專利名稱：目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，具體是一種目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
城市公共照明是城市設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，提高市民的日常生活質(zhì)量起著日益重要的作用，城市照明用電在整個(gè)照明用電中所占的比例也日益趨高，在大力提倡低碳環(huán)保的今天，城市公共照明的管理面臨著較大挑戰(zhàn)。已于2012年I月4日公開的CN102307417A的中國發(fā)明專利申請(qǐng)《目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)》能夠保證行人車輛行駛時(shí)照明的亮度，又能在后半夜車稀人少時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的實(shí)時(shí)控制，具有明顯的節(jié)能效果，但仍然不具備遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和管理功能。目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從中可以計(jì)算、分析出如用電量、用電方式、故障報(bào)警等有用信息。但大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如全部直接發(fā)送到遠(yuǎn)程路燈管理中心，既延遲了處理時(shí)間又耗費(fèi)網(wǎng)絡(luò)流量，既不經(jīng)濟(jì)也不實(shí)用，這種管理控制方式效率低下，顯然不符合節(jié)能環(huán)保理念。公開號(hào)為201601867U，
公開日為2010年10月6日的中國實(shí)用新型專利《基于物聯(lián)網(wǎng)的路燈節(jié)能與管理系統(tǒng)》公開了設(shè)置有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)且可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的基于物聯(lián)網(wǎng)的路燈節(jié)能與管理系統(tǒng)，包括設(shè)置于路燈上的路燈監(jiān)控終端、RTU遠(yuǎn)程終端單元和實(shí)現(xiàn)無線通信的移動(dòng)通信基站；公開號(hào)為101494940，
公開日為2009年7月29日的中國發(fā)明專利《一種路燈管理控制裝置》公開了對(duì)單個(gè)路燈實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)節(jié)、狀態(tài)監(jiān)測、日常業(yè)務(wù)管理和線纜防盜報(bào)警的管控系統(tǒng)組成模塊及功能；公開號(hào)為101583219，
公開日為2009年11月18日的中國發(fā)明專利《LED路燈控制器》涉及一種對(duì)LED路燈通過ZigBee和GPRS對(duì)路燈實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測和控制的控制器，公開了硬件模塊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。而本發(fā)明針對(duì)光伏一體、目標(biāo)跟蹤分段供電路燈進(jìn)行監(jiān)控管理，通過無線射頻或電力載波通信對(duì)鄰近多區(qū)段路燈進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、初步分析統(tǒng)計(jì)，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析、高速率大容量存儲(chǔ)和進(jìn)行路燈控制，通過GPRS與遠(yuǎn)程路燈管理中心進(jìn)行少量必要數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明不但公開了具體的電路元器件實(shí)現(xiàn)方案，還公開了系統(tǒng)具體功能模塊和工作流程、監(jiān)控的具體內(nèi)容和詳細(xì)參數(shù)指標(biāo)，公開了包括通信地址、通信指令編碼在內(nèi)的具體通信協(xié)議，公開了實(shí)時(shí)管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及輪詢方法。前述已公開的專利均不具備或沒有公開這些內(nèi)容，也不具備本發(fā)明所具有的明顯效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠同時(shí)對(duì)鄰近多個(gè)區(qū)段的光伏一體、目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)采集、處理和控制的便攜式系統(tǒng)。本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，包括微處理器、與微處理器通過串口擴(kuò)展模塊連接的LCD液晶顯示接口和串行打印機(jī)接口、串行鍵盤接口、外部存儲(chǔ)模塊、內(nèi)部存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘同步模塊、GPRS模塊、無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊；所述無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊與目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)相連接，根據(jù)所控制的路燈系統(tǒng)具體情況選擇兩種方式中的一種，進(jìn)行通信；所述GPRS模塊與遠(yuǎn)程路燈管理中心相連接；
