一种路灯控制系统及其控制方法

1.本发明涉及路灯控制技术领域，特别是涉及一种路灯控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.路灯照明为人们的出行带来巨大的便利，但在实际生活中，路灯的维护和管理较为困难，例如，需要人工巡查道路两端的路灯是否发生故障，如果路灯发生故障，则进行维修更换，另外，还需要人工去控制路灯的开启与关闭，此类人工检测路灯的方式，需要投入较多的人工成本。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种路灯控制系统。
4.本发明所采取的第一种技术方案是：
5.一种路灯控制系统，所述路灯包括led灯组，所述路灯控制系统包括：
6.感知层，用于获取所述路灯的环境数据；所述感知层包括控制模块、开关模块、检测模块和通信模块，所述通信模块与所述控制模块连接，所述检测模块与所述控制模块连接，所述控制模块还与所述开关模块连接，所述开关模块连接至所述led灯组；
7.通信层，包括基站；
8.应用层，用于根据所述环境数据对所述路灯进行控制。
9.进一步，所述应用层还用于定位所述路灯。
10.进一步，所述应用层利用天文始时钟控制所述路灯。
11.进一步，所述感知层还将所述环境数据传输至云平台。
12.进一步，所述感知层还包括电能检测模块，所述电能检测模块用于检测所述路灯的实时电压、实时电流和实时功率。
13.进一步，所述感知层还包括功率调节模块，所述功率调节模块用于调整所述路灯的运行功率。
14.进一步，所述开关模块为继电器。
15.本发明所采取的第二种技术方案是：
16.一种路灯控制方法，应用于上述的一种路灯控制系统，包括以下步骤：
17.利用感应层获取路灯的环境数据；
18.所述应用层根据所述环境数据对所述路灯进行控制。
19.进一步，所述路灯控制方法还包括以下步骤：
20.应用层通过天文时钟控制所述路灯。
21.进一步，所述路灯控制方法还包括以下步骤：
22.所述应用层定位所述路灯。
23.本发明的有益效果是：本技术技术方案通过设置应用层、通信层和感应层，能够实时地远程监控路灯，避免了人工巡查路灯，节省人工管理路灯的成本；而且能够自动开启与
关闭路灯，无须人工参与路灯的开启与关闭工作，具有智能化程度高的特点。
附图说明
24.图1为本发明的路灯控制系统的结构示意图；
25.图2为本发明的温度折线图；
26.图3为本发明的电能检测模块的电路原理图；
27.图4为本发明的功率调节模块的模块框图；
28.图5为本发明的功率调节模块的部分电路原理图；
29.图6为本发明一种路灯控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
30.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
31.本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
33.本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
34.对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
35.下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
36.为至少部分地解决上述问题之一，本发明提出了一种路灯控制系统，应用于路灯，路灯包括led灯组，参照图1，路灯控制系统包括：
37.感知层，用于获取路灯的环境数据；感知层包括控制模块、开关模块、检测模块和通信模块，通信模块与控制模块连接，检测模块与控制模块连接，控制模块还与开关模块连接，开关模块连接至led灯组；
38.通信层，包括基站；
39.应用层，用于根据环境数据对路灯进行控制。
40.具体地，为每一盏路灯配置一个感知层，利用该感知层来获取路灯的环境数据，其
中，环境数据主要是指路灯周围的光线强度数据和led灯组的热量数据，其中，感知层的检测模块可包括型号为ds18b20的温度传感器和型号为bh1750fvi的数字光照传感器，分别用于路灯周围的光线强度的检测和led灯组的温度的检测。
41.控制模块，起到数据处理和控制的作用。在一个具体的实施例中，控制模块可包括型号为atmega32的微处理器，能够满足低成本、低功耗的需求。
42.开关模块，用于根据控制模块的控制信号来控制led灯组的电源的通断。
43.通信模块，用于实现感知层和应用层的通信，从而实现感知层和应用层之间的数据传输。在一个具体的实施例中，通信模块可采用nb
‑
iot通信模块，其中，bc35
‑
g模组，具有高性能、低功耗、体积小、价格低廉等特点，其尺寸大小为23.6mm
×
19.9mm
×
