一种LoRa无线智能照明控制系统的制作方法

技术领域

本发明涉及智能照明控制系统，特别涉及一种LoRa无线智能照明控制系统。

背景技术：

高杆灯：一般指15米以上钢制锥形灯杆和大功率组合式灯架构成的新型照明装置。它由灯头、内部灯具电气、杆体及基础部分组成。灯头造型可根据用户要求、周围环境、照明需要具体而定;内部灯具多由泛光灯和投光灯组成,光源采用高压钠灯、金卤灯或LED灯，照明半径达60米及以上。杆体一般为棱锥形独体结构,用钢板卷制而成,高度为15—60米，多为两到三节构成。

目前高杆灯都以人工或定时方式控制，在不同的季节、和特殊天气中控制方式不灵活，零散的灯具和广阔的地域分布，带来了控制管理的不方便，控制界面不直观，能源浪费严重，故障巡检费用高，维护和维修麻烦。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种采用基于433/868/915MHz频段的LoRa无线技术、云端技术、大数据库技术对高杆灯进行远距离测控的LoRa无线智能照明控制系统。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LoRa无线智能照明控制系统，包含智能电源、电源控制器、环境传感器、控制柜、集中控制器、终端控制器、网关控制器、服务器控制软件、PC端客户端应用软件、PC端WEB应用软件、云端服务器控制软件、移动端APP应用软件。

所述电源控制器、环境感知传感器、集中控制器、终端控制器、网关控制器都涉及远距离通讯，都含有LoRa无线通讯；

所述的智能电源和电源控制器均安装于灯具升降盘中，所述智能电源记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，接收0-10V和DALI信号来调光；

所述的电源控制器，接收指令来控制电源的开和关，记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，输出0-10V和DALI2信号来控制电源的调光；

所述的网关控制器安装于高杆灯的杆体上，用于将LoRa通讯的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器连接到IP网络与服务器之间进行通讯；

所述的环境传感器同样安装于高杆灯的杆体上，用于进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关；

所述的集中控制器内置于杆体内的控制柜中，用于控制灯具回路的开关、调光，和高杆灯升降系统动作，监测线路中的电压电流功率电能数据，监测是否有故障产生，通过通讯模块实时报告工作状态和故障信息；

所述的终端控制器，控制灯具回路的开关，输出0-10V和DALI信号来控制电源的调光；

所述的控制柜内置或外置于高杆灯杆体，包含了空气开关、浪涌保护器、中间继电器、接触器、电流互感器、集中控制器、光纤收发器、RF收发天线，其功能是接入三相电源，连接所有设备的强电回路和通讯回路；

所述的服务器控制模块，运行在充当服务器角色的计算设备中；接收IP网络中人工发出的指令发给网关控制器；收集连接到IP网络的网关控制器采集到的数据保存到本地数据库和云端数据库中；利用大数据库统计和计算各种数据，如灯具的工作时间，剩余寿命，操作日志，故障日志，预付费剩余电费警告等；通过对数据库中的大数据分析，参考人工设定的照明参数和环境感知传感器的数据进行统一智能计算，智能的发出照明控制指令，达到智能照明，动态节能的目的。

所述PC客户端应用模块，与服务器端对应的本地和远程windows桌面系统的客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据，如电压，电流，功率，电能数据，灯具的工作时间，和剩余寿命，显示当前系统中所有设备的状态，灯具的状态，操作历史记录，系统设置(网关注册，灯杆注册，灯具注册，灯具分组设定，开关灯的延时微调，节能调光程度；

所述PC浏览器WEB应用模块，与服务器端对应的在本地和远程PC上浏览器的WEB客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据，如电压，电流，功率，电能数据，灯具的工作时间，和剩余寿命，显示当前系统中所有设备的状态，灯具的状态，操作历史记录，系统设置(网关注册，灯杆注册，灯具注册，灯具分组设定，开关灯的延时微调，节能调光程度；

所述云端服务器控制模块，使远程PC，移动手机和平板可以根据权限连接到本地服务器系统，并备份数据到云端大数据库，使得服务供应商可以收到故障信息，主动为客户进行服务；

所述移动端APP应用模块，能在手机，平板上显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据，如电压，电流，功率，电能数据，灯具的工作时间，和剩余寿命，显示当前系统中所有设备的状态，灯具的状态，操作历史记录，系统设置(网关注册，灯杆注册，灯具注册，灯具分组设定，开关灯的延时微调，节能调光程度；