前述IXD液晶顯示接口，串行打印機(jī)接口和鍵盤接口，用以實(shí)現(xiàn)和用戶之間的人機(jī)交
互；
前述內(nèi)部存儲(chǔ)模塊分別采用串行SRAM芯片X24C45和Flash芯片AT25FS040與微處理器連接，為系統(tǒng)提供靜態(tài)內(nèi)存和程序代碼；
前述外部存儲(chǔ)模塊采用串行SD卡與微處理器連接，用于存儲(chǔ)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)結(jié)果；
前述時(shí)鐘同步模塊采用時(shí)鐘日歷芯片DS12C887，用于對(duì)路燈提供時(shí)間基準(zhǔn)，進(jìn)行時(shí)鐘
同步管理；
前述GPRS模塊通過公網(wǎng)提供的GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與遠(yuǎn)程路燈管理中心進(jìn)行通信，并采用MC35i芯片與微處理器的串口 UARTO連接，完成微處理器與遠(yuǎn)程路燈管理中心之間的通信；前述無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)之間通信協(xié)議的定義和維護(hù)，通信端口管理、通信數(shù)據(jù)的接收解碼與發(fā)送編碼；
前述外部存儲(chǔ)模塊、內(nèi)部存儲(chǔ)模塊、無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊均通過SPI總線方式與微處理器之間傳送指令和數(shù)據(jù)；
前述微處理器采用ATMegal28單片機(jī)，其內(nèi)部軟件功能模塊包括:
實(shí)時(shí)信息采集模塊:采集用電方式及耗電量、故障報(bào)警數(shù)據(jù)，建立實(shí)時(shí)狀態(tài)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用輪詢算法實(shí)時(shí)輪詢；
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊:路燈狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，用電方式統(tǒng)計(jì)和故障分析；
數(shù)據(jù)查詢模塊:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢和歷史狀態(tài)查詢；
數(shù)據(jù)輸出模塊:以數(shù)據(jù)記錄形式顯示數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以文件形式導(dǎo)出或打印指定數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果；
路燈控制模塊:工作模式控制，用電方式控制和目標(biāo)跟蹤與分段供電參數(shù)調(diào)整；
前述數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)及控制信息存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)介質(zhì)中，并通過GPRS模塊向遠(yuǎn)程路燈管理中心發(fā)送數(shù)據(jù)。前述的串口擴(kuò)展模塊采用TL16C554芯片擴(kuò)展出多個(gè)串口 ；
前述無線射頻通信模塊采用nRF24Zl芯片，包括無線射頻發(fā)射模塊和無線射頻接收模塊，采用2.4GHz微波ISM頻段無線收發(fā)信號(hào)；所述電力載波通信模塊內(nèi)部包括電力載波發(fā)送與接收電路。前述的外部存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)內(nèi)容包括路燈地址信息，實(shí)時(shí)耗電量，耗電量統(tǒng)計(jì)，狀態(tài)記錄，報(bào)警記錄。前述的無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊內(nèi)部設(shè)定有記錄移動(dòng)目標(biāo)經(jīng)過兩個(gè)路燈之間的時(shí)間計(jì)數(shù)器。前述的路燈控制模塊中的工作模式控制包括常明模式和自動(dòng)跟蹤模式控制，用電方式控制包括光伏用電和市電用電控制，照明參數(shù)包括預(yù)點(diǎn)燈時(shí)間、延遲滅燈時(shí)間、前方點(diǎn)亮盞數(shù)、后方點(diǎn)亮盞數(shù)及預(yù)留參數(shù)。前述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊的統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括:
從實(shí)時(shí)點(diǎn)燈信息中計(jì)算用戶指定的時(shí)間段內(nèi)的點(diǎn)燈次數(shù)、點(diǎn)燈時(shí)間長度、點(diǎn)燈占比等統(tǒng)計(jì)信息；
對(duì)實(shí)時(shí)用電方式統(tǒng)計(jì)，分別統(tǒng)計(jì)光伏用電量和市電用電量，計(jì)算光伏用電和市電用電的比例；
對(duì)實(shí)時(shí)路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與參數(shù)指標(biāo)對(duì)比，判斷路燈工作狀態(tài)是否異常，按期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；
