基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈進(jìn)行智能控制的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈進(jìn)行智能控制的方法及裝置，采用射頻通信的方式將路燈集中在路燈中心節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行控制，利用終端設(shè)備向服務(wù)器發(fā)送控制指令，再由服務(wù)器將控制指令發(fā)到路燈中心節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。本發(fā)明采用在每個(gè)路燈上安裝路燈控制節(jié)點(diǎn)，路燈控制節(jié)點(diǎn)通過射頻模塊與路燈中心節(jié)點(diǎn)形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，路燈中心節(jié)點(diǎn)通過GPRS無線通信模塊與遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)相互通信，它實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能路燈控制，不僅能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié)燈光亮度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路燈工作狀況，還能提供路燈故障類型報(bào)警及故障地點(diǎn)通知等功能，路燈管理員能夠通過遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)對(duì)所有路燈遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析、管理與優(yōu)化，能解決傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)互動(dòng)性差、無法自適應(yīng)調(diào)節(jié)燈光亮度等缺點(diǎn)。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈進(jìn)行智能控制的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市路燈節(jié)能【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈進(jìn)行智能控制的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國(guó)城市化建設(shè)的不斷深入，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷提高。城市道路、夜景照明已成為城市文明的標(biāo)志和城市文化的代表。在推進(jìn)城市亮化工程的進(jìn)程中，城市道路照明、燈飾工程等逐漸受到重視，照明光源和調(diào)控設(shè)備得到了空前的發(fā)展。在路燈功能增多的同時(shí)，路燈的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化越來越受到人們的重視。
[0003]目前，全國(guó)大部分城市的照明控制和管理仍采用傳統(tǒng)的模式，道路路燈和城市夜景亮化的開關(guān)由每臺(tái)箱變或配電柜獨(dú)立時(shí)鐘控制，無法做到精確的統(tǒng)一性控制和管理，除了部分實(shí)現(xiàn)了路燈變壓器的監(jiān)測(cè)外，大部分路燈設(shè)施均靠人工巡檢的傳統(tǒng)管理模式，與“分時(shí)間、分路段、分情景”的科學(xué)亮燈模式的管理目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。
[0004]此外，微電子、移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)和低功耗嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，孕育了基于物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，并以其低成本、低功耗、自組織和分布式帶來了信息感知的一場(chǎng)革命，WSN的出現(xiàn)為現(xiàn)代城市路燈控制與管理提供了新的方式和思路。
[0005]因此，探索新的路燈控制和管理方法增強(qiáng)城市路燈的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化成為當(dāng)今智能路燈控制裝置的發(fā)展趨勢(shì)，它可以有效降低城市路燈管理的難度與成本，減少能源消耗與浪費(fèi)，對(duì)今后城市照明和路燈節(jié)能將有著特別重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈進(jìn)行智能控制的方法及裝置，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)路燈的實(shí)時(shí)控制，可有效節(jié)約能耗，提高路燈的使用效率，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈進(jìn)行智能控制的方法，采用射頻通信的方式將路燈集中在路燈中心節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行控制，利用終端設(shè)備向服務(wù)器發(fā)送控制指令，再由服務(wù)器將控制指令發(fā)到路燈中心節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
