一种路灯无线控制系统的制作方法

本发明涉及嵌入式技术、路由算法、短距离无线通信技术和GPRS无线通讯技术，属于电力电子领域，具体是一种路灯无线控制系统。

背景技术：

随着我国城市化水平的不断提高，城市的路灯照明系统的不断扩大，节约电能、提高路灯系统管理水平，已经是急需要解决的课题。然而传统路灯开关方式落后，如采用手动、光控、钟控等方式，这些控制方式受季节、天气和人为因素等影响，自动化管理水平低，极易造成极大的能源和人力浪费，已无法满足当今照明管理范围日益扩大化和道路照明技术要求更高化等要求。目前，各大城市路灯能源利用率仍然不高，使得路灯电费和管理费用仍是政府的一项巨大的财政支出。由于路灯设备在使用过程中存在着多种不确定因素，具有难以预料的特性，路灯无线监控系统作为一个监控路灯设备的系统，随着当今社会越来越重视安全生产，该系统的安全和可靠性就显的尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种路灯无线控制系统，这种控制系统与传统的路灯监控系统相比，能提高系统的实时性、灵活性和安全性、实现低成本、绿色照明以及高效管理。

实现本发明目的的技术是：

一种路灯无线控制系统，包括

监控管理系统：所述监控管理系统实现的功能为：数据采集、数据管理、远程控制、故障管理、负荷分析和预测、异常用电分析、电能质量数据统计、维护及故障记录、远程升级、打印服务；

数据集中器：所述数据集中器实现的功能为：通讯、智能主动上报、参数设置、数据读取、路灯节点状态及告警事件、重点路灯设备用电监测、自动线损分析、数据采集和处理、数据补抄、报警、自诊断和异常信息记录、远程控制、远程和现场升级、日线损计算；

路灯监控器：所述路灯监控器实现的功能为：通信、计量、计时、测量及监测、事件记录、显示、报警、冻结、脉冲输出、读写IC卡、投币、合闸控制、电压输出；

监控管理系统与据集中器无线连接，数据集中器与路灯监控器无线连接。

所述的监控管理系统包括PC机和与之电连接的数据服务器、第一GPRS模块和打印机， PC机为第一GPRS模块提供监控短信命令。

所述的PC机是为管理者提供各种管理界面、发送短信命令以及其他服务等。

所述的数据服务器为设有数据库服务器的计算机，是用来存储监控管理系统的相关数据。

所述的数据集中器包括第一MCU和与之相连的第二GPRS模块、第一计量模块、可充电电池模块、第一电源模块、第一声光报警模块、第一433MHz无线通信模块、第一设置按键模块、安全模块、第一LCD显示模块和第一数据存储模块， 第二GPRS模块与监控管理系统进行无线数据通信，第一电源模块、第一计量模块外接电力线，实现电源供应和电能计量。

所述的为第一MCU为STM32，STM32是数据集中器的核心，负责对各个模块传送来的数据进行处理。

所述的第二GPRS模块，为数据集中器与监控管理系统或者不同区域的数据集中器的GPRS模块进行远程通信，提高路灯的监控范围。

所述的第一计量模块可对电力线的电压、电流、功率、用电量、功率因数等数据进行测量，并把这些测量出来的数据转化为数字信号，这些数字信号保存在计量芯片内部的寄存器中，第一MCU通过SPI接口可对这些寄存器进行读或者写操作。

所述的可充电电池模块是当连接数据集中器的电力线断电时，可充电电池能够向数据集中器的各个模块提供相应的电压，以让数据集中器在电力线断电的情况下仍然能够正常工作。

所述的第一电源模块， 主要由AC转DC电路和各种稳压器组成，它能够输出不同的电压，以提供相应的电源给数据集中器的各个模块。

所述的第一声光警报模块，是当数据集中器工作异常时，则发出声光报警。

所述的第一433MHz无线通信模块的作用是用来实现路灯监控器和数据集中器间的通信。

所述的第一设置按键模块设有六个按键，四个按键是用来设置左、右、上、下、两个按键是用来设置确认和取消，可用于设置数据集中器的区域号、ID号、查询路灯节点状态、参数设置与查看和路灯节点的管理与维护。

所述的安全模块为芯片处理器，用于完成安全数据的存储、认证和安全数据的加密、解密，当数据集中器的程序开始时，通过DES加密算法，得到临时密钥和认证密钥，如果两者相等，则程序往下运行，不等则停止运行，这样就防止数据集中器的版权被无偿盗用，起到安全保密的作用。