2.2mm仅相当于一枚硬币大小，广泛应用于尺寸要求小的终端产品之中，因此在此选用bc35
‑
g通信模组作为nb
‑
iot通信模块的一种实现方式。
44.通信层，包括基站，该基站用于实现数据转发的功能，例如，感知层利用通信模块将检测到的环境数据上传到基站，基站将该环境数据转发至应用层，用户可以在应用层侧实时查看路灯的环境状况，当然，当控制模块根据检测到的温度数据判断当前的led灯组发热严重，例如，led灯组周围的温度高于某一预设温度，则将故障信号或报警信号传输至应用层，用户能够在应用层侧了解路灯的故障信息，实现了远程监控的功能。
45.在一个实施例中，利用检测模块来检测外界光线强度，利用该外界光线强度作为路灯的开启条件。例如，应用层根据感知层的控制模块上传的光线强度数据持续低于某一阈值，则可以判断夜晚降临，应用层则向控制模块发送开灯的信号，控制模块接收到该开灯的信号，则触发控制信号控制开关模块闭合，使得led灯组的电源接通，从而使得路灯点亮。当然，当应用层判断检测到的外界光线强度持续高于某一阈值，则判断黎明到来，则发送关闭路灯的信号控制模块则控制路灯关闭的信号，从而使得控制模块关闭路灯。
46.当然，用户还可以在应用层侧控制路灯的方式，例如，用户可以通过应用层选择只开启部分路灯，则应用层可利用随机算法，向部分的感应层发送开启路灯的控制信号，向其余的感应层发送关闭路灯的控制信号，从而控制路灯随机开启，有利于节约电力。
47.由上述内容可见，本技术通过设置应用层、通信层和感应层，能够实时地远程监控路灯，避免了人工巡查路灯，节省人工管理路灯的成本；而且能够自动开启与关闭路灯，无须人工参与路灯的开启与关闭工作，具有智能化程度高的特点。
48.进一步作为可选的实施方式，应用层还用于定位路灯。
49.具体地，当应用层接收到感应层上传的路灯故障信息时，表明路灯可能存在故障，则需要维修人员前去处理，因此，需要对要修理的路灯进行定位。
50.在一个具体的实施例中，应用层可采用第三方地图，例如高德地图sdk进行路灯的位置定位，从而获取故障路灯的位置信息。
51.进一步作为可选的实施方式，应用层利用天文始时钟控制路灯。
52.具体地，应用层包括移动智能设备和上位机等，其中，移动智能设备包括智能手机、平板等，上位机包括计算机等，智能设备或者上位机可利用其内部的天文时钟，来确定路灯所在的经纬度所对应的日出时间和日落时间，从而在日落时间来临时，控制路灯开灯，在日出时间来临时，控制路灯关灯，达到能够随着季节的变化来调整开关和关灯的时间的目的。
53.进一步作为可选的实施方式，感知层还将环境数据传输至云平台。
54.具体地，控制模块还将检测模块采集到的环境数据通过通信模块传输至云平台，在一个具体的实施例中，可选用中国移动onenet物联网云平台来接收并存储该环境数据，并利用该环境数据绘制实时的环境数据统计图，例如，参照图2，中国移动onenet物联网云平台将实时接收到的温度数据绘制成折线图，该折线图将会被传输至用户的终端设备，例如，智能手机，用户可以在终端设备侧查看路灯的关于温度的折线图，当路灯发热异常时，中国移动onenet物联网云平台还会将异常的温度数据及报警信息或故障信息发送至用户的终端设备，从而提醒用户当前路灯可能存在故障。
55.进一步作为可选的实施方式，感知层还包括电能检测模块，电能检测模块用于检测路灯的实时电压、实时电流和实时功率。
56.具体地，电能检测模块与控制模块连接，电能检测模块用于检测路灯工作时的实时电压、实时电流以及实时功率，控制模块接收该实时电压、实时电流以及实时功率，控制模块将接收到的实时电压、实时电流以及实时功率等电参数传输至应用层，此外，当控制模块根据实施电压、实时电流以及实时功率判断路灯工作在过流、过压以及超负荷的状态时，将利用控制模块将过流、过压以及超负荷的报警信号传输至应用层，从而使得用户知悉该路灯的运行情况。参照图3，在一个具体的实施例中，电能检测模块包括型号为ssp1839的电能计量芯片，可利用该电能计量芯片测量路灯的电流有效值、电压有效值、运行功率等参数。
57.进一步作为可选的实施方式，感知层还包括功率调节模块，功率调节模块用于调整路灯的运行功率。
58.具体地，功率调节模块与控制模块连接。路灯的运行功率根据时间段的不同，是可以调节的，因此，利用功率调节模块来调节路灯的运行功率。
59.在一个具体的实施例中，路灯在傍晚六点点亮，在凌晨六点熄灭，在傍晚六点到晚上九点的时间段内，人流量与车辆流量最高，道路照明要求最高，路灯应保持高照度，所以，控制控制路灯的运行功率为额定功率。在晚上六点至晚上十一点的时间段内，人流量与车辆流量降低，道路照明需求一般，路灯照度控制为中照度，控制路灯的运行功率为50％的额定功率。晚上十一点至早上六点的时段内，行人流量与车辆流量极少，道路照明要求最低，路灯应保持于最低照度，因此，控制路灯的运行功率为35％的额定功率。