作为本发明的进一步改进，所述集中控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压反馈输入、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块和ETH以太网通讯模块组成；集中控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算驱动继电器，用于控制灯具回路的开关，和高杆灯升降系统动作；ARM处理器实时监测线路中的电压电流功率电能数据，和电压反馈数据，对数据进行计算判断是否有故障产生，通过通讯模块实时报告工作状态和故障信息；

作为本发明的进一步改进，所述的网关控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、LoRa通讯模块、GPS模块、ETH通讯模块或蜂窝通讯模块组成；网关收集LoRa网中的控制器、终端控制器、环境感知传感器的各种状态数据，并暂存一部分数据，所有数据通过ETH以太网或蜂窝通讯形式发送到IP网络，并发送给服务器；同时接收IP网络中服务器发来的数据，并处理，和转发指令给LoRa网络中的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器；

作为本发明的进一步改进，所述环境传感器内置ARM处理器，LoRa通讯模块，GPS元件监测当地经纬度和当地时间；ARM处理器发出时间基准负责全网时间校对，计算当地日出日落时间，天亮天黑时间；照度元件，风速测量元件对浓雾，雾霾，大风，台风，日全时等进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关。

作为本发明的进一步改进，所述的终端控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块和CAN总线通讯模块组成；终端控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算，用于驱动继电器控制灯具回路的开关，输出0-10V电压信号控制电源调光，输出DALI指令控制带DALI接口的电源调光；

本发明的有益效果是：本智能照明控制系统能精确到每盏灯的开关灯和调光，还能进行分组控制，能在默认参数设定的情况下，便可智能的进行开灯、关灯、调光，并且具备故障报警、故障定位、管理信息推送、环境感知、电能统计、电费预付费、本地设备监控、远程设备监控、移动设备监控的功能，相比现有的高杆灯照明系统，具有以下优点：

1.灯具到服务器的远距离通讯问题3~20公里范围；

2.在不同的经纬度、季节、天气，能自动设定开关灯时间；

3.环境检测，能在测得危险的风速时，自动降下灯盘，减小迎风面积，减少安全事故；

4.精确的报告故障位置，故障内容，方便维修维护；

5.能精确独立的控制每一个灯具的开关和调光；

6.能自由分组，并控制每一组灯具的开关和调光；

7.当有灯具故障时，智能调用备份组的灯具填补，保证照度值；

8.预付费电费计量系统和灯具能耗控制；

9.人流跟踪照明，车流跟踪照明，减少无人灯的能耗浪费，延长灯具使用寿命；

10.可在任何授权的本地PC、远程PC、或移动设备对灯具进行监测和控制；

11.有人性化的图形和语音报警信息；

12.定制的三维实景监控界面。

附图说明

图1为本发明外部结构示意图；

图2为本发明原理结构示意图；

图3为本发明网关控制器内部结构示意图；

图4为本发明环境传感器内部结构示意图；

图5为本发明集中控制器内部结构示意图；

图6为本发明终端控制器内部结构示意图；

图7为本发明系统原理概要图；

图1中标示：1-避雷针；2-终端控制器；3-灯具升降盘；4-网关控制器；5-环境传感器；6-集中控制器；7-控制柜。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

图1示出了本发明一种LoRa无线智能照明控制系统的一种实施方式，包含智能电源、电源控制器、环境传感器、控制柜、集中控制器、终端控制器、网关控制器、服务器控制软件、PC端客户端应用软件、PC端WEB应用软件、云端服务器控制软件、移动端APP应用软件。

所述电源控制器、环境感知传感器、集中控制器、终端控制器、网关控制器都涉及远距离通讯，都含有LoRa无线通讯；

所述的智能电源和电源控制器均安装于灯具升降盘中，所述智能电源记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，接收0-10V和DALI信号来调光；

所述的电源控制器，接收指令来控制电源的开和关，记录预付费的充值信息，实时对用电情况进行计费，输出0-10V和DALI2信号来控制电源的调光；

所述的网关控制器安装于高杆灯的杆体上，用于将LoRa通讯的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器连接到IP网络与服务器之间进行通讯；

