde estas divulgaciones están dirigidas a suplir las necesidades existentes.
Dentro de estas divulgaciones se encuentra el documento JP 2005056807, el cual se refiere a una luminaria que se puede trasladar fácilmente o reubicar al contar con una plataforma base que también sirve como un banco, para llevar a cabo cualquier tipo de trabajo de instalación, reduciendo de este modo los costos de mano de obra al reducir el periodo de construcción, suministrándole a los peatones un lugar para descansar, a diferencia de las luminarias convencionales que requieren de una gran cantidad de horas de mano de obra y trabajo eléctrico para trazar una plataforma de cimiento debajo de la tierra, sin mencionar los problemas cuando se requieren mover o desplazarse.
De la misma forma, esta luminaria comprende una batería solar, una batería de almacenamiento, una pluralidad de herramientas de luz LED, un poste, una plataforma base y demás, donde el poste equipado con los dispositivos anteriores tiene una forma triangular, cruzada o similar que no permita su caída al suelo, permitiendo que el poste se instale como un soporte derecho aún si el suelo se daña por medio de una herramienta de ajuste, con lo cual la plataforma base también sirve como una banca para los peatones. Así las cosas, la luminaria hace posible su reubicación o movimiento, y se puede ajustar en el suelo por medio de un sistema de anclaje o similar con el fin de asegurar la fijación de la misma.
Sin embargo, la luminaria descrita en esta solicitud de patente japonesa presenta una serie de desventajas dentro de las que se encuentra el hecho de que ésta no forma parte de un sistema de iluminación integrado donde los dispositivos se comuniquen ente sí y con un centro de mando principal, hecho que eleva los costos de mantenimiento y reparación porque requiere de personal que se desplaza constantemente a hacer dicha revisión.
De otra parte, el documento CN 101225936 divulga una lámpara de calle o luminaria solar ahorradora de energía que pertenece al campo técnico de instalaciones públicas, la cual comprende una base, un soporte, una luz, una batería de almacenamiento, un dispositivo solar y un control automático de rastreo, donde la luz se conecta con el soporte de la lámpara por medio de un tubo de calor dispuesto en la luz. Una pluralidad de portalámparas para sostener las tapas de las lámparas se forman en la superficie superior e inferior de un disco de soporte en la pantalla de la luz; un reflector se dispone por encima de la luz y una pluralidad de tubos de calor dispuestos en el disco de soporte para conducir calor. Así, la luminaria solar ahorradora de energía tiene las ventajas que no se requiere de un complejo circuito de tubería debido a la fuente de energía solar, y además cuenta con un sistema de iluminación LED que disipa el calor y es de bajo consumo.
Al igual que con la solicitud de patente japonesa mencionada previamente, esta anterioridad presenta la desventaja de no contar con un sistema central de control o luminaria maestro que permita la comunicación con el centro de mando y así se eviten los gastos de desplazamiento y revisión por parte de técnicos especializados. Ahora bien, la solicitud de patente WO 2010/014925 divulga una matriz de iluminación exterior que opera principalmente en modo independiente en la detección, comunicación y control de procesos que tienen lugar entre las diversas luces de la matriz, donde el control y la comunicación adicional se puede presentar entre la matriz y una estación de control mediante un nodo maestro de coordinación que transmite y recibe señales a la estación de control vía satélite o por una llamada de teléfono. Así, el sistema puede estar vinculado a internet para la difusión de datos de análisis recogidos mediante los múltiples dispositivos de poste de la matriz. La red de matriz independiente o la red de maestro a estación y las comunicaciones pueden ser adaptadas para llevar a cabo procesos de ahorro de energía. De este modo, el sistema de red de dispositivos (matrices) cuenta con un sistema de maestro-esclavo que permite una comunicación entre los dispositivos bien sea por medio de redes inalámbricas tal como Wi-Fi, IR, etc. Además, cada una de las luminarias cuenta con un dispositivo de panel solar para la generación y almacenamiento de energía.