對(duì)實(shí)時(shí)故障報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間段內(nèi)各目標(biāo)跟蹤分段供電路燈故障類型、次數(shù)。前述的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的通信協(xié)議包括通信地址、通信指令；
前述的通信地址為通信雙方的地址編碼，共12位二進(jìn)制碼，由區(qū)段地址和段內(nèi)地址碼組成，范圍為0x00(T0xFFF ;包括OxFFF:十字路口路燈地址；
OxExx:最高四位為1110開頭的地址為預(yù)留地址，不分配給任何區(qū)段；
OxEEE:轄區(qū)內(nèi)所有區(qū)段的路燈廣播地址；
OxE+四位段號(hào)+0000:最高四位為1110開頭、中間四位為區(qū)段地址、最后四位為零的地址為指定區(qū)段內(nèi)的廣播地址，稱為局域廣播地址；
0x000:數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)地址；
余下地址用于所轄區(qū)段內(nèi)單盞路燈的地址；
前述的通信指令總長度為144位，其中前導(dǎo)碼字段8位，源地址和目標(biāo)地址字段各12位，指令類型字段8位，數(shù)據(jù)位長度字段8位，數(shù)據(jù)位及填充位字段共96位，校驗(yàn)碼8位。前述的通信指令包括數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)對(duì)單個(gè)路燈發(fā)送指令和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)對(duì)批量路燈發(fā)送指令。前述的實(shí)時(shí)信息采集模塊建立實(shí)時(shí)狀態(tài)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括區(qū)段地址鏈表、段內(nèi)地址鏈表及路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)表；
所述區(qū)段地址鏈表的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)指向該區(qū)段段內(nèi)地址鏈表的頭節(jié)點(diǎn)；
所述段內(nèi)地址鏈表的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)指向路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)表的一條記錄；
所述路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)表由索引、輪詢次數(shù)、發(fā)送時(shí)間、狀態(tài)判斷、收到應(yīng)答及輪詢參數(shù)字段構(gòu)成。前述的輪詢算法設(shè)置最大輪詢次數(shù)。前述的輪詢算法按區(qū)段地址鏈表和各段內(nèi)地址鏈表遍歷每個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)路燈發(fā)送輪詢請(qǐng)求指令，并在路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)表中建立一條記錄，記錄第幾次發(fā)送輪詢和發(fā)送時(shí)間；收到來自路燈的輪詢應(yīng)答信息，則記錄收到的相關(guān)參數(shù)信息，并作狀態(tài)判斷，然后開始對(duì)下一路燈進(jìn)行輪詢請(qǐng)求，如超時(shí)未收到應(yīng)答，則記錄未收到應(yīng)答，如發(fā)送次數(shù)尚未超過最大輪詢次數(shù)，則再次發(fā)送輪詢請(qǐng)求指令給該路燈；如已經(jīng)達(dá)到最大輪詢次數(shù)，則不再等待，狀態(tài)判定為“系統(tǒng)無反應(yīng)”，開始對(duì)下一路燈發(fā)送輪詢請(qǐng)求。
前述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)部設(shè)有時(shí)間間隔參數(shù)，用于按時(shí)將輪詢發(fā)現(xiàn)的異常信息和收到的報(bào)警信息交給GPRS模塊發(fā)送給遠(yuǎn)程路燈管理中心的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
(O數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)專門針對(duì)光伏一體、目標(biāo)跟蹤分段供電智能路燈進(jìn)行監(jiān)控，為便攜式設(shè)計(jì)，方便采集和處理鄰近多區(qū)段路燈運(yùn)行產(chǎn)生的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，高速率大容量本地存儲(chǔ)，只在必要時(shí)將重要數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送給遠(yuǎn)程路燈管理中心，縮短傳輸和處理時(shí)間，節(jié)約公網(wǎng)流量和費(fèi)用；
(2)系統(tǒng)根據(jù)交通情況和用戶要求，快速調(diào)整鄰近多區(qū)段光伏一體、目標(biāo)跟蹤分段供電智能路燈的工作模式、用電方式、設(shè)置預(yù)點(diǎn)燈時(shí)間、延遲滅燈時(shí)間等參數(shù)，適時(shí)針對(duì)不同目標(biāo)的移動(dòng)速度而調(diào)整所需要點(diǎn)亮的路燈數(shù)量；
(3)便于遠(yuǎn)程快速查詢智能路燈歷史狀態(tài)和進(jìn)行故障分析，對(duì)交通經(jīng)常擁堵或特別稀疏的區(qū)段，可對(duì)個(gè)別路燈內(nèi)的時(shí)間計(jì)數(shù)器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交通照明管理和節(jié)能的雙重要求，從而節(jié)約電能，節(jié)約人力財(cái)力，提高照明系統(tǒng)管理效率；
