小區(qū)燈光智能管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對(duì)建筑小區(qū)的室外照明燈光進(jìn)行智能控制的方法，包括上位機(jī)控制管理軟件，基于ZigBEE通訊的智能控制器及光照傳感器、紅外傳感器和超聲傳感器和綜合應(yīng)用。根據(jù)權(quán)利要求書1的要求所述的對(duì)建筑小區(qū)室外照明進(jìn)行智能控制的方法，其特征在于：通過本系統(tǒng)，管理者可以自動(dòng)或手動(dòng)地完成對(duì)所有或者部分路燈的控制，可手動(dòng)隨機(jī)或自動(dòng)定時(shí)向節(jié)電控制器發(fā)出詢問指令，對(duì)各控制端的運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)和各種環(huán)境信息捕獲功能，綜合判斷目前的環(huán)境狀況，以此調(diào)節(jié)路燈亮度。智能燈光控制器將各種光照度、人體紅外、超聲波測距等傳感器與日出日落時(shí)間綜合，使路燈具備豐富的感知能力。
【專利說明】小區(qū)燈光智能管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及Zigbee通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)等【技術(shù)領(lǐng)域】的綜合運(yùn)用。
【背景技術(shù)】
[0002]建筑小區(qū)的管理者經(jīng)常遇到的一個(gè)難題就是，在深夜階段，人車流量極少甚至沒有，但是小區(qū)內(nèi)的照明卻不能沒有，保持常規(guī)照明會(huì)造成大量的電能浪費(fèi)，而關(guān)閉大多數(shù)照明光源，會(huì)造成深夜小區(qū)內(nèi)的行人及車輛不便，甚至于形成危險(xiǎn)因素；通常，為了節(jié)約電能，某些小區(qū)會(huì)采用到了深夜對(duì)小區(qū)內(nèi)公共照明進(jìn)行人工干預(yù)的方式，隔一亮一或隔二亮一，甚至于全部養(yǎng)老照明；這不僅造成了人力上的浪費(fèi)，而且由于人的因素，會(huì)無法形成長期有效的機(jī)制；而關(guān)閉照明，對(duì)人車的行動(dòng)安全帶來了嚴(yán)重的安全隱患；若采用有線通訊方式來進(jìn)行照明的控制，不僅在通訊線纜的布設(shè)等方面的成本很大，無論地埋式或架空式，對(duì)一些已經(jīng)完全交付使用的小區(qū)而言，施工的難度不言而喻，甚至有些特殊地點(diǎn)甚至無法布設(shè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的問題就是在不用布設(shè)任何通訊電纜的前提下，解決建筑小區(qū)內(nèi)的照明控制問題；
為解決上述問題，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案:利用Zigbee無線通訊的自組網(wǎng)技術(shù)，在小區(qū)的各個(gè)照明點(diǎn)加裝智能控制器，整個(gè)小區(qū)的Zigbee通訊模塊包括上位機(jī)通過彼此自動(dòng)尋找，很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)控制器可以自由查詢及調(diào)用其他控制器及上位機(jī)的數(shù)據(jù)；
在選擇了通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊后，最關(guān)鍵的工作就是基于Zigbee通訊進(jìn)行智能控制器的開發(fā)；在此，我們選用了 ARM Cortex高性能微處理器作為內(nèi)嵌式系統(tǒng)的核心處理器，其內(nèi)嵌式操作系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)及其他的控制的交互式查詢與訪問，并為控制器提供三路RS485 —路RS232串行通訊接口，以適應(yīng)多個(gè)傳感器的接入；
在每個(gè)路燈的燈桿上部安裝一只智能控制器，在長直路段的控制器上加裝紅外傳感器，以判斷是否有人車經(jīng)過，傳感器的探測半徑為10米，安裝高度2-3米，在以路燈為中心的的9米范圍內(nèi)，只要有人車經(jīng)過，路燈都會(huì)立即點(diǎn)亮，當(dāng)人車離開探測范圍后三秒鐘，路燈自動(dòng)關(guān)閉；在路口的路燈控制器上，加裝超聲傳感器，利用超聲傳感器的方向性，可以判斷人車行走方向，提前點(diǎn)亮人車行走方向的路燈，在人車離開紅外傳感器的探測范圍3秒鐘后，路燈自動(dòng)關(guān)閉；
安裝了本發(fā)明的小區(qū)，在深夜階段，人車流量極少的情況下，可以實(shí)現(xiàn)人(車)來燈亮，人(車)走燈滅，且根據(jù)傳感器信號(hào)智能判斷人車走向，為人車提前點(diǎn)亮其行進(jìn)方向的路燈，提高人車夜間行走的安全性，從而夜間可以關(guān)閉小區(qū)內(nèi)照明，節(jié)約能源；建筑小區(qū)的夜間值班人員也可以根據(jù)路燈亮滅的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，在我們的實(shí)驗(yàn)過程中，小區(qū)保安通過探查路燈異常點(diǎn)亮的原因，驅(qū)趕和抓獲了數(shù)次小偷的潛入； 系統(tǒng)布置如圖1 單點(diǎn)示意圖如圖2
【具體實(shí)施方式】