De otra parte, el documento EP 2282108 menciona un dispositivo de luz para carreteras ahorrador de energía que cuenta con funciones de ayuda telefónica, el cual incluye un proyector, utiliza fuentes de luz LED o de descarga de alta presión, y uno o más módulos o paneles fotovoltaicos conectados con el respectivo generador fotovoltaico; cada proyector y cada módulo fotovoltaico se montan en un respectivo poste o luminaria usada para la iluminación de carreteras públicas y cada proyector incluye un transceptor de radio, un controlador y un inversor, con el fin de balancear la energía producida por cada generador fotovoltaico con la energía absorbida por las fuentes de luz y así lograr el ahorro de una gran cantidad de energía en comparación con los dispositivos similares existentes.
No obstante, la invención descrita en esta anterioridad también presenta la desventaja de no contar con un sistema de comunicación con un control de mando principal para determinar el momento adecuado para hacer el mantenimiento y/o revisión de una luminaria específica y así reducir los costos de operación, mantenimiento y energía.
Finalmente, el documento CN 201925842 está relacionado con una luminaria solar con base en una red inalámbrica de sensores, donde dicha luminaria consiste principalmente de un controlador de un nodo de red inalámbrica de sensores, una lámpara LED, un módulo de celda solar y un poste de lámpara y similares, en donde el método de muestreo de voltaje directo se utiliza para monitorear el voltaje del módulo solar, y se utiliza una resistencia sensible a la luz y un sensor de temperatura y humedad para recolectar los parámetros ambientales; y un chip CC2430 integrado con un microcomputador 8051 y un módulo RF se utilizan para controlar la lámpara LED y un circuito DC/DC, y se establece una red inalámbrica de sensores con la función de auto-organización para llevar a cabo la comunicación en tiempo real entre las lámparas solares. Estas lámparas solares se diseñan para su uso en iluminación urbana o rural para un sistema de alumbrado público en una comunidad urbana.
Aunque la invención descrita en esta anterioridad divulga el uso de un módulo RF para la comunicación entre las luminarias con el fin de llevar un control tanto de las variables de ambiente como del funcionamiento de las mismas, se presenta la desventaja de no contar con un sistema o dispositivo para interconexión entre una luminaria principal y el centro de mando, tal como se presenta con los antecedentes mencionados anteriormente.
De acuerdo con lo anterior, es evidente para una persona experta en la materia que existe una necesidad en el estado del arte, la cual se relaciona con el diseño y la implementación de un sistema de iluminación pública que cuente con una pluralidad de luminarias en modo esclavo y por lo menos una luminaria "maestro", a la cual las esclavas se conectan para estar informando constantemente del estado de las mismas para la programación de revisión y/o mantenimiento, además de contabilizar en tiempo real los consumos de energía (KW-h) y poder realizar balances de los consumos y cobros correspondientes. Además, se requiere que dicho sistema de iluminación pública sea eficiente en costos y su consumo de potencia sea mínimo con el fin de evitar pagos excesivos de energía eléctrica que es cobrada directamente a los usuarios finales. Así mismo, es recomendable que la luminaria que forma parte del sistema de iluminación pública sea de fácil fabricación, instalación y mantenimiento, con elementos comercialmente disponibles y con un sistema que permita que la luminaria se encienda de forma automática a una hora determinada cuando la luz del sol ya no es suficiente para iluminar una calle o un sector.
Adicionalmente, se hace necesario que el sistema de iluminación y las luminarias a ser ubicadas en las carreteras o calles de una ciudad o municipio cuente con un sistema de comunicación de alta confiabilidad, con niveles de encriptación para seguridad de la información, espectro radio eléctrico con banda de transmisión y recepción de uso libre, elevado número de nodos de interconexión inalámbrica, basado en el estándar IEEE 802.15.4, diferente a los tradicionales sistemas de radiofrecuencia, con el fin de contar siempre con una forma de estar informando al centro de mando el estado de las demás luminarias y así saber de forma determinada cuando un dispositivo falla o requiere mantenimiento, reduciendo de esta forma los costos de operación y reparación, evitando visitas innecesarias por parte del personal para llevar a cabo una revisión. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 corresponde a una vista plana superior de las dos modalidades de fotocelda (maestro y esclavo) de la presente invención.