(4)與目標(biāo)跟蹤分段供電路燈之間的通信采用形式統(tǒng)一、功能靈活的通信協(xié)議，路燈通信地址按區(qū)段地址和段內(nèi)地址編碼，共為12位二進(jìn)制碼，其中預(yù)留了特殊用途的地址；數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)既可以對(duì)單個(gè)路燈發(fā)送指令，也可以對(duì)批量路燈發(fā)送指令，指令格式總長度為144位；
(5)系統(tǒng)使用特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，可以對(duì)所轄路燈按區(qū)段進(jìn)行創(chuàng)建和刪除，根據(jù)路燈地址容易找到路燈對(duì)應(yīng)的鏈表成員和查詢相關(guān)參數(shù)信息，實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)分段供電路燈照明系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障，適應(yīng)本照明系統(tǒng)的分區(qū)段管理特點(diǎn)，
管理效率高；
(6)采用輪詢算法，并設(shè)定最大輪詢值，減輕系統(tǒng)處理大量路燈地址和輪詢信息的內(nèi)存消耗和處理器開銷，加快處理每個(gè)輪詢節(jié)點(diǎn)的效率，大大減化生成和管理輪詢路燈數(shù)據(jù)的操作，節(jié)省操作用時(shí)和內(nèi)存空間；
(7)系統(tǒng)為用戶提供了鍵盤輸入、IXD液晶輸出、打印輸出接口，便于顯示和導(dǎo)出數(shù)據(jù)，與用戶交互；并預(yù)留了串口擴(kuò)展接口，便于系統(tǒng)功能升級(jí)；系統(tǒng)與智能路燈的通信提供多種連接方式可選擇；
(8)系統(tǒng)采用基于AVRRISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器單片機(jī)ATmegal28，由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmegal28的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)I MIPS/MHz，大大緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，系統(tǒng)從而功耗小、效率高、成本低，更為環(huán)保節(jié)能。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來詳細(xì)說明本發(fā)明；
圖1為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖2為本發(fā)明各功能模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3為本發(fā)明系統(tǒng)串口擴(kuò)展模塊與微處理器的連接示意 圖4為本發(fā)明系統(tǒng)GPRS模塊與微處理器連接 圖5為本發(fā)明系統(tǒng)SPI串行總線連接方式示意 圖6為本發(fā)明數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖； 圖7為本發(fā)明通信指令格式示意 圖8為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)發(fā)往目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的通信指令格式列舉示意 圖9為本發(fā)明目標(biāo)跟蹤分段供電路燈發(fā)往數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的通信指令格式列舉示意 圖10為本發(fā)明實(shí)時(shí)狀態(tài)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意 圖11為本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程 圖12為本發(fā)明系統(tǒng)與所轄路燈之間的通信過程框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，包括微處理器，與微處理器通過串口擴(kuò)展模塊連接的IXD液晶顯示接口和串行打印機(jī)接口、串行鍵盤接口、GPRS模塊、外部存儲(chǔ)模塊、內(nèi)部存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘同步模塊、無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊；無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊與目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)相連接，根據(jù)所控制的路燈系統(tǒng)具體情況選擇兩種方式中的一種，進(jìn)行通信；GPRS模塊與遠(yuǎn)程路燈管理中心相連接。微處理器的功能模塊包括:
實(shí)時(shí)信息采集模塊:建立實(shí)時(shí)狀態(tài)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采集用電方式及耗電量、采用輪詢算法實(shí)時(shí)輪詢和故障報(bào)警數(shù)據(jù)；具體為按照預(yù)定的通信協(xié)議，系統(tǒng)與所轄區(qū)域內(nèi)各目標(biāo)跟蹤分段供電路燈通信，接收各路燈系統(tǒng)發(fā)送來的點(diǎn)燈信號(hào)、路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)、用電方式及耗電量數(shù)據(jù)、故障報(bào)警數(shù)據(jù)，并將收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過通信模塊解析后按設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寫入存儲(chǔ)介質(zhì)；實(shí)時(shí)信息采集模塊內(nèi)部還設(shè)有時(shí)間間隔參數(shù)，用于按時(shí)將輪詢發(fā)現(xiàn)的異常信息和收到的報(bào)警信息交給GPRS模塊發(fā)送給遠(yuǎn)程路燈管理中心，每經(jīng)過設(shè)定的時(shí)間間隔，系統(tǒng)查看有無異常信息和報(bào)警信息需要發(fā)送，如沒有則不發(fā)送；
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊:路燈狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，用電方式統(tǒng)計(jì)和故障分析；具體包括:從實(shí)時(shí)點(diǎn)燈信息中計(jì)算用戶指定的時(shí)間段內(nèi)的點(diǎn)燈次數(shù)、點(diǎn)燈時(shí)間長度、點(diǎn)燈占比統(tǒng)計(jì)信息；對(duì)實(shí)時(shí)用電方式統(tǒng)計(jì)，分別統(tǒng)計(jì)光伏用電量和市電用電量，計(jì)算光伏用電和市電用電的比例；對(duì)實(shí)時(shí)路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與參數(shù)指標(biāo)對(duì)比，判斷路燈工作狀態(tài)是否異常，按期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，路燈狀態(tài)包括溫度、濕度、光通量、功率、工作狀態(tài)；對(duì)實(shí)時(shí)故障報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間段內(nèi)各目標(biāo)跟蹤分段供電路燈故障類型、次數(shù)；
數(shù)據(jù)查詢模塊:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢和歷史狀態(tài)查詢；包括點(diǎn)滅燈、用電方式、用電量統(tǒng)計(jì)、功率、溫濕度、光通量等查詢；
數(shù)據(jù)輸出模塊:以數(shù)據(jù)記錄形式顯示數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以文件形式導(dǎo)出或打印指定數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果；
路燈控制模塊:工作模式控制，用電方式控制和目標(biāo)跟蹤與分段供電參數(shù)調(diào)整；其中工作模式控制包括常明模式和自動(dòng)跟蹤模式控制，用電方式控制包括光伏用電和市電用電控制，照明參數(shù)包括預(yù)點(diǎn)燈時(shí)間、延遲滅燈時(shí)間、前方點(diǎn)亮蓋數(shù)、后方點(diǎn)亮蓋數(shù)及預(yù)留參數(shù)。如圖3所示，以ATMegal28單片機(jī)作為微處理器，選用一片TL16C554芯片作為串口擴(kuò)展模塊擴(kuò)展出4個(gè)串口，其中為LCD液晶顯示接口、串行打印機(jī)接口提供兩個(gè)串口，以實(shí)現(xiàn)和用戶之間的人機(jī)交互，另外兩個(gè)串口為功能擴(kuò)展預(yù)留；采用兩片八位串行輸入/并行輸出移位寄存器74HC164芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換，分別與LCD芯片JM240128A的接口和串行打印機(jī)的數(shù)據(jù)總線接口連接，以節(jié)省數(shù)據(jù)輸出端口 ；外部鍵盤與單片機(jī)的4個(gè)I/O 口連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和用戶之間的人機(jī)交互。時(shí)鐘同步模塊采用時(shí)鐘日歷芯片DS12C887，用于對(duì)路燈提供時(shí)間基準(zhǔn)，進(jìn)行時(shí)鐘
同步管理。如圖4所示，GPRS模塊通過公網(wǎng)提供的GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與遠(yuǎn)程路燈管理中心進(jìn)行通信，并采用MC35i芯片與微處理器的串口連接，完成微處理器與遠(yuǎn)程路燈管理中心通信，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)及控制信息可以存儲(chǔ)在系統(tǒng)外部存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)介質(zhì)中，也可以通過GPRS向管理中心發(fā)送。無線射頻通信模塊采用nRF24Zl芯片，電力載波通信模塊內(nèi)部包括電力載波發(fā)送與接收電路，根據(jù)路燈具體配置，本發(fā)明選用的無線射頻通信模塊，其包括無線射頻發(fā)射模塊和無線射頻接收模塊，采用2.4GHz微波ISM頻段無線收發(fā)信號(hào)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)之間通信協(xié)議的定義和維護(hù)，通信端口管理、通信數(shù)據(jù)的接收解碼與發(fā)送編碼。