所述的第一LCD显示屏模块可显示数据集中器的区域号、参数设置与查看、终端管理与维护等界面。

所述的第一数据储存模块的作用是存储数据集中器用来采集和处理路灯节点状态信息、历史情况以及程序运行时所需要的数据等。

所述的路灯监控器包括第二MCU和与之相连的第二433MHz无线通信模块、第二设置按键模块、第二计量模块、第二电源模块、双向继电器驱动模块、第二声光警报模块、第二数据储存模块、第二LCD显示模块、第二MCU、温度传感器、湿度传感器和亮度传感器及电源输出模块，电源输出模块与双向继电器驱动模块相连接，第二计量模块和第二电源模块外接电力线，实现电源供应和电能计量。

所述的第二MCU为STM32，STM32是路灯监控器的核心，负责对各个模块传送来的数据进行处理。

所述的第二设置按键模块有六个按键，四个按键是用来设置左、右、上、下；两个按键是用来设置确认和取消，第二设置按键模块用于设置路灯监控器的区域号、ID号、查询路灯节点状态、参数设置与查看和路灯节点的管理与维护。

所述的第二计量模块可对电力线的电压、电流、功率、用电量、功率因数等数据进行测量，并把这些测量出来的数据转化为数字信号，这些数字信号保存在计量芯片内部的寄存器中，第二MCU通过SPI接口可对这些寄存器进行读或者写操作。

所述的第二电源模块，主要由AC转DC电路和各种稳压器组成，它能够输出不同的电压，以提供相应的电源给路灯监控器。

所述双向继电器驱动模块为可产生两路相位可变的反相高低电平的驱动磁保持继电器。

所述的第二声光警报模块，是当路灯监控器设置参数错误或者电路异常时，发出警报声与LED闪烁；或者是当路灯监控器的工作电流超过设定的上限值时，发出急速的警报声与LED快速闪烁，并且通过第二MCU-STM32控制双向继电器驱动模块控制磁保持继电器，使路灯断电。

所述的第二数据储存模块，是存储充电终端的用电量信息以及程序运行时所需要的数据 。

所述的第二LCD显示模块显示路灯监控器周围环境的温度、湿度、亮度以及该路灯节点的用电量、警告。

监控管理系统通过Internet或者第一GPRS模块与据集中器中第二GPRS模块进行无线数据通信，而数据集中器则通过数据集中器中的第一433MHz无线通信模块与路灯监控器中的第二433MHz无线通信模块进行短距离无线通信。

在数据集中器的参与下，监控管理系统、数据集中器和路灯监控器之间可以互相通信，交换信息，其起到了监控管理系统和路灯监控器之间通信桥梁的作用。系统工作时，主要分为3种工作方式，第1种工作方式是监控管理系统往数据集中器发信息；第2种工作方式是数据集中器往监控管理系统或者路灯监控器发信息；第3种工作方式是路灯监控器往数据集中器发信息。

第1种工作方式：监控管理系统PC机通过Internet或者GPRS给数据集中器发送短信命令，集中器接收并解析PC机发来的命令，如果PC机发来的命令是要读取路灯监控器的相关信息或者控制路灯通断，则集中器就通过其433MHz无线通信模块把集中器接收并解析PC机发来的命令由无线信号经路灯节点自组网传送到目的路灯监控器，目的路灯监控器接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，执行相应的操作或者经多个路灯节点的上级路由返回相对应的数据帧，集中器接受到路灯监控器返回的数据帧后，便通过GPRS模块发送给监控管理系统相对应的数据帧。

第2种工作方式：则是与第1种情况刚好相反，即路灯监控器接收到外界信号如环境、电路异常等信号时，则路灯监控器通过433MHz无线通信模块给数据集中器发送相应的数据帧，集中器接收并解析路灯监控器发来的数据帧，如果路灯监控器发来的数据帧是要读取监控管理系统的相关信息，则集中器就通过其433MHz无线通信模块接收并解析路灯监控器发来的数据帧，并通过GPRS模块发送到监控管理系统，监控管理系统接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，返回相对应的数据帧或者执行相应的操作。

第3种工作方式：集中器接收到外界信号如环境、电路异常等信号时，则集中器通过GPRS模块给路灯监控器或者监控管理系统发送相应的数据帧，路灯监控器或者监控管理系统接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，返回相对应的数据帧或者执行相应的操作。

这种控制系统与传统的路灯监控系统相比，基于自组网技术的433MHz工业频段无线路灯控制系统，采用无线通信与嵌入式技术相结合，提高了系统的实时性、灵活性和安全性、实现了低成本、绿色照明以及高效管理。