[0008]基于物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈控制裝置，包括服務(wù)器，在服務(wù)器上連接有PC終端及移動(dòng)終端，服務(wù)器通過GPRS無線通信模塊與路燈中心節(jié)點(diǎn)連接，路燈中心節(jié)點(diǎn)通過射頻模塊與路燈控制節(jié)點(diǎn)連接。
[0009]路燈控制節(jié)點(diǎn)包括MCU智能控制平臺(tái)，在MCU智能控制平臺(tái)上連接有路燈亮度調(diào)節(jié)模塊、傳感器模塊和電源模塊，MCU智能控制平臺(tái)與射頻模塊連接。路燈控制節(jié)點(diǎn)根據(jù)路燈中心節(jié)點(diǎn)發(fā)來的控制信息或傳感器采集的外界亮度信息來來判斷施加路燈何種調(diào)控信號(hào)，然后將該調(diào)控信號(hào)發(fā)送給路燈亮度調(diào)節(jié)模塊。此外，路燈控制節(jié)點(diǎn)還可檢測(cè)自身的工作狀態(tài)、故障類型和故障地點(diǎn)，并向服務(wù)器發(fā)送狀態(tài)信息，以便檢修。
[0010]所述的移動(dòng)終端為智能手機(jī)或平板電腦。[0011]路燈中心節(jié)點(diǎn)是某一區(qū)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的中心管理節(jié)點(diǎn)，用于協(xié)調(diào)路燈控制節(jié)點(diǎn)與服務(wù)器間的相互通信，以及維護(hù)和管理WSN網(wǎng)絡(luò)。
[0012]GPRS無線通信模塊用來與遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)的服務(wù)器建立TCP/IP連接，能夠?qū)⒙窡糁行墓?jié)點(diǎn)以下各路燈節(jié)點(diǎn)的信息以IP數(shù)據(jù)報(bào)文的形式發(fā)給服務(wù)器，也能接收服務(wù)器發(fā)來的控制信息。
[0013]射頻模塊用來與各路燈控制節(jié)點(diǎn)建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，以便接收各路燈控制節(jié)點(diǎn)的信息和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器發(fā)來的控制信息到各個(gè)路燈控制節(jié)點(diǎn)。
[0014]服務(wù)器是一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制中心的設(shè)備，路燈管理員只需登錄Internet，運(yùn)行智能路燈控制程序，即可實(shí)時(shí)了解路燈運(yùn)行過程以及相關(guān)路燈狀態(tài)信息；路燈管理員可通過PC終端或手持終端向路燈中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送相關(guān)路燈控制命令，進(jìn)而控制運(yùn)行在此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)路燈。
[0015]由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用在每個(gè)路燈上安裝路燈控制節(jié)點(diǎn)，路燈控制節(jié)點(diǎn)通過射頻模塊與路燈中心節(jié)點(diǎn)形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，路燈中心節(jié)點(diǎn)通過GPRS無線通信模塊與遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)相互通信，它實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)智能路燈控制，不僅能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié)燈光亮度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路燈工作狀況，還能提供路燈故障類型報(bào)警及故障地點(diǎn)通知等功能，路燈管理員能夠通過遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)對(duì)所有路燈遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析、管理與優(yōu)化，能解決傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)互動(dòng)性差、無法自適應(yīng)調(diào)節(jié)燈光亮度等缺點(diǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，成本低廉，安裝方便，使用效果十分理想。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明的路燈控制節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3為本發(fā)明的遠(yuǎn)程控制端的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的實(shí)施例:基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈進(jìn)行智能控制的方法，采用射頻通信的方式將路燈集中在路燈中心節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行控制，利用終端設(shè)備向服務(wù)器發(fā)送控制指令，再由服務(wù)器將控制指令發(fā)到路燈中心節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