無線射頻通信模塊內(nèi)部還設(shè)定有記錄移動(dòng)目標(biāo)經(jīng)過兩個(gè)路燈之間的時(shí)間計(jì)數(shù)器，可以適時(shí)針對(duì)不同目標(biāo)的移動(dòng)速度而調(diào)整所需要點(diǎn)亮的路燈數(shù)量，對(duì)交通經(jīng)常擁堵或特別稀疏的區(qū)段，可對(duì)個(gè)別路燈內(nèi)的時(shí)間計(jì)數(shù)器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交通和節(jié)能的雙重要求。如圖5所示，微處理器的MISO、MOSI, CS、SCLK引腳提供SPI串行總線接口，內(nèi)部存儲(chǔ)模塊分別采用串行SRAM芯片X24C45和串行Flash芯片AT25FS040、外部存儲(chǔ)模塊采用串行SD卡模塊，無線射頻通信模塊采用nRF24Zl芯片，均與微處理器SPI串行總線連接傳送數(shù)據(jù)和指令。如圖6所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為:
1)路燈地址信息:存儲(chǔ)路燈通信地址，包括路燈序號(hào)、區(qū)段地址和段內(nèi)地址；
2)實(shí)時(shí)耗電信息:存儲(chǔ)路燈實(shí)時(shí)用電量信息，包括燈號(hào)、發(fā)送日期、發(fā)送時(shí)間、用電方式、用電量；
3)用電量統(tǒng)計(jì)信息:統(tǒng)計(jì)每日路燈用電量信息，包括燈號(hào)、日期、用電方式、用電量；
4)狀態(tài)記錄信息:對(duì)輪詢異常信息的記錄，包括燈號(hào)、日期、時(shí)間、狀態(tài)判斷(無應(yīng)答、具體參數(shù)異常等);
5)報(bào)警信息:記錄目標(biāo)跟蹤分段供電路燈主動(dòng)報(bào)警信息，包括燈號(hào)、日期、報(bào)警時(shí)間、參數(shù)值(溫度、濕度、功率、光通量等參數(shù)異常)、狀態(tài)判斷等；
數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的通信分為數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)發(fā)往目標(biāo)跟蹤分段供電路燈，目標(biāo)跟蹤分段供電路燈發(fā)往目標(biāo)跟蹤分段供電路燈兩類；系統(tǒng)與目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的通信協(xié)議具體包括通信地址和通信指令，通信指令包括指令類型和指令格式；
I)通信地址一通信雙方的地址編碼，共12位二進(jìn)制碼，由區(qū)段地址和段內(nèi)地址碼組成，范圍為0x00(T0xFFF，其中包含特殊用途地址:
OxFFF:十字路口路燈地址；
OxExx:最高四位為1110開頭的地址預(yù)留，不分配給任何區(qū)段路燈；OxEEE:轄區(qū)內(nèi)所有區(qū)段的路燈廣播地址；
OxE+四位段號(hào)+0000:最高四位為1110開頭、中間四位為區(qū)段地址、最后四位為零的地址為指定區(qū)段內(nèi)的廣播地址，稱為局域廣播地址；
0x000:數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)地址；
余下地址用于所轄區(qū)段內(nèi)單盞路燈的地址。2)通信指令類型——如表I所列，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)發(fā)送給目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的指令包括數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)對(duì)單個(gè)路燈發(fā)送指令和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)對(duì)批量路燈發(fā)送指令，其中路燈地址修改指令和供電參數(shù)修改指令為數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)批量發(fā)送給路燈的指令，其余均為發(fā)送給指定的單個(gè)路燈，批量發(fā)送的指令目標(biāo)跟蹤分段供電路燈不需要答復(fù)。表I指令及類型編碼
權(quán)利要求
1.目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:包括微處理器、與微處理器通過串口擴(kuò)展模塊連接的LCD液晶顯示接口和串行打印機(jī)接口、串行鍵盤接口、夕卜部存儲(chǔ)模塊、內(nèi)部存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘同步模塊、GPRS模塊、無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊；所述無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊與目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)相連接，根據(jù)所控制的路燈系統(tǒng)具體情況選擇兩種方式中的一種，進(jìn)行通信；所述GPRS模塊與遠(yuǎn)程路燈管理中心相連接； 所述IXD液晶顯示接口，串行打印機(jī)接口和鍵盤接口，用以實(shí)現(xiàn)和用戶之間的人機(jī)交互； 所述內(nèi)部存儲(chǔ)模塊分別采用串行SRAM芯片X24C45和Flash芯片AT25FS040與微處理器連接，為系統(tǒng)提供靜態(tài)內(nèi)存和程序代碼； 所述外部存儲(chǔ)模塊采用串行SD卡與微處理器連接，用于存儲(chǔ)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)結(jié)果； 