所述的环境传感器同样安装于高杆灯的杆体上，用于进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关；

所述的集中控制器内置于杆体内的控制柜中，用于控制灯具回路的开关、调光，和高杆灯升降系统动作，监测线路中的电压电流功率电能数据，监测是否有故障产生，通过通讯模块实时报告工作状态和故障信息；

所述的终端控制器，控制灯具回路的开关，输出0-10V和DALI信号来控制电源的调光；

所述的控制柜内置或外置于高杆灯杆体，包含了空气开关、浪涌保护器、中间继电器、接触器、电流互感器、集中控制器、光纤收发器、RF收发天线，其功能是接入三相电源，连接所有设备的强电回路和通讯回路；

所述的服务器控制模块，运行在充当服务器角色的计算设备中；接收IP网络中人工发出的指令发给网关控制器；收集连接到IP网络的网关控制器采集到的数据保存到本地数据库和云端数据库中；利用大数据库统计和计算各种数据，如灯具的工作时间，剩余寿命，操作日志，故障日志，预付费剩余电费警告等；通过对数据库中的大数据分析，参考人工设定的照明参数和环境感知传感器的数据进行统一智能计算，智能的发出照明控制指令，达到智能照明，动态节能的目的。

所述PC客户端应用模块，与服务器端对应的本地和远程windows桌面系统的客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据，如电压，电流，功率，电能数据，灯具的工作时间，和剩余寿命，显示当前系统中所有设备的状态，灯具的状态，操作历史记录，系统设置(网关注册，灯杆注册，灯具注册，灯具分组设定，开关灯的延时微调，节能调光程度；

所述PC浏览器WEB应用模块，与服务器端对应的在本地和远程PC上浏览器的WEB客户端软件，用于显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据，如电压，电流，功率，电能数据，灯具的工作时间，和剩余寿命，显示当前系统中所有设备的状态，灯具的状态，操作历史记录，系统设置(网关注册，灯杆注册，灯具注册，灯具分组设定，开关灯的延时微调，节能调光程度；

所述云端服务器控制模块，使远程PC，移动手机和平板可以根据权限连接到本地服务器系统，并备份数据到云端大数据库，使得服务供应商可以收到故障信息，主动为客户进行服务；

所述移动端APP应用模块，能在手机，平板上显示控制系统中所有控制器和灯具的运行状态，并提供操作界面，可以进行人工控制；显示服务器记录在数据库中的各种状态数据，如电压，电流，功率，电能数据，灯具的工作时间，和剩余寿命，显示当前系统中所有设备的状态，灯具的状态，操作历史记录，系统设置(网关注册，灯杆注册，灯具注册，灯具分组设定，开关灯的延时微调，节能调光程度；

如图5所示，所述集中控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压反馈输入、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块和ETH以太网通讯模块组成；集中控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算驱动继电器，用于控制灯具回路的开关，和高杆灯升降系统动作；ARM处理器实时监测线路中的电压电流功率电能数据，和电压反馈数据，对数据进行计算判断是否有故障产生，通过通讯模块实时报告工作状态和故障信息；

如图3所示，所述的网关控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、LoRa通讯模块、GPS模块、ETH通讯模块或蜂窝通讯模块组成；网关收集LoRa网中的控制器、终端控制器、环境感知传感器的各种状态数据，并暂存一部分数据，所有数据通过ETH以太网或蜂窝通讯形式发送到IP网络，并发送给服务器；同时接收IP网络中服务器发来的数据，并处理，和转发指令给LoRa网络中的集中控制器、终端控制器、环境感知传感器；

如图4所示，所述环境传感器内置ARM处理器，LoRa通讯模块，GPS元件监测当地经纬度和当地时间；ARM处理器发出时间基准负责全网时间校对，计算当地日出日落时间，天亮天黑时间；照度元件，风速测量元件对浓雾，雾霾，大风，台风，日全时等进行天气监测，并通过LoRA无线网络发送数据到网关。

如图6所示，所述的终端控制器由ARM处理器、储存器(电子式)、备份电池、继电器(电磁式，电子式)、电压电流功率电能监测芯片、LoRa通讯模块和CAN总线通讯模块组成；终端控制器从通讯模块接收指令，经过ARM处理器逻辑计算，用于驱动继电器控制灯具回路的开关，输出0-10V电压信号控制电源调光，输出DALI指令控制带DALI接口的电源调光。