[0018]基于物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈控制裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括服務(wù)器5，在服務(wù)器5上連接有PC終端6及移動(dòng)終端7，服務(wù)器5通過GPRS無線通信模塊4與路燈中心節(jié)點(diǎn)2連接，路燈中心節(jié)點(diǎn)2通過射頻模塊3與路燈控制節(jié)點(diǎn)I連接；路燈控制節(jié)點(diǎn)I包括MCU智能控制平臺(tái)8，在MCU智能控制平臺(tái)8上連接有路燈亮度調(diào)節(jié)模塊9、傳感器模塊10和電源模塊11，MCU智能控制平臺(tái)8與射頻模塊3連接；所述的移動(dòng)終端7為智能手機(jī)或平板電腦。將路燈12連接路燈亮度調(diào)節(jié)模塊9上。
[0019]MCU智能控制平臺(tái)8采用了 STC89C52RC微控制器，STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，在路燈控制電路中，STC89C52RC完全符合要求，并且節(jié)能、廉價(jià)。
[0020]路燈亮度調(diào)節(jié)模塊9采用了 BU323Z達(dá)林頓管、SRD-05VDC-SL-C繼電器、KBPC3510整流橋堆以及相關(guān)外圍電路。BU323Z達(dá)林頓管集電極與發(fā)射極耐壓350V，集電極額定電流IOA以上，具有高耐壓、大功率等特點(diǎn)，在電壓、電流和功率上均符合普通路燈的要求。
[0021]射頻模塊3采用了 NRF905無線收發(fā)器，該無線收發(fā)器由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器等組成。具有自動(dòng)完成處理字頭和CRC (循環(huán)冗余碼校驗(yàn))以及由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼/解碼的功能。與現(xiàn)有的ZigBee、藍(lán)牙等無線技術(shù)相比，NRF905射頻無線通信有如下優(yōu)勢(shì):無復(fù)雜的協(xié)議棧，底層工作由硬件完成，應(yīng)用簡(jiǎn)單，整體性能突出等。
[0022]傳感器模塊10采用了 DS18B20溫度傳感器、光敏傳感器、PCF8591數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和相關(guān)外圍電路構(gòu)成。溫度傳感器與微處理器連接時(shí)僅需一個(gè)IO接口，通過它可以消除光敏電阻隨著溫度的變化而產(chǎn)生的誤差。光敏電阻用來測(cè)量光強(qiáng)度的大小，選取兩個(gè)光敏電阻可以減小測(cè)量誤差，在其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)仍可繼續(xù)工作。PCF8591數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，可把光敏電阻檢測(cè)的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過I2C總線傳給STC89C52RC微控制器處理。
[0023]電源模塊11由變壓器、電源管理芯片、穩(wěn)壓芯片和相關(guān)外圍電路構(gòu)成，可將220V市電轉(zhuǎn)化為5V、3.3V，保證各節(jié)點(diǎn)模塊的供電需求。
[0024]服務(wù)器5用.Net framework 4.0開發(fā)框架進(jìn)行開發(fā),其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議用的是TCP/IP底層協(xié)議，開發(fā)工具是Visual Studio 2010,開發(fā)語言是C#。
[0025]路燈中心節(jié)點(diǎn)2采用STC89C52RC微處理器。
[0026]本實(shí)施例中，沒有專門提及的組成模塊均可采用具有其相應(yīng)功能的市售產(chǎn)品。
[0027]路燈控制節(jié)點(diǎn)I的結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)上電初始化后，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路燈控制節(jié)點(diǎn)通過NRF905無線模塊3與路燈中心節(jié)點(diǎn)2形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)相互間的信息交換。傳感器模塊10采集路燈12運(yùn)行中的外界光線強(qiáng)度、溫度等狀態(tài)信息，然后將信息送至MCU智能控制平臺(tái)8，經(jīng)計(jì)算、分析后MCU輸出亮度調(diào)節(jié)信號(hào)至路燈亮度調(diào)節(jié)模塊9。
