基于物聯(lián)網(wǎng)智能控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種路燈控制系統(tǒng)及其控制方法，特別是涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)智能控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]路燈是城鎮(zhèn)基礎(chǔ)性設(shè)施，在城鎮(zhèn)道路照明中起到了不可替代的作用。目前普遍采用的路燈控制方法有人工干預(yù)、時鐘控制和DDS獨立控制技術(shù)，這些控制方法均不能實現(xiàn)單燈控制、故障診斷和故障定位，難以及時、準確掌握路燈的工作狀態(tài)，在維護和管理上浪費大量人力物力，且不論時節(jié)和路況，均“全夜燈恒照度”，浪費大量電能。
[0003]物聯(lián)網(wǎng)是指通過傳感器、射頻識別(RFID)、全球定位系統(tǒng)、二碼等信息感知設(shè)備，按約定的協(xié)議連接起來，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、數(shù)據(jù)采集、智能控制、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，如今傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳輸、全球定位等技術(shù)的成熟，促進了“物聯(lián)網(wǎng)”在生活中的應(yīng)用，但現(xiàn)有城鎮(zhèn)路燈管理系統(tǒng)未充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)智能控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)及其控制方法，解決現(xiàn)有路燈控制系統(tǒng)不能根據(jù)時節(jié)、路況信息調(diào)節(jié)路燈亮滅和照明時長造成能源浪費，以及不能進行路燈故障診斷和故障定位造成管理和維護困難的問題。
[0005]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相同，也包括主控系統(tǒng)、分控系統(tǒng)和控制單元系統(tǒng)，不同之處在于:
[0006]主控系統(tǒng)包括上位機和主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元，上位機用于監(jiān)控路燈是否存在故障，根據(jù)需求設(shè)置指令切換工作模式以及控制部分或所有路燈的工作狀態(tài)，主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元用于完成主控系統(tǒng)與分控系統(tǒng)的雙向通信；
[0007]分控系統(tǒng)具有一個或一個以上，包括分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元a、數(shù)據(jù)處理單元和分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b，分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元a用于傳輸主控系統(tǒng)的指令及向主控系統(tǒng)反饋控制單元系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理單元用于處理這些指令和數(shù)據(jù)信息，分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b用于傳輸控制單元系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)信息、與其它分控系統(tǒng)傳達指令或數(shù)據(jù)信息，以及將主控系統(tǒng)的指令傳達給控制單元系統(tǒng)；
[0008]控制單元系統(tǒng)具有一個或一個以上，分別設(shè)置在路燈上，包括控制中心、輸入單元、定位單元、環(huán)境檢測單元、脈寬調(diào)制單元、時鐘存儲單元和控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元，其中，控制中心與其它六個模塊進行單向或雙向信息溝通，用于根據(jù)輸入單元提供的經(jīng)瑋度計算路燈所在地的日出日落時間，按需啟動定位單元獲取故障路燈所在地坐標，采集環(huán)境檢測模塊檢測到的信息，發(fā)出相應(yīng)指令控制路燈的亮滅，若接收到主控系統(tǒng)的指令，則按該指令切換工作模式或控制路燈的工作狀態(tài)，輸入單元用于輸入和顯示經(jīng)瑋度及日期時間，定位單元在控制中心的命令下啟動工作，用于定位故障路燈所在地地址，環(huán)境檢測單元用于檢測該路燈周圍的狀況，以確定是否需要照明，路燈的亮滅信息還可作為是否存在故障的判斷依據(jù)，脈寬調(diào)制單元在控制中心的控制下產(chǎn)生波形控制繼電器，實現(xiàn)路燈的亮滅，時鐘存儲單元用于存儲實時更新的日期和時間，控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元用于與分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b及其它控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元進行信息溝通。