60.为了实现上述的功率调节的目的，参照图4，功率调节模块包括led驱动电路，该led驱动电路用于驱动led灯组工作，控制模块向led驱动电路输出pwm信号，利用led驱动电路的pwm调光机制，来控制路灯的运行功率。
61.另外，深夜时段中，由于整个配电网用电负荷的持续减少，配电网电压出现明显的升高，高达250v(交流电)，而且，深夜时段的道路照明强度要求很低，因此，路灯的供电电压较高，区域路灯控制终端统一地对专配变压器进行降压控制，参照图4和图5，功率调节模块包括型号为lp3773c的电源控制器，功率调节模块将经过降压的交流电转换为电压值为5v、电流值为1200ma的直流电，提供给led驱动电路，作为led驱动电路的输入电源。
62.进一步作为可选的实施方式，开关模块为继电器。
63.具体地，由于继电器具有价格低廉、控制简单的特点，因此，本技术采用继电器作为开关模块的一个实现方式。当然，开关模块还可以采用电子开关管、电磁阀等，本技术不
做严格地限制。
64.为了更加清楚地说明本技术的实现原理，本技术还提供了如下的实施例：
65.实施例中应用层通过其内部的天文时钟，确定出日落时间和日出时间，从而在日落时间来临时，将开灯的信号经过通信层传输到感知层，感知层的控制模块接收到该开灯的信号，即刻触发控制信号控制开关模块闭合，从而为路灯的led灯组接通电源，点亮路灯，并在日出时间关闭路灯。在日落时间到日出时间的这段时间内，可根据实际情况，利用感知层内的功率调节模块来调整路灯的运行功率，达到节约电力的目的。
66.当然，本技术也利用感应层的检测模块检测到的光线强度数据作为路灯开启和关闭路灯的条件，例如，遇到恶劣天气，道路能见度较低、光线较暗的情况下，应用层根据路灯的光线强度数据来控制路灯的开启。
67.此外，控制模块还将检测模块检测到的环境数据，以及电能检测模块检测到的路灯的实时电压、实时电流和实时功率等电参数，通过通信层传输到应用层，应用层包括移动智能设备和上位机等，用户可以在应用层侧来实时查看这些数据，实现了对路灯的远程监测和控制的目的。控制模块根据环境数据和电参数等判断出路灯工作异常时，则会发送报警信号至应用层，用户在应用层侧发现报警信号，则派遣维修人员前去处理。
68.本技术还将环境数据、电参数等上传至云平台，云平台具有数据处理的能力，当根据环境数据、电参数等判断路灯故障时，则会将报警信息发送至用户的移动终端设备，从而提醒用户当前路灯可能存在故障。
69.此外，参照图6，本技术还提供了一种应用于上述路灯控制系统的路灯控制方法，包括以下步骤：
70.s1、利用感应层获取路灯的环境数据；
71.s2、应用层根据环境数据对路灯进行控制。
72.其中，感应层包括检测模块，可利用检测模块检测路灯的环境数据，环境数据可包括温度数据和光照强度数据等，感应层内的控制模块将获取的环境数据传输至应用层，控制模块在根据环境数据判断出路灯工作异常(例如，当根据温度数据判断路灯发热异常)时，还将报警信号输出至应用层，方便用户在应用层远程监控路灯的运行状况。
73.应用层根据感知层的控制模块上传的光线强度数据判断夜晚降临，应用层则向控制模块发送开灯的信号，控制模块接收到该开灯的信号，则触发控制信号控制开关模块闭合，使得led灯组的电源接通，从而使得路灯点亮。当然，当应用层判断检测到的光线强度数据判断黎明到来，则发送关闭路灯的信号控制模块则控制路灯关闭的信号，从而使得控制模块关闭路灯。
74.应用层在获取光照强度数据后，如果确定出当前时间已经临近傍晚，则发送开灯的控制信号至应用层的控制模块，控制模块触发控制信号来控制开关模块闭合，使得led灯组的电源接通，从而点亮路灯。应用层在根据光线强度数据确定出当前时间接近黎明，则发送关灯的控制信号至控制模块，控制模块则关闭路灯。
75.由上述内容可见，利用不同的光照条件，来控制路灯的开启与关闭，避免了人工参与路灯开启与关闭的工作，节约了人工成本，实现了远程监控路灯的目的，具有智能化程度高的特点。
76.进一步作为可选的实施方式，路灯控制方法还包括以下步骤：
77.s3、应用层通过天文时钟控制路灯。
78.具体地，除了利用采集到的环境数据来控制路灯的开启与关闭，本技术还提供了另外一种控制路灯开启和关闭的实施例，还可以通过应用层带有的天文时钟获取路灯所在的经纬度所对应的日出时间和日落时间，应用层在确定日落时间来临时，发送开灯的控制信号到感知层的控制模块，控制模块即控制路灯开启，应用层在确定日出时间到来时，则发送关灯的控制信号到感知层的控制模块，控制模块控制路灯关闭。
79.进一步作为可选的实施方式，路灯控制方法还包括以下步骤：
80.应用层定位路灯。
81.具体地，路灯发生故障时，需要派遣维修人员前去检查修理，应用层可采用第三方高德地图sdk进行路灯的位置定位，从而获取故障路灯的位置信息。
82.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。