基于无线传感器网络的智能LED路灯及调节温度方法与流程

本发明涉及一种基于无线传感器网络的智能led路灯及调节温度方法，尤其适用于道路两旁公共照明使用。

技术背景

路灯是城市照明的重要组成部分，传统的路灯常采用高压钠灯，但其光损失大造成了能源的巨大浪费。当前，全球的环境在日益恶化，各国都在发展清洁能源。而随着国民经济的高速增长，我国能源供需矛盾日渐突出，电力供应开始存在着严重短缺的局面，节能是目前所急需解决的问题。因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的led路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。

led照明技术作为新一代光源技术，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

然而，led灯泡的理论寿命是在一定温度范围内的测试数据，而密集排列的led灯管在发光过程中所散发的热量是巨大的。当出现过热时，led寿命会显著减小，并且易发生突发性损坏。并且温度过高时，led光衰会增大，亮度会降低。实验证明：温度超过60摄氏度时，led工作温度每上升5度，led光衰会增加10％，正常情况下，led工作温度应控制在60摄氏度以下，才能保证5万小时以上的使用寿命。因此，如何降低节点温度就成了保证led光源可靠工作寿命的关键。

目前，国内外led路灯基本上采用常规路灯的灯壳改装而成，为此，有人提出在灯壳上加散热板以将led灯管产生热快速散发出去，从而达到保护led路灯的效果。然而受路灯灯壳体体积的限制，用于led散热器的体积不可能很大，故导热性能低，led光源产生的热量不能快速由灯壳直接导出。还有一些人提出了采用温度传感器监测led灯泡温度，从而控制led的输入功率，以达到实时控制led灯温度的目的。然而如果相邻的几个路灯在同一时间温度过高，这样即容易出现某一段路持续黑暗，这样会严重影响交通的正常运行，同时也增大了事故的发生率。而且由于受环境影响，特别是风速的影响，温度传感器实际测得温度偏低，因而不能很好的起到保护led芯片的作用。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的不足，提供一种不仅能实时监测和控制单个led路灯的工作状态，而且能通过无线传感器网络协调各路灯之间的工作状态的基于无线传感器网络的智能led路灯及调节温度方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：它包括led路灯灯体，所述的led路灯灯体内安装有温度传感器，led路灯灯体外安装有风速传感器，所述的温度传感器和风速传感器分别通过a/d转换器连接有arm9单片机，arm9单片机上分别连接有功率调节模块和rs232接口，功率调节模块与led路灯灯体相连接，rs232接口连接有传感器节点，所述的传感器节点包括与rs232接口相连的单片机，单片机顺序连接有无线芯片和pcb天线。所述的单片机型号为msp43f1611，无线芯片型号为cc2420。

一种基于无线传感器网络的智能led路灯的调节温度方法，包括如下步骤：

a.设置温度预设值，根据使用情况预先设置led路灯温度的预设值为t1和t2，其中预设值t1为led路灯正常工作的最高临界值，预设值t2为降温后路灯再次启动的最高温度值；

b.led路灯开启工作，温度传感器和风速传感器同时检测led路灯的温度和周围的风速，并将检测信息分别通过a/d转换器发送给arm9单片机，arm9单片机将接收到的温度信息和风速信息进行补偿测算，得到led路灯的温度修正值，arm9单片机将温度修正值与预设值t1进行比较，如测量温度修正值低于预设值t1时，则arm9单片机发出返回指令，控制温度传感器和风速传感器再次对led路灯的温度和周围风速进行检测；

c.设定led路灯正常工作时的电流为第一模式，设定led路灯正常工作时的一半电流为第二模式，设定led路灯正常工作时三分之一电流为第三模式，当某个led路灯的arm9单片机检测该led路灯的温度修正值高于预设值t1时，该arm9单片机通过传感器节点读取相邻和相对的三个led路灯的温度状态数据，若相邻和相对的三个led路灯都工作在第一模式时，该arm9单片机控制功率调节模块关闭该led路灯，进行降温；当相邻和相对的led路灯都工作在第二模式时，该arm9单片机控制功率调节模块降低输入电流，使该led路灯工作在第三模式，进行降温；当相邻和相对的led路灯中有路灯工作在第三模式时，该arm9单片机控制功率调节模块降低输入电流，使该led路灯工作在第二模式，进行降温；

d.降温半小时后，该arm9单片机通过温度传感器和风速传感器推算出当前该led路灯的温度修正值，并判断温度修正值是否低于预设值t2，若低于预设值t2，则该arm9单片机控制led路灯重新打开使该led路灯正常工作；否则继续循环比较测算温度修正值和预设值t2，直到测算温度修正值低于预设值t2再打开该led路灯使其正常工作。

有益效果：本设计的基于无线传感器网络的智能led路灯及调节温度方法，设有安装在led路灯上的温度传感器和风速传感器，通过测量led路灯的当前温度，同时单片机可以根据风速传感器计算出温度修正值，根据此状态调节输入功率，从而对led路灯进行