[0009]主控系統(tǒng)、分控系統(tǒng)和控制單元系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，便于上位機切換工作模式及控制部分或全部路燈的工作狀態(tài)，同時也便于控制單元系統(tǒng)反饋給故障路燈所在地地址信息給主控系統(tǒng)，控制單元系統(tǒng)七個單元的協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)了可根據(jù)時節(jié)、路況信息調(diào)節(jié)路燈的工作狀態(tài)，還可對路燈進行故障診斷和故障定位的功能。
[0010]在本發(fā)明中，控制單元系統(tǒng)下的控制中心包括微控制器，輸入單元包括矩陣鍵盤和液晶顯示器，定位單元包括衛(wèi)星導航系統(tǒng)接收器SoC解決方案、電平串口、穩(wěn)壓電路和電容濾波電路，環(huán)境檢測單元，包括光強檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和信號放大電路，脈寬調(diào)制單元，包括PWM脈寬調(diào)制型控制器和穩(wěn)壓電路，時鐘存儲單元，包括時鐘芯片和晶振電路，控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元，包括無線通信模塊。
[0011]為實現(xiàn)節(jié)能，車輛經(jīng)過時，需確定路燈點亮的起始時間，為此，環(huán)境檢測單元可增加磁阻傳感器模塊，用于檢測路燈附近是否有車輛經(jīng)過。
[0012]同樣，為實現(xiàn)節(jié)能，行人經(jīng)過時，也需確定路燈點亮的起始時間，為此，環(huán)境檢測單元可增加熱釋電紅外傳感器模塊，用于檢測路燈附近是否有行人經(jīng)過。
[0013]為了既能有效地節(jié)能，又能給行人或行駛車輛提供足夠的照明時長，環(huán)境檢測單元可增加多普勒雷達測速模塊，用于檢測行人或行駛車輛的速度，以確定照明時長。
[0014]為了既能實現(xiàn)有效通信，又能降低管理和維護成本，主控系統(tǒng)和分控系統(tǒng)之間、分控系統(tǒng)與其它分控系統(tǒng)之間、分控系統(tǒng)與控制單元系統(tǒng)之間以及控制單元系統(tǒng)與其它控制單元系統(tǒng)之間均采用無線通信方式通信。主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元和分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元a可采用GSM、GPRS、3G、4G之中的一種，較之于其它三種無線通信方式，GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋面最廣，且遠距離通信時信號最穩(wěn)定，成本也不高，因此本發(fā)明主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元和分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元a采用GPRS無線通信模塊。分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b和控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元可采用GPRS、3G、WiF1、ZigBee中的一種，較之于其它三種無線通信方式，ZigBee可以實現(xiàn)自組網(wǎng)，在分控系統(tǒng)或控制單元系統(tǒng)的數(shù)量或位置有變化時仍能重新組網(wǎng)，形成新的通信網(wǎng)絡(luò)，因此本發(fā)明的分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b和控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元采用ZigBee無線通信模塊。
[0015]作為改進，所述熱釋電紅外傳感器的探頭可結(jié)合使用菲涅爾透鏡以增大有效探測距離，給過往行人和車輛提供足夠大的照明區(qū)域。
[0016]本發(fā)明提供一種新的控制方法，以克服現(xiàn)有路燈系統(tǒng)控制方法存在的不足:
[0017]系統(tǒng)分正常工作模式和智能工作模式兩種；
[0018]正常工作模式是每當日出時間到時，控制單元系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，日落時間到時，保持路燈持續(xù)殼至株夜；
[0019]自深夜起或其它因素導致天氣陰暗時，路燈系統(tǒng)進入智能工作模式，當環(huán)境檢測單元檢測到有人或車輛經(jīng)過時，控制中心立即控制脈寬調(diào)制單元產(chǎn)生方波形控制繼電器點亮路燈，并立即通過環(huán)境檢測單元檢測到的速度計算出人或車輛到達下一盞路燈照明區(qū)域內(nèi)所需的時間，本盞路燈在該時間內(nèi)持續(xù)點亮，超過該時間熄滅，控制中心將該時間信息通過控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸給下一盞路燈，以控制下一盞路燈在指定時間點亮，若該路燈未接收到時間信息或者還沒到預(yù)定的時間又檢測到有人或車輛經(jīng)過，則優(yōu)先按檢測到人或車輛的方式點亮路燈，控制中心又按速度計算新的時間，否則在指定時間點亮路燈，若已日出時間，控制單元系統(tǒng)進入待機狀態(tài)；
[0020]在正常工作模式和智能工作模式下，若路燈亮滅異常，控制中心啟動定位單元工作，并將定位到的故障路燈所在地的坐標通過控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸給分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b，最終主控系統(tǒng)會收到該信息并加以顯示和提醒；