La figura 2 corresponde a una vista plana inferior de las fotoceldas de la figura 1 .
La figura 3 corresponde a una vista frontal plana de las fotoceldas de las figuras 1 y 2 incluyendo la carcasa externa.
La figura 4 corresponde a una vista frontal plana de las fotoceldas de las figuras 1 y 2 sin incluir la carcasa externa.
La figura 5 corresponde a una vista lateral plana de las fotoceldas de las figuras 1 y 2.
La figura 6 corresponde a una vista frontal plana de las fotoceldas de las figuras 1 y 2 realizando un corte a través de la línea A-A. La figura 7 corresponde a un diagrama de bloques donde se muestra la relación y comunicación entre los diferentes componentes electrónicos del sistema de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El sistema de fotocelda inteligente para gestión remota y control en sistemas de iluminación pública de la presente invención comprende los siguientes componentes o partes:
• Una carcasa externa (1 ) que recubre todos los elementos y/o partes del sistema y tiene la función de servir como protección contra la intemperie.
• Una fuente de alimentación (2) la cual es la que suministra la energía al sistema de control para que sus elementos funcionen de forma adecuada, donde esta fuente (2) toma la energía eléctrica directamente del suministro de alumbrado público. Un sistema de control principal (3) el cual corresponde a una unidad de procesamiento que se encarga de controlar todos los elementos del sistema y de analizar los datos recibidos de la pluralidad de sensores.
• Un medidor de energía que permite tener un control permanente sobre el consumo de energía de la luminaria donde se instala el sistema de control. Un módulo de comunicación de RF bajo el estándar IEEE 802.15.4 (5) encargado de realizar la comunicación con otros sistemas de control ubicados en luminarias cercanas.
Un módulo de comunicación IrDA que permite realizar un proceso de medición local por parte de un operario y así analizar el estado de la luminaria en un momento dado.
Una memoria para el almacenamiento de datos, la cual es adecuada en caso que se pierda la comunicación con otras luminarias o con la central principal de control.
Un subsistema de sensores el cual permite detectar y medir factores externos al sistema de control, bien sea para llevar un control ambiental o para determinar si es adecuado encender o apagar la luminaria.
Un módulo de dimerización que permite atenuar la intensidad de la luminaria dependiendo la ubicación de la misma, la hora del día o algún otro factor determinado por unos parámetros definidos. El modulo de dimerización solo funciona en luminarias LED y de Sodio de alta presión con balasto o driver inteligente.
Un módulo de control de luminaria el cual se encarga de encender o apagar la luminaria dependiendo de las instrucciones recibidas por parte del sistema de control principal (3) de acuerdo con los factores externos y también por las instrucciones dadas desde el centro de mando principal Así las cosas, el sistema de control de la presente invención está recubierto de la carcasa (1 ), la cual permite que se protejan los componentes electrónicos, donde esta carcasa puede estar fabricada en alguno de los siguientes materiales: Polimetilmetacrilato (PMMA), policarbonato (PC), poliestireno (PS), ULTEM y aluminio. Estos materiales de la carcasa protegen de las condiciones adversas del ambiente contaminado y la intemperie al sistema electrónico de la fotocelda.
Como se puede ver en las figuras 1 a 3, la carcasa (1 ) se encuentra conectada a una base (101 ) la cual sirve de piso para los elementos que forman parte del sistema. Esta base (101 ) comprende un conector (102) que corresponde al sistema de control de las luminarias actuales, donde este conector (102) permite la conexión simple (tipo plug and play) a cualquier tipo de luminaria y así evitar modificar la luminaria existente, lo cual llevaría costos elevados.