本发明的有益效果是：

采用多个433MHz无线通信模块与少量GPRS模块组成无线通信系统，安装施工简易快捷，无需铺设专线, 模块化安装，降低了系统的成本和难度；

具有电量、电流、电压、功率、功率因数、计时等计量参数并可在LCD显示，方便工作人员现场了解路灯监控系统各节点的用电情况；

具有自动控制和警报功能。可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电，并且当路灯因某种原因引起电流过大时可自动断电和发出警报功能，保护路灯设备；

路灯监控器之间采用自组网方式进行通信，大大提高了系统的抗毁能力，以及自适应能力，同时自组网方式还具有组网快速和可靠性高等特点；

本发明可广泛应用于小区、机关单位、公司、学校、市区等场所的路灯监控。

这种控制系统与传统的路灯监控系统相比，能提高系统的实时性、灵活性和安全性、实现低成本、绿色照明以及高效管理。

附图说明

图1是实施例监控管理系统的结构示意图；

图2是实施例监控管理系统的主程序工作流程示意图；

图3是实施例数据集中器的主程序工作流程示意图；

图4是实施例路灯监控器的主程序工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

参见图1，一种路灯无线控制系统，包括

监控管理系统：所述监控管理系统实现的功能为：数据采集、数据管理、远程控制、故障管理、负荷分析和预测、异常用电分析、电能质量数据统计、维护及故障记录、远程升级、打印服务；

数据集中器：所述数据集中器实现的功能为：通讯、智能主动上报、参数设置、数据读取、路灯节点状态及告警事件、重点路灯设备用电监测、自动线损分析、数据采集和处理、数据补抄、报警、自诊断和异常信息记录、远程控制、远程和现场升级、日线损计算；

路灯监控器：所述路灯监控器实现的功能为：通信、计量、计时、测量及监测、事件记录、显示、报警、冻结、脉冲输出、读写IC卡、投币、合闸控制、电压输出；

监控管理系统与据集中器无线连接，数据集中器与路灯监控器无线连接。

所述的监控管理系统包括PC机和与之电连接的数据服务器、第一GPRS模块和打印机， PC机为第一GPRS模块提供监控短信命令。

所述的PC机是为管理者提供各种管理界面、发送短信命令以及其他服务等。

所述的数据服务器为设有数据库服务器的计算机，是用来存储监控管理系统的相关数据。

所述的数据集中器包括第一MCU和与之相连的第二GPRS模块、第一计量模块、可充电电池模块、第一电源模块、第一声光报警模块、第一433MHz无线通信模块、第一设置按键模块、安全模块、第一LCD显示模块和第一数据存储模块， 第二GPRS模块与监控管理系统进行无线数据通信，第一电源模块、第一计量模块外接电力线，实现电源供应和电能计量。

所述的为第一MCU 为STM32，STM32是数据集中器的核心，负责对各个模块传送来的数据进行处理。

所述的第二GPRS模块，为数据集中器与监控管理系统或者不同区域的数据集中器的GPRS模块进行远程通信，提高路灯的监控范围。

所述的第一计量模块可对电力线的电压、电流、功率、用电量、功率因数等数据进行测量，并把这些测量出来的数据转化为数字信号，这些数字信号保存在计量芯片内部的寄存器中，第一MCU通过SPI接口可对这些寄存器进行读或者写操作。

所述的可充电电池模块是当连接数据集中器的电力线断电时，可充电电池能够向数据集中器的各个模块提供相应的电压，以让数据集中器在电力线断电的情况下仍然能够正常工作。

所述的第一电源模块， 主要由AC转DC电路和各种稳压器组成，它能够输出不同的电压，以提供相应的电源给数据集中器的各个模块。

所述的第一声光警报模块，是当数据集中器工作异常时，则发出声光报警。

所述的第一433MHz无线通信模块的作用是实现路灯监控器和数据集中器间的通信

所述的第一设置按键模块设有六个按键，四个按键是用来设置左、右、上、下、两个按键是用来设置确认和取消，可用于设置数据集中器的区域号、ID号、查询路灯节点状态、参数设置与查看和路灯节点的管理与维护。

所述的安全模块为芯片处理器，用于完成安全数据的存储、认证和安全数据的加密、解密，当数据集中器的程序开始时，通过DES加密算法，得到临时密钥和认证密钥，如果两者相等，则程序往下运行，不等则停止运行，这样就防止数据集中器的版权被无偿盗用，起到安全保密的作用。