[0004]以下結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)例，闡述本發(fā)明所做的具體工作及實(shí)例應(yīng)用時(shí)的具體內(nèi)容:
(一)研究開發(fā)了基于Zigbee通訊，以ARMCortex高性能微處理器作為內(nèi)嵌式系統(tǒng)的核心處理器的智能控制器；采用工業(yè)級(jí)的ARM處理器及各類元器件，對(duì)外信號(hào)采用光電隔離，提高了產(chǎn)品在野外的適用性；
智能燈光控制器采用搶占式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；充分利用硬件時(shí)鐘和時(shí)鐘中斷，將時(shí)間細(xì)化為極短的系統(tǒng)tick，避免時(shí)間誤差累計(jì)，以此滿足時(shí)間的精準(zhǔn)；實(shí)際應(yīng)用中，需要處理器同時(shí)處理多種外部信息或事件，它們往往以中斷的形式實(shí)時(shí)通知處理器，但不同的事件有不同的緊迫程度，有的必須立即做出反應(yīng)，有的則可以延后處理；因此，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)建立了多級(jí)中斷嵌套處理機(jī)制，以確保緊迫程度較高的中斷可以得到優(yōu)先的處理；用此方法，可以解決多傳感器信號(hào)優(yōu)先權(quán)的策略問題；
智能燈光控制器采用了 RPC技術(shù)，通過RPC服務(wù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程過程調(diào)用，RPC服務(wù)通過自定義的RPC協(xié)議可以通過串口、網(wǎng)絡(luò)或USB等任意的數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行互聯(lián)和訪問；在該發(fā)明中，監(jiān)控系統(tǒng)(上位機(jī))通過RPC調(diào)用節(jié)電控制器的函數(shù)完成傳感器數(shù)據(jù)讀取、燈光亮度調(diào)節(jié)等動(dòng)作；節(jié)電控制器也可通過RPC主動(dòng)調(diào)用控制系統(tǒng)的函數(shù)，完成事件、狀態(tài)的提交；
(二)管理軟件采用圖形化界面，使管理都更直觀的看到路燈的實(shí)際情況；
實(shí)際使用時(shí)，將整個(gè)建筑小區(qū)分區(qū)域進(jìn)行編號(hào)，進(jìn)行照明的區(qū)域控制；可以根據(jù)路燈狀態(tài)實(shí)時(shí)判斷人車的動(dòng)向；
(三)在小區(qū)內(nèi)的某一個(gè)控制器上加裝照度傳感器，根據(jù)紫金山天文臺(tái)公布的日出日落時(shí)間，并結(jié)合照度傳感器的具體數(shù)據(jù)，在黃昏及凌晨自動(dòng)開啟或關(guān)閉小區(qū)的照明，特別是在極端天氣時(shí)，如雷雨陰天，及時(shí)開啟路燈，保證人車行進(jìn)安全；
(四)試點(diǎn)小區(qū)案例；本發(fā)明在某建筑小區(qū)進(jìn)行了試點(diǎn)使用；
使用前的情況概述:使用本發(fā)明前，小區(qū)為了節(jié)約路燈照明電費(fèi)，實(shí)行了夜間23:00由小區(qū)保安人工把所有路燈的電源關(guān)閉，雖然節(jié)約了電費(fèi)，也造成了小區(qū)居民夜間行走的極大不便；
使用本發(fā)明后的情況概述:為了解決節(jié)能與小區(qū)舒適度和安全性的矛盾，本發(fā)明在該小區(qū)進(jìn)行了試點(diǎn)使用；每支路燈加裝智能控制器一臺(tái)及紅外傳感器一個(gè)，路口根據(jù)具體情況，加裝超聲傳感器，以判斷人車行走方向；上位機(jī)(系統(tǒng)管理電腦)放在小區(qū)值班室，以便于夜間管理；控制策略為，黃昏時(shí)根據(jù)日落時(shí)間，結(jié)合照度傳感器信號(hào)，當(dāng)?shù)孛嬲斩鹊陀?0勒克斯后，路燈自動(dòng)點(diǎn)亮；夏季夜間22:00冬季21:00前，路燈全部點(diǎn)亮；夏季22:00—次日凌晨1:00冬季21:00-24:00，除路口及關(guān)鍵部位外，長直路段路燈實(shí)現(xiàn)隔一亮一；夏季1:00冬季24:00以后至日出，除關(guān)鍵出入口(大門、車庫等)路燈保持點(diǎn)亮狀態(tài)，其他路燈全部關(guān)閉，但是開啟自動(dòng)判斷功能；使用半年后，該系統(tǒng)得到了小區(qū)居民的好評(píng)，方便了少數(shù)人因事深夜回家，提高了小區(qū)內(nèi)人走安全，在節(jié)能方面，比小區(qū)夜間全部關(guān)燈的做法平均可節(jié)能10% ;有趣的是，小區(qū)保安在數(shù)次深夜，發(fā)現(xiàn)某個(gè)路燈保持常亮，及時(shí)前去查找原因，驅(qū)趕了藏匿于路邊灌木叢里的小偷，并因此抓獲了一個(gè)小偷；
實(shí)施總結(jié)
1、試點(diǎn)實(shí)施后，建筑小區(qū)內(nèi)深夜階段，人車的的行走安全性得到了極大的提高；
2、按小區(qū)路燈50支，每支150W計(jì)算，若小區(qū)夜間保持十小時(shí)常亮，電能消耗為50X150WX10=75 度;