Esta carcasa (1 ) se puede retirar de la base (101 ), con el fin de poder tener acceso a todos los componentes electrónicos que forman parte del sistema de la presente invención.
La carcasa (1 ) además cuenta con una ventana (103) la cual permite que la luz pase a través de la misma e ingrese al subsistema de sensores y así se pueda determinar si la luminaria debe estar encendida o apagada de acuerdo con la luz del ambiente y el entorno en el que se encuentra ubicada la luminaria. Esta ventana (103) comprende en su interior una pequeña lámina transparente en policarbonato con protección UV, que permite que la luz pase pero no permite que el polvo y otros factores externos afecten los componentes electrónicos ubicados al interior de la carcasa (1 ).
En una modalidad de la invención, el sistema de control principal (3) puede ser un microcontrolador, un microprocesador, un DSP o un PLC o elementos similares.
En una modalidad preferida, el sistema de la presente invención se configura para cumplir con la función de ser "maestro" y así poder controlar las luminarias configuradas como "esclavo", donde en esta configuración "maestro" el sistema además comprende un módulo de comunicación de Internet (8), basado en un modem de comunicación celular que puede ser con tecnología GPRS, EDGE, 3G, HSDPA o 4G LTE, el cual permite que el sistema de control de la luminaria se comunique directamente con un centro de control principal y así informe constantemente el estado de todas las luminarias que se configuran en modo esclavo, con el fin que se pueda monitorear las luminarias y se determine si alguna de éstas requiere mantenimiento o en caso de un incidente o un error de funcionamiento se puede saber cuando este suceso se presenta y qué luminaria es la que requiere reparación dado que cada fotocelda tiene la coordenada satelital de cada luminaria y este reporte es enviado en tiempo real al centro de control principal donde en unos mapas geo-referenciados ubican la luminaria dañada.
Así las cosas, el módulo de comunicación RF (5) cumple la función de realizar una comunicación entre varios sistemas de control de luminarias que se encuentran ubicadas cerca una a la otra y así dividir el sistema de alumbrado público en cuadrantes, donde cada cuadrante puede contar entre 40 y 50 luminarias con su respectivo sistema de control. En cada cuadrante las luminarias se comunican entre sí y envían una serie de datos al sistema de control de la luminaria configurada como maestro, es decir, la que cuenta con el módulo de comunicación de internet (8), con el fin que el sistema de control maestro pueda determinar un fallo o sepa con exactitud cual luminaria es la que presenta el error o el inconveniente y requiere mantenimiento.
Ahora bien, el subsistema de sensores está compuesto por una pluralidad de sensores, donde dichos sensores pueden ser utilizados para monitorear las variables del ambiente o para ejercer un control sobre la luminaria. Así, dentro de los sensores para monitoreo del medio ambiente se encuentran los sensores de temperatura, humedad, nivel de ruido, dióxido de carbono (CO2), y dentro de los sensores de control se encuentra el sensor de nivel de luminosidad del ambiente, el cual corresponde básicamente a un fotosensor, este indica el nivel de luz en un momento determinado para que el control principal (3) pueda determinar si es adecuado encender o apagar la luminaria, dependiendo de la cantidad de luz que haya en ese momento en el ambiente.
Este sensor de nivel de luz se encuentra ubicado exactamente detrás de la ventana (103) de la carcasa (1 ), con el fin que la luz que pasa a través de la ventana (103) llegue directamente al sensor y la medición sea la correcta y la luminaria se encienda o se apague de forma adecuada de acuerdo con la programación que se haya realizado en el control principal (3), a través de un Relé o dispositivo encargado de prender o apagar la luminaria (módulo de control de luminaria).