所述的第一LCD显示屏模块可显示数据集中器的区域号、参数设置与查看、终端管理与维护等界面。

所述的第一数据储存模块的作用是存储数据集中器用来采集和处理路灯节点状态信息、历史情况以及程序运行时所需要的数据等。

所述的路灯监控器包括第二MCU和与之相连的第二433MHz无线通信模块、第二设置按键模块、第二计量模块、第二电源模块、双向继电器驱动模块、第二声光警报模块、第二数据储存模块、第二LCD显示模块、第二MCU、温度传感器、湿度传感器和亮度传感器及电源输出模块，电源输出模块与双向继电器驱动模块相连接，第二计量模块和第二电源模块外接电力线，实现电源供应和电能计量。

所述的第二MCU为STM32，STM32是路灯监控器的核心，负责对各个模块传送来的数据进行处理。

所述的第二设置按键模块有六个按键，四个按键是用来设置左、右、上、下；两个按键是用来设置确认和取消，第二设置按键模块用于设置路灯监控器的区域号、ID号、查询路灯节点状态、参数设置与查看和路灯节点的管理与维护。

所述的第二计量模块可对电力线的电压、电流、功率、用电量、功率因数等数据进行测量，并把这些测量出来的数据转化为数字信号，这些数字信号保存在计量芯片内部的寄存器中，第二MCU通过SPI接口可对这些寄存器进行读或者写操作。

所述的第二电源模块，主要由AC转DC电路和各种稳压器组成，它能够输出不同的电压，以提供相应的电源给路灯监控器。

所述双向继电器驱动模块为可产生两路相位可变的反相高低电平的驱动磁保持继电器。

所述的第二声光警报模块，是当路灯监控器设置参数错误或者电路异常时，发出警报声与LED闪烁；或者是当路灯监控器的工作电流超过设定的上限值时，发出急速的警报声与LED快速闪烁，并且通过第二MCU-STM32控制双向继电器驱动模块控制磁保持继电器，使路灯断电。

所述的第二数据储存模块，是存储充电终端的用电量信息以及程序运行时所需要的数据 。

所述的第二LCD显示模块显示路灯监控器周围环境的温度、湿度、亮度以及该路灯节点的用电量、警告。

监控管理系统通过Internet或者第一GPRS模块与据集中器中第二GPRS模块进行无线数据通信，而数据集中器则通过数据集中器中的第一433MHz无线通信模块与路灯监控器中的第二433MHz无线通信模块进行短距离无线通信。

在数据集中器的参与下，监控管理系统、数据集中器和路灯监控器之间可以互相通信，交换信息，其起到了监控管理系统和路灯监控器之间通信桥梁的作用。系统工作时，主要分为3种工作方式，第1种工作方式是监控管理系统往数据集中器发信息；第2种工作方式是数据集中器往监控管理系统或者路灯监控器发信息；第3种工作方式是路灯监控器往数据集中器发信息。

第1种工作方式：监控管理系统PC机通过Internet或者GPRS给数据集中器发送短信命令，集中器接收并解析PC机发来的命令，如果PC机发来的命令是要读取路灯监控器的相关信息或者控制路灯通断，则集中器就通过其433MHz无线通信模块把集中器接收并解析PC机发来的命令由无线信号经路灯节点自组网传送到目的路灯监控器，目的路灯监控器接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，执行相应的操作或者经多个路灯节点的上级路由返回相对应的数据帧，集中器接受到路灯监控器返回的数据帧后，便通过GPRS模块发送给监控管理系统相对应的数据帧。

第2种工作方式：则是与第1种情况刚好相反，即路灯监控器接收到外界信号如环境、电路异常等信号时，则路灯监控器通过433MHz无线通信模块给数据集中器发送相应的数据帧，集中器接收并解析路灯监控器发来的数据帧，如果路灯监控器发来的数据帧是要读取监控管理系统的相关信息，则集中器就通过其433MHz无线通信模块接收并解析路灯监控器发来的数据帧，并通过GPRS模块发送到监控管理系统，监控管理系统接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，返回相对应的数据帧或者执行相应的操作。

第3种工作方式：集中器接收到外界信号如环境、电路异常等信号时，，则集中器通过GPRS模块给路灯监控器或者监控管理系统发送相应的数据帧，路灯监控器或者监控管理系统接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，返回相对应的数据帧或者执行相应的操作。