3、實(shí)施本發(fā)明后，小區(qū)實(shí)際路燈照明用電50X150WX4+30X150WX3+20X150WX2=58.5度； 以上計(jì)算，本發(fā)明節(jié)能約30%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)建筑小區(qū)室外照明進(jìn)行智能控制的方法，其特征在于:通過本系統(tǒng)，小區(qū)管理者可以自動(dòng)或手動(dòng)地完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或者任一區(qū)域(群控)、任一線路、任一燈位的控制，可手動(dòng)隨機(jī)或自動(dòng)定時(shí)向節(jié)電控制器發(fā)出詢問指令，對(duì)各控制端的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境情況、燈光亮度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，系統(tǒng)軟件會(huì)以直觀的鳥瞰圖方式供用戶查看；系統(tǒng)可以根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)和各種環(huán)境信息捕獲功能，綜合判斷目前的環(huán)境狀況，以此調(diào)節(jié)路燈亮度(關(guān)閉、正常光照、節(jié)能模式或其它亮度)，以達(dá)到在滿足道路交通的前提下節(jié)約路燈能耗的目的；智能燈光控制器將各種光照度、人體紅外、超聲波測距等傳感器與紫金山天文臺(tái)提供的日出日落時(shí)間綜合，使路燈具備了豐富的感知能力。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的控制方法，其核心組成部分為監(jiān)控系統(tǒng)和若干基于Zigbee通訊的智能燈光控制器(以下簡稱為智能燈光控制器)。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的核心組成部分，監(jiān)控系統(tǒng)為一套上位機(jī)軟件，監(jiān)控系統(tǒng)與智能燈光控制器之間采用ZigBee無線自組織網(wǎng)絡(luò)建立通訊，使用者可以在中央監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的點(diǎn)控與線控；燈光智能管理系統(tǒng)(上位機(jī))通過ZigBee模塊可方便地與任一智能燈光控制器通訊，可以實(shí)時(shí)獲得各路燈的環(huán)境信息、路燈亮度，對(duì)路燈進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的內(nèi)容，監(jiān)控系統(tǒng)的特征在于:監(jiān)控系統(tǒng)(上位機(jī))通過RPC調(diào)用智能控制器的函數(shù)完成傳感器數(shù)據(jù)讀取、燈光亮度調(diào)節(jié)等動(dòng)作；智能控制器也可通過RPC主動(dòng)調(diào)用監(jiān)控系統(tǒng)的函數(shù)，完成事件、狀態(tài)的提交。
5.根據(jù)權(quán)利2所述的內(nèi)容,基于Zigbee通訊的智能燈光控制器(以下簡稱為智能燈光控制器)其特征在于:智能燈光控制器配有光照度傳感器、紅外傳感器、超聲波測距傳感器，通過這些傳感器智能燈光控制器可以感應(yīng)到環(huán)境的光線明暗、周圍是否有人或車輛經(jīng)過、計(jì)算駛來車輛的方向與速度，根據(jù)紫金山天文臺(tái)提供的日出日落時(shí)間表判斷日出日落情況；每個(gè)智能燈光控制器配備一個(gè)ZigBee無線自組網(wǎng)通訊模塊，并將天線置于路燈處(高處較空曠，有利于信號(hào)傳輸)，ZigBee模塊將每個(gè)路燈的智能燈光控制器組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利5所述的基于Zigbee通訊的智能燈光控制器，其嵌入式系統(tǒng)采用了ARMCotex-AS單片機(jī)作為核心處理器，該嵌入式系統(tǒng)特征在于:(I)采用搶占式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以充分利用硬件時(shí)鐘和時(shí)鐘中斷，將時(shí)間細(xì)化為極短的系統(tǒng)tick，避免時(shí)間誤差累計(jì)，以此滿足時(shí)間的精準(zhǔn)；(2)實(shí)際應(yīng)用中，需要處理器同時(shí)處理多種外部信息或事件，它們往往以中斷的形式實(shí)時(shí)通知處理器，但不同的事件有不同的緊迫程度，有的必須立即做出反應(yīng)，有的則可以延后處理；因此，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)建立了多級(jí)中斷嵌套處理機(jī)制，以確保緊迫程度較高的中斷可以得到優(yōu)先的處理；(3)采用了 RPC技術(shù)，通過RPC服務(wù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程過程調(diào)用，RPC服務(wù)通過自定義的RPC協(xié)議可以通過串口、網(wǎng)絡(luò)或USB等任意的數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行互聯(lián)和訪問。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103974489SQ201310030895
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月28日
【發(fā)明者】劉春松, 劉群, 紀(jì)巧光 申請(qǐng)人:山東先行電子信息技術(shù)有限公司