[0028]MCU智能控制平臺(tái)8輸出的PWM亮度調(diào)節(jié)信號(hào)，采用電流調(diào)制方式，經(jīng)過三極管放大、電容濾波后形成一個(gè)穩(wěn)定的直流電流，該電流大小隨單片機(jī)輸出的脈沖寬度的改變而改變，把這個(gè)電流(Ibe)加到達(dá)林頓的基極，驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管，控制通過達(dá)林頓管的高壓電流(Ice)大小，即可實(shí)現(xiàn)小電流驅(qū)動(dòng)大電流，即小功率控制大功率的效果。通過調(diào)節(jié)微處理器輸出脈沖電流的占空比，可以精確而平滑地控制通過達(dá)林頓的高壓電流，也即是燈泡的電流，從而達(dá)到精確、平滑控制路燈的功率。
[0029]路燈中心節(jié)點(diǎn)2用于協(xié)調(diào)路燈控制節(jié)點(diǎn)I與服務(wù)器5之間的信息傳遞，路燈中心節(jié)點(diǎn)2上電初始化后與遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)的服務(wù)器5建立TCP/IP連接，接著向各個(gè)路燈控制節(jié)點(diǎn)I發(fā)送TDMA同步信號(hào)，并在規(guī)定的時(shí)幀內(nèi)接收各路燈節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)出入緩存，等待2s后以TCP/IP報(bào)文發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器5。當(dāng)有檢測(cè)到服務(wù)器5發(fā)送來的TCP/IP報(bào)文時(shí)，將數(shù)據(jù)下載到NRF905無線模塊3的發(fā)送緩沖區(qū)，隨TDMA同步信號(hào)發(fā)送至各路燈控制節(jié)點(diǎn)I執(zhí)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈12的控制。
[0030]遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)包括服務(wù)器5、PC終端6和手持終端7(本實(shí)施例為裝有Android系統(tǒng)的智能手機(jī)或平板電腦)，通過GPRS無線通信模塊4實(shí)現(xiàn)與路燈中心節(jié)點(diǎn)2的通信，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。服務(wù)器5需要有效的對(duì)外IP地址，開啟服務(wù)器后，首先與路燈中心節(jié)點(diǎn)2建立聯(lián)系，當(dāng)接收到終端的請(qǐng)求數(shù)據(jù)后,解析并判斷出請(qǐng)求類型,作相應(yīng)的處理,并將處理結(jié)果更新到路燈中心節(jié)點(diǎn)2的信息緩存中。
[0031]PC終端6和手持終端7運(yùn)行在Windows平臺(tái)或者Android平臺(tái)的終端上，用于數(shù)據(jù)收發(fā)，數(shù)據(jù)處理和界面交互。終端運(yùn)行后首先與服務(wù)器5建立連接，當(dāng)服務(wù)器5收到終端的請(qǐng)求信息后，處理并將請(qǐng)求結(jié)果發(fā)送至終端。用戶通過終端界面了解路燈控制節(jié)點(diǎn)I采集到的相關(guān)信息，從而根據(jù)需要去遠(yuǎn)程控制路燈12。當(dāng)路燈12出現(xiàn)故障時(shí)，終端軟件提醒用戶路燈存在的故障類型以及故障地點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈進(jìn)行智能控制的方法，其特征在于:采用射頻通信的方式將路燈集中在路燈中心節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行控制，利用終端設(shè)備向服務(wù)器發(fā)送控制指令，再由服務(wù)器將控制指令發(fā)到路燈中心節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
2.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈控制裝置，包括服務(wù)器(5)，其特征在于:在服務(wù)器(5)上連接有PC終端(6 )及移動(dòng)終端(7 )，服務(wù)器(5 )通過GPRS無線通信模塊(4 )與路燈中心節(jié)點(diǎn)(2 )連接，路燈中心節(jié)點(diǎn)(2 )通過射頻模塊(3 )與路燈控制節(jié)點(diǎn)(I)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈控制裝置，其特征在于:路燈控制節(jié)點(diǎn)(I)包括MCU智能控制平臺(tái)(8)，在MCU智能控制平臺(tái)(8)上連接有路燈亮度調(diào)節(jié)模塊(9 )、傳感器模塊(10 )和電源模塊(11)，MCU智能控制平臺(tái)(8 )與射頻模塊(3 )連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈控制裝置，其特征在于:所述的移動(dòng)終端(7)為智能手機(jī)或平板電腦。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103974514SQ201410229898
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】劉紫燕, 馮麗, 馮亮, 羅厚德, 楊揚(yáng), 楊通杰, 胡紅博 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)