具体的：

对于路灯监控器，当出现以下三种情况：定时任务、电路、环境等情况异常、集中器请求数据帧，MCU便接收这三种情况的信息，MCU根据定时任务、异常情况、请求数据帧类型得出相应的控制信号。若定时任务，则MCU向LCD发送相应信息，通过LCD显示路灯通断、环境、电流、电压等情况，同时打开双向继电器，使路灯通电变亮。当异常情况出现，如继电器打开时，感光传感器未检测到光亮，则声光报警模块发出警报信号，并通过LCD显示相应错误信息。当路灯通电变亮时，计量模块对输出到路灯上的电压、电流、功率、电量等用电信息转换为数字信号，这些数字信号通过SPI接口传送给MCU，如果此时路灯的工作电流超过设定的上限值，则声光报警模块发出急速的警报声与LED快速闪烁，并且LCD显示相应警告信息，同时MCU控制双向继电器驱动模块控制磁保持继电器，使路灯断电。如果路灯的工作电流正常，则MCU向LCD发送相应信息，通过LCD显示用电信息等情况。在完成上述控制的同时路灯监控器的MCU向其433M无线通信模块发送或接收相应的数据帧，通过事先由各路灯节点形成的自组网向数据集中器发送或接收无线信号，无线信号的收发都是以数据帧的格式进行。对于数据集中器，其433M无线通信模块从路灯监控器接收或发送无线信号时，其MCU对接收或发送的无线信号进行解析、封装，并通过GPRS模块向监控管理系统发送或接收数据帧。对于监控管理系统，当其PC机的以太网模块或者GPRS模块接收集中器发送来的数据包或者发送数据包给集中器时，PC机根据接收或发送的数据包信息做出相对应的处理，并更新数据服务器的数据，同时通过PC机的监控管理软件实时显示各路灯的工作情况和用电信息等，从而达到实时监控，远程控制的目的。

参见图2，在步骤S201程序开始，接着执行步骤S202系统及各模块初始化；初始化完之后，执行步骤S203系统有异常情况吗，如果有执行步骤S204异常处理，如果没有则执行步骤S205等待数据，如果有数据到来，则执行步骤S206数据中断处理，由于数据的来源可能有三种：GPRS模块接收到的数据经过串口传给计算机的数据、Internet通过网线传递给计算机网卡的数据和计算机应用程序下发的命令数据所以当数据到来经过相对应的中断处理后，执行步骤S207解析数据类型，当解析得到数据类型后，执行步骤S208监控管理系统任务。由于监控管理系统的程序以模块化进行设计，根据数据类型执行相对应的系统任务数据收发处理、数据存储处理、控制处理、故障警告处理，当执行相应的任务结束后，则后返回执行步骤S203，以便时刻检查路灯监控系统的工作情况。

参见图3，在步骤S301程序开始，接着执行步骤S302读取参数，接着执行步骤S303集中器各个模块初始化，初始化完成后，系统执行步骤S304 LCD显示，接着执行步骤S305读取系统时间，读取完之后接着执行步骤S306系统有异常情况吗，如果有则执行步骤S307异常处理程序，即判断是那些情况出现异常，记录相应的情况,并对其进行处理。如果否则执行步骤S308等待集中器任务的到来，由于该程序是以模块化进行设计，主程序只需等待任务的到来，当任务到来时执行相应的操作，使得程序简洁以及实时性更加强，根据不同的任务可执行计量处理、控制处理、数据收发处理、433M无线通信处理、按键处理、数据存储处理、GPRS处理、故障警告处理，当执行相应的任务结束后，则后返回执行步骤S306，以便时刻检查检查路灯监控系统的工作情况。

参见图4，在步骤S401程序开始，接着程序执行步骤S402读取参数，接着执行步骤S403监控器各个模块初始化，初始化完成后，执行步骤S404 LCD显示，当上述初始化以及LCD显示相关信息完成之后，执行步骤S405有异常情况吗，如果有则执行步骤S406异常处理，即程序检查相应的异常情况，判断是那些异常情况出现，并对异常情况进行相应的处理；由于该程序是也是以模块化进行设计，主程序只需等待任务的到来，如果任务到来，则执行相应的操作，所以如果无异常情况，则主程序则执行步骤S407等待路灯监控器任务的到来，当任务到来时执行相应的操作，使得程序简洁以及实时性更加强，根据不同的任务可执行计量处理、控制处理、数据收发处理、433M无线通信处理、按键处理、数据存储处理、故障警告处理，当执行相应的任务结束后，则后返回执行步骤S406，以便时刻检查检查路灯监控系统的工作情况。