所述時(shí)鐘同步模塊采用時(shí)鐘日歷芯片DS12C887，用于對(duì)路燈提供時(shí)間基準(zhǔn)，進(jìn)行時(shí)鐘同步管理；所述GPRS模塊通過公網(wǎng)提供的GPRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與遠(yuǎn)程路燈管理中心進(jìn)行通信，并采用MC35i芯片與微處理器的串口 UARTO連接，完成微處理器與遠(yuǎn)程路燈管理中心之間的通信；所述無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)之間通信協(xié)議的定義和維護(hù)，通信端口管理、通信數(shù)據(jù)的接收解碼與發(fā)送編碼； 所述外部存儲(chǔ)模塊、內(nèi)部存儲(chǔ)模塊、無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊均通過SPI總線方式與微處理器之間傳送指令和數(shù)據(jù)； 所述微處理器采用ATMegal28單片機(jī)，其內(nèi)部功能模塊包括: 實(shí)時(shí)信息采集模塊:采集用電方式及耗電量、故障報(bào)警數(shù)據(jù)，建立實(shí)時(shí)狀態(tài)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用輪詢算法實(shí)時(shí)輪詢； 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊:路燈狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，用電方式統(tǒng)計(jì)和故障分析； 數(shù)據(jù)查詢模塊:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢和歷史狀態(tài)查詢； 數(shù)據(jù)輸出模塊:以數(shù)據(jù)記錄形式顯示數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以文件形式導(dǎo)出或打印指定數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果； 路燈控制模塊:工作模式控制，用電方式控制和目標(biāo)跟蹤與分段供電參數(shù)調(diào)整； 所述數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)及控制信息存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)介質(zhì)中，并通過GPRS模塊向遠(yuǎn)程路燈管理中心發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述串口擴(kuò)展模塊采用TL16C554芯片擴(kuò)展出多個(gè)串口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述無線射頻通信模塊采用nRF24Zl芯片，包括無線射頻發(fā)射模塊和無線射頻接收模塊，采用2.4GHz微波ISM頻段無線收發(fā)信號(hào)；所述電力載波通信模塊內(nèi)部包括電力載波發(fā)送與接收電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊內(nèi)部設(shè)定有記錄移動(dòng)目標(biāo)經(jīng)過兩個(gè)路燈之間的時(shí)間計(jì)數(shù)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述路燈控制模塊中的工作模式控制包括常明模式和自動(dòng)跟蹤模式控制，用電方式控制包括光伏用電和市電用電控制，照明參數(shù)包括預(yù)點(diǎn)燈時(shí)間、延遲滅燈時(shí)間、前方點(diǎn)亮盞數(shù)、后方點(diǎn)亮蓋數(shù)及預(yù)留參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括: 從實(shí)時(shí)點(diǎn)燈信息中計(jì)算用戶指定的時(shí)間段內(nèi)的點(diǎn)燈次數(shù)、點(diǎn)燈時(shí)間長度、點(diǎn)燈占比統(tǒng)計(jì)信息； 對(duì)實(shí)時(shí)用電方式統(tǒng)計(jì)，分別統(tǒng)計(jì)光伏用電量和市電用電量，計(jì)算光伏用電和市電用電的比例； 對(duì)實(shí)時(shí)路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與參數(shù)指標(biāo)對(duì)比，判斷路燈工作狀態(tài)是否異常，按期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)； 對(duì)實(shí)時(shí)故障報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間段內(nèi)各目標(biāo)跟蹤分段供電路燈故障類型、次數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和鄰近多區(qū)段目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)的通信協(xié)議包括通信地址、通信指令； 所述通信地址為通信雙方的地址編碼，共12位二進(jìn)制碼，由區(qū)段地址和段內(nèi)地址碼組成，范圍為OxOO(TO xFFF ;包括， OxFFF:十字路口路燈地址； OxExx:最高四位為1110開頭的地址為預(yù)留地址，不分配給任何區(qū)段； OxEEE:轄區(qū)內(nèi)所有區(qū)段的路燈廣播地址； OxE+四位段號(hào)+0000:最高四位為1110開頭、中間四位為區(qū)段地址、最后四位為零的地址為指定區(qū)段內(nèi)的廣播地址，稱為局域廣播地址； 0x000:數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)地址； 余下地址用于所轄區(qū)段內(nèi)單盞路燈的地址； 所述通信指令總長度均為144位，其中前導(dǎo)碼字段8位，源地址和目標(biāo)地址字段各12位，指令類型字段8位，數(shù)據(jù)位長度字段8位，數(shù)據(jù)位及填充位字段共96位，校驗(yàn)碼8位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述通信指令包括數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)對(duì)單個(gè)路燈發(fā)送指令和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)對(duì)批量路燈發(fā)送指令。