[0021]可以根據(jù)需求，在主控系統(tǒng)的上位機設(shè)置指令切換工作模式以及控制部分或所有路燈的工作狀態(tài)。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:
[0023]本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)，融合使用了微控制器、傳感器、無線通信技術(shù)等，提供了可根據(jù)時節(jié)、路況信息調(diào)節(jié)路燈亮滅和照明時長，且可以進行故障診斷和故障定位的基于物聯(lián)網(wǎng)智能控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)及其控制方法，克服了以往路燈管理系統(tǒng)維護困難、監(jiān)控不到位及能源浪費的問題，提高了維護和管理的效率，減少了人力財力物力以及能源的浪費，使得路燈管理系統(tǒng)的運作和維護智能化、節(jié)能化。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖中標號為:1、主控系統(tǒng)；101、上位機；102、主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元；2、分控系統(tǒng)；201、分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元a ;202、數(shù)據(jù)處理單元；203、分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b ;3、控制單元系統(tǒng)。
[0026]圖2為本發(fā)明控制單元系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖中標號為:301、控制中心；302、輸入單元；303、定位單元；304、環(huán)境檢測單元；305、脈寬調(diào)制單元；306、時鐘存儲單元；307、控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。
[0029]圖1給出了本發(fā)明一實施例整體結(jié)構(gòu)圖，圖2給出了圖1所述實施方式中控制單元系統(tǒng)3的結(jié)構(gòu)圖。在該實施方式中，本基于物聯(lián)網(wǎng)智能控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)，包括一個主控系統(tǒng)I，主控系統(tǒng)I控制多個分控系統(tǒng)2，每個分控系統(tǒng)2控制多個控制單元系統(tǒng)3。
[0030]主控系統(tǒng)I包括上位機101和主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元102，上位機101用于監(jiān)控路燈是否存在故障，根據(jù)需求設(shè)置指令切換工作模式以及控制部分或所有路燈的工作狀態(tài)，主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元102用于完成主控系統(tǒng)I與分控系統(tǒng)2的雙向通信。
[0031]分控系統(tǒng)2包括分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元a 201、數(shù)據(jù)處理單元202和分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b 203，分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元a 201用于傳輸主控系統(tǒng)I的指令及向主控系統(tǒng)I反饋控制單元系統(tǒng)3傳來的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理單元202用于處理這些指令和數(shù)據(jù)信息，分控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元b 203用于傳輸控制單元系統(tǒng)3反饋的數(shù)據(jù)信息、與其它分控系統(tǒng)2傳達指令或數(shù)據(jù)信息，以及將主控系統(tǒng)I的指令傳達給控制單元系統(tǒng)3。
[0032]控制單元系統(tǒng)3分別設(shè)置在路燈上，包括控制中心301、輸入單元302、定位單元303、環(huán)境檢測單元304、脈寬調(diào)制單元305、時鐘存儲單元306和控制單元系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單元307，其中，控制中心301與其它六個模塊進行單向或雙向信息溝通，用于根據(jù)輸入單元302提供的經(jīng)瑋度計算路燈所在地的日出日落時間，按需啟動定位單元303獲取故障路燈所在地坐標，采集環(huán)境檢測模塊304檢測到的信息，發(fā)出相應(yīng)指令控制路燈的亮滅，若接收到主控系統(tǒng)I的指令，則按該指令切換工作模式或控制路燈的工作狀態(tài)，輸入單元302用于輸入和顯示經(jīng)瑋度及日期時間，定位單元303在控制中心301的命令下啟動工作，用于定位故障路燈所在地坐標，環(huán)境檢測單元304用于檢測該路燈周圍的狀況，以確定是否需要照明，路燈的亮滅信息還可作為是否存在故障的判斷依據(jù)，脈寬調(diào)制單元305在控制中心301的控制下