如图7所示，本系统自动工作原理：

1.人工通过电脑(PC，手机或平板)对需要的功能进行选择设置；

2.服务器接收设置指令，保存到数据库，并发送指令给集中控制器和终端控制器；

3.集中控制器根据设置，选择性的接收环境传感器的信息自动工作，或接收到服务器传来的人工干预指令工作，并实时把工作状态和故障信息汇报给服务器；

4.终端控制器接收集中控制器的指令工作；

5.当网关损坏，或IP网络断线，或服务器系统断线时，人工将不能对系统进行操作，并且也无法清楚的了解系统的实时工作状态，但集中控制器仍能接收接收环境传感器的信息自动工作，并能保存故障信息和状态，等待上层系统恢复时汇报给服务器；

6.环境传感器损坏时，将失去环境感应的能力，调光功能、灯盘升降功能，大雾，雾霾等功能将无法动作，但集中控制器仍能根据GPS定位信息和日期定时的开关灯；

7.终端控制器损坏时，将失去调光功能，但能保持100%亮度；

8.当一个高灯杆的集中控制器损坏时，这个高杆灯将不能自动工作，但可以在灯杆电柜中使用人工按钮开关灯；

系统人工操作原理：

1.人工在电脑上操作发出指令；

2.服务器接收指令并发送给集中控制器；

3.集中控制器和终端控制器接收指令动作，并上报工作状态和故障给服务器；

自动案例一(台风)：

环境传感器监测到台风，当风力超过人工设置的限定值，环境传感器向LoRa无线网发出台风alarm信号 ，集中控制器和服务器都能收到该信号；根据人工预先的功能设定，高杆灯集中控制器自动操作灯盘下降，防止灯盘因为台风而发生高空坠落事故，服务器显示警告，并提示灯盘已下降，所有照明操作锁定；

如果人工对自动升降灯盘功能关闭，则集中控制器不会动作，但服务器会发生警报并弹出下降灯盘确认页面，如果确认，则执行下降灯盘指令；

网关，IP网，服务器断线失效的情况下，不影响该功能的自动操作，服务器不能实时状态，并且也不能锁定照明操作；

当台风风力低于人工设置的限定值并保持一段时间以后，环境传感器向LoRa无线网发出台风over信号 ，集中控制器和服务器都能收到该信号；根据人工预先的功能设定，高杆灯集中控制器自动操作灯盘上升，服务器提示灯盘已上升挂起，照明操作解锁；

自动案例二(大雾，雾霾，日全时)：

环境传感器感应到监测地点照度不足，并低于人工设置的照度范围，环境传感器向LoRa无线网发出照度low信号 ，集中控制器和服务器都能收到该信号；根据人工预先的功能设定，高杆灯集中控制器自动操作开灯，并进行由暗到明的渐变调光保持监测地点照度，服务器指示监测地点照度低，并实时显示照明状态；

如果人工对自动照度补偿功能关闭，则集中控制器不会动作，但服务器会发生警报并弹出自动照度补偿确认页面，如果确认，则执行自动照度补偿指令；

网关，IP网，服务器断线失效的情况下，不影响该功能的自动操作，服务器不能实时显示照明状态；

当监测地点照度高于人工设置的范围，环境传感器向LoRa无线网发出照度high信号 ，集中控制器和服务器都能收到该信号；根据人工预先的功能设定，高杆灯集中控制器进行由明到暗的渐变调光保持监测地点照度，并在最终执行自动关灯，服务器指示监测地点照度高，并实时显示照明状态；

自动案例三(人流，车流节能照明)：

环境传感器感应到人员和车在监测点范围内移动，环境传感器向LoRa无线网发出物体active信号 ，集中控制器和服务器都能收到该信号；根据人工预先的功能设定，高杆灯集中控制器自动操作调光至明亮，使得监测地点高照度，服务器实时显示照明状态；

如果人工对流动节能照明功能关闭，则集中控制器和服务器接收到active不会动作；

网关，IP网，服务器断线失效的情况下，不影响该功能的自动操作，服务器不能实时显示照明状态；

环境传感器感应到人员和车流超出监测点范围，环境传感器向LoRa无线网发出物体active_over信号 ，集中控制器和服务器都能收到该信号；根据人工预先的功能设定，高杆灯集中控制器自动操作调光至暗，或间隔亮灯，使得监测地点保持最低的照度进行节能，服务器并实时显示照明状态。