Así la cosas, se puede decir que el cerebro del sistema es el control principal (3) el cual tiene conexión con todos los elementos del sistema de la presente invención, bien sea para comunicación de una vía o de doble vía, con el fin de poder tomar una decisión de encender la luminaria, apagar la luminaria, requerir mantenimiento o hacer un monitoreo de factores internos o ambientales externos de acuerdo con los parámetros transmitidos.
Finalmente, la memoria es un dispositivo muy útil al momento de almacenar datos en caso que haya una pérdida de comunicación tanto con las otras luminarias como con el centro de mando principal, es decir, en caso de una pérdida de señal celular por parte del módulo de comunicación de Internet (8). Esta memoria es preferiblemente una memoria no volátil, tal como una memoria EEPROM, FLASH o SD.

Claims

REIVINDICACIONES
Fotocelda inteligente para el control de luminarias LED o Sodio de alta presión para alumbrado público caracterizado porque comprende:
una carcasa externa (1 ) que recubre todos los elementos y/o partes del sistema;
una fuente de alimentación (2) que suministra la energía al sistema de control para que sus elementos funcionen de forma adecuada;
un sistema de control principal (3) que corresponde a una unidad de procesamiento central que se encarga de controlar todos los elementos del sistema y de analizar los datos recibidos de la pluralidad de sensores, conectado directamente a todos los elementos del sistema; un medidor de energía que permite tener un control permanente sobre el consumo de energía de la luminaria;
un módulo de comunicación RF (5) encargado de comunicarse con otros sistemas de control ubicados en luminarias cercanas;
un módulo de comunicación IrDA que permite realizar un proceso de medición local por parte de un operario;
una memoria para el almacenamiento de datos;
un subsistema de sensores;
un módulo de dimerización para atenuar la intensidad de la luminaria dependiendo de unos parámetros definidos; y
un módulo de control de luminaria encargado de encender o apagar la luminaria dependiendo de las instrucciones recibidas por parte del sistema de control principal (3).
2. La fotocelda de la reivindicación 1 , caracterizada porque la carcasa (1 ) está fabricada en un material (Polimetilmetacrilato (PMMA), policarbonato (PC), poliestireno (PS), ULTEM y aluminio) resistente a cambios repentinos de temperatura, excelente resistencia a las radiaciones de alta energía, propiedades dieléctricas excelentes y aislante térmico debido a las inclemencias del medio ambiente y la intemperie
3. La fotocelda de la reivindicación 1 , caracterizada porque la carcasa (1 ) está conectada a una base (101 ) que es el piso de los elementos que forman parte del sistema y se puede retirar de la carcasa (1 ).
4. La fotocelda de la reivindicación 3, caracterizada porque la base (101 ) comprende un conector (102) que permite la conexión simple a cualquier tipo de luminaria.
5. La fotocelda de la reivindicación 1 a 4, caracterizada porque la carcasa (1 ) además comprende una ventana (103) que permite el paso de luz al subsistema de sensores, donde dicha ventana (103) cuenta en su interior una lámina de un material transparente con protección de rayos UV.
6. La fotocelda de la reivindicación 1 , caracterizada porque el sistema de control principal (3) es un microcontrolador, un microprocesador, un DSP, o un PLC
7. La fotocelda de la reivindicación 1 , caracterizada porque además comprende un módulo de comunicación de Internet (8), preferiblemente un modem GPRS, EDGE, 3G, HSDPA o 4G LTE que permite que el sistema de control de la luminaria se comunique directamente con un centro de mando principal.
8. La fotocelda de la reivindicación 1 o 5, caracterizada porque el subsistema de sensores está compuesto por una pluralidad de sensores, tal como sensor de nivel de ruido, dióxido de carbono (C02), temperatura, humedad y sensor de nivel de luminosidad del ambiente, donde dicho sensor de nivel de luz se encuentra ubicado exactamente detrás de la ventana (103) de la carcasa (1 )
9. La fotocelda de la reivindicación 1 , caracterizada porque la memoria es una memoria no volátil, tal como una memoria EEPROM, FLASH o SD.
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