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述實(shí)時(shí)信息采集模塊建立實(shí)時(shí)狀態(tài)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括區(qū)段地址鏈表、段內(nèi)地址鏈表及路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)表； 所述區(qū)段地址鏈表的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)指向該區(qū)段段內(nèi)地址鏈表的頭節(jié)點(diǎn)； 所述段內(nèi)地址鏈表的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)指向路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)表的一條記錄； 所述路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)表由索引、輪詢次數(shù)、發(fā)送時(shí)間、狀態(tài)判斷、收到應(yīng)答及輪詢參數(shù)字段構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述輪詢算法設(shè)置最大輪詢次數(shù)； 所述輪詢算法按區(qū)段地址鏈表和各段內(nèi)地址鏈表遍歷每個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)路燈發(fā)送輪詢請(qǐng)求指令，并在路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)表中建立一條記錄，記錄第幾次發(fā)送輪詢和發(fā)送時(shí)間；收到來自路燈的輪詢應(yīng)答信息，則記錄收到的相關(guān)參數(shù)信息，并作狀態(tài)判斷，然后開始對(duì)下一路燈進(jìn)行輪詢請(qǐng)求；如超時(shí)未收到應(yīng)答，則記錄未收到應(yīng)答，如發(fā)送次數(shù)尚未超過最大輪詢次數(shù)，則再次發(fā)送輪詢請(qǐng)求指令給該路燈，如已經(jīng)達(dá)到最大輪詢次數(shù)，則不再等待，狀態(tài)判定為“系統(tǒng)無反應(yīng)”，開始對(duì)下一路燈發(fā)送輪詢請(qǐng)求。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述實(shí)時(shí)信息采集模塊內(nèi)部設(shè)有時(shí)間間隔參數(shù)，用于按時(shí)將輪詢發(fā)現(xiàn)的異常信息和收到的報(bào)警信息交給GPRS模塊發(fā)送給遠(yuǎn)程路燈管理中心。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種目標(biāo)跟蹤分段供電路燈的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，包括與微處理器通過串口擴(kuò)展模塊連接的LCD液晶顯示接口和串行打印機(jī)接口、鍵盤接口、微處理器、外部存儲(chǔ)模塊、內(nèi)部存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘同步模塊、GPRS模塊、無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊；無線射頻通信模塊或電力載波通信模塊與目標(biāo)跟蹤分段供電路燈系統(tǒng)相連接；GPRS模塊與遠(yuǎn)程路燈管理中心相連接；系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)狀態(tài)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輪詢算法進(jìn)行狀態(tài)輪詢。該系統(tǒng)可以自動(dòng)采集路燈系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析、高速率大容量存儲(chǔ)和進(jìn)行路燈控制，及時(shí)掌握實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障。本發(fā)明對(duì)路燈分區(qū)段組織管理，適應(yīng)交通管理和節(jié)能環(huán)保的雙重要求，提高照明系統(tǒng)管理效率。
文檔編號(hào)H05B37/02GK103152957SQ20131011766
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者周娟, 張旭岑, 王健, 沈輝, 曹勤洋, 陳秉巖, 朱昌平, 湯一彬, 單鳴雷, 高遠(yuǎn), 周國華, 張福章 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū), 常州市良久機(jī)械制造有限公司