保护；led路灯上设有无线传感器节点，每个led路灯之间可以相互通信，并获取周边led路灯的工作状况，当单个led路灯温度过高时，控制单元可依据周边的led路灯工作状态适当的调整led的输入功率，当周围路灯工作在第一模式时，则关闭该路灯；当周围路灯全工作在第二级模式时，则调整该路灯输入功率使其工作在第三模式，使其快速降温；当周围有路灯工作在第三模式时，则调整该路灯输入功率使其工作在第二模式，既能使路灯降温又能保证照明。采用这种方式这样不仅能保证单个led路灯的寿命，同时也能保证整个led路灯系统的正常运行。

附图说明

图1为一段路的路灯系统通信原理图

图2为传感器节点原理图

图3为单个路灯的原理框图

图4为路灯智能调节功率的程序流程图

具体实施方式：

下面结合图说明本发明的具体实施方案：

如图1所示，在每一个led路灯灯体外壳上装有一个无线传感器节点，由此构成路灯系统的传感器网络。由于单个路灯斜对角的路灯光照对其影响很小，故不考虑它们对该路灯的影响，每一个led路灯只跟其周围同侧的两个led路灯和对面的一个led路灯上的传感器节点通信，例如，对于图中led路灯2而言，不考虑led路灯5、7对其的影响，而只考虑相邻led路灯1、led路灯3、led路灯5对其影响，也即传感器节点2只与相邻的传感器节点1、传感器节点2、传感器节点3之间进行通信，获取led路灯1、led路灯3、led路灯5当前的工作状态。通过给每一个传感器节点分配唯一的id号，可以实现传感器节点之间的选择性通信。当无线传感器节点接收到其他节点发送的数据包时首先判断数据包里面的节点id号是否是相邻节点的id号，如果是则读取数据包里面的有用信息并将其传输给控制单元，如果不是则丢弃该数据包。

如图2和图3所示，本发明的基于无线传感器网络的智能led路灯包括led路灯灯体，其特征在于：所述的led路灯灯体内安装有温度传感器，led路灯灯体外安装有风速传感器，所述的温度传感器和风速传感器分别通过a/d转换器连接有arm9单片机，arm9单片机上分别连接有功率调节模块和rs232接口，功率调节模块与led路灯灯体相连接，rs232接口连接有传感器节点，所述的传感器节点包括与rs232接口相连的单片机，单片机顺序连接有无线芯片和pcb天线，所述的单片机型号为msp43f1611，无线芯片型号为cc2420；其中，无线芯片cc2420和pcb天线用于与其他无线传感器节点之间进行通信，接收将邻近的路灯的工作状态信息，并将该信息存储下来；msp430f1611单片机则通过rs232接口读取本路灯的工作状态，然后将本路灯的工作状态信息及自身id号打包，通过cc2420和pcb天线发送出去。

rs232接口用于将led路灯当前的工作状态发送给该路灯上的无线传感器节点。温度传感器和风速传感器分别测量当前led路灯的温度和环境的风速；由于当前环境的风速会影响到温度传感器测量的温度值的精确性，因此在路灯上再安装一个风速传感器来测量当前风速。温度传感器和风速传感器分别测量当前温度值和风速，然后经模数转换器转换成数字信号传输给单片机，单片机根据写好的程序计算出风速对温度的影响，然后根据此影响对测量的温度值进行补偿，得到当前温度的修正值，然后将修正值与预设温度值t1进行比较，根据温度控制功率调节模块减小相应的led的输入功率。

如图4所示，一种基于无线传感器网络的智能led路灯的调节温度方法，包括如下步骤：

a.设置温度预设值，根据使用情况预先设置led路灯温度的预设值为t1和t2，其中预设值t1为led路灯正常工作的最高临界值，预设值t2为降温后路灯再次启动的最高温度值；

b.led路灯开启工作，温度传感器和风速传感器同时检测led路灯的温度和周围的风速，并将检测信息分别通过a/d转换器发送给arm9单片机，arm9单片机将接收到的温度信息和风速信息进行补偿测算，得到led路灯的温度修正值，arm9单片机将温度修正值与预设值t1进行比较，如测量温度修正值低于预设值t1时，则arm9单片机发出返回指令，控制温度传感器和风速传感器再次对led路灯的温度和周围风速进行检测；

c.设定led路灯正常工作时的电流为第一模式，设定led路灯正常工作时的一半电流为第二模式，设定led路灯正常工作时三分之一电流为第三模式，当某个led路灯的arm9单片机检测该led路灯的温度修正值高于预设值t1时，该arm9单片机通过传感器节点读取相邻和相对的三个led路灯的温度状态数据，若相邻和相对的三个led路灯都工作在第一模式时，该arm9单片机控制功率调节模块关闭该led路灯，进行降温；当相邻和相对的led路灯都工作在第二模式时，该arm9单片机控制功率调节模块降低输入电流，使该led路灯工作在第三模式，进行降温；当相邻和相对的led路灯中有路灯工作在第三模式时，该arm9单片机控制功率调节模块降低输入电流，使该led路灯工作在第二模式，进行降温；

d.降温半小时后，该arm9单片机通过温度传感器和风速传感器推算出当前该led路灯的温度修正值，并判断温度修正值是否低于预设值t2，若低于预设值t2，则该arm9单片机控制led路灯重新打开使该led路灯正常工作；否则继续循环比较测算温度修正值和预设值t2，直到测算温度修正值低于预设值t2再打开该led路灯使其正常工作。