小区灯光智能管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种对建筑小区的室外照明灯光进行智能控制的方法，包括上位机控制管理软件，基于ZigBEE通讯的智能控制器及光照传感器、红外传感器和超声传感器和综合应用。根据权利要求书1的要求所述的对建筑小区室外照明进行智能控制的方法，其特征在于：通过本系统，管理者可以自动或手动地完成对所有或者部分路灯的控制，可手动随机或自动定时向节电控制器发出询问指令，对各控制端的运行状态等数据进行采集。系统可以根据用户设定的参数和各种环境信息捕获功能，综合判断目前的环境状况，以此调节路灯亮度。智能灯光控制器将各种光照度、人体红外、超声波测距等传感器与日出日落时间综合，使路灯具备丰富的感知能力。
【专利说明】小区灯光智能管理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及Zigbee通讯技术、传感器技术、计算机软件技术、嵌入式软件技术等【技术领域】的综合运用。
【背景技术】
[0002]建筑小区的管理者经常遇到的一个难题就是，在深夜阶段，人车流量极少甚至没有，但是小区内的照明却不能没有，保持常规照明会造成大量的电能浪费，而关闭大多数照明光源，会造成深夜小区内的行人及车辆不便，甚至于形成危险因素；通常，为了节约电能，某些小区会采用到了深夜对小区内公共照明进行人工干预的方式，隔一亮一或隔二亮一，甚至于全部养老照明；这不仅造成了人力上的浪费，而且由于人的因素，会无法形成长期有效的机制；而关闭照明，对人车的行动安全带来了严重的安全隐患；若采用有线通讯方式来进行照明的控制，不仅在通讯线缆的布设等方面的成本很大，无论地埋式或架空式，对一些已经完全交付使用的小区而言，施工的难度不言而喻，甚至有些特殊地点甚至无法布设。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的问题就是在不用布设任何通讯电缆的前提下，解决建筑小区内的照明控制问题；
为解决上述问题，本发明采取了以下的技术方案:利用Zigbee无线通讯的自组网技术，在小区的各个照明点加装智能控制器，整个小区的Zigbee通讯模块包括上位机通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络，每一个控制器可以自由查询及调用其他控制器及上位机的数据；
在选择了通过ZigBee网络进行数据通讯后，最关键的工作就是基于Zigbee通讯进行智能控制器的开发；在此，我们选用了 ARM Cortex高性能微处理器作为内嵌式系统的核心处理器，其内嵌式操作系统可实现与上位机及其他的控制的交互式查询与访问，并为控制器提供三路RS485 —路RS232串行通讯接口，以适应多个传感器的接入；
在每个路灯的灯杆上部安装一只智能控制器，在长直路段的控制器上加装红外传感器，以判断是否有人车经过，传感器的探测半径为10米，安装高度2-3米，在以路灯为中心的的9米范围内，只要有人车经过，路灯都会立即点亮，当人车离开探测范围后三秒钟，路灯自动关闭；在路口的路灯控制器上，加装超声传感器，利用超声传感器的方向性，可以判断人车行走方向，提前点亮人车行走方向的路灯，在人车离开红外传感器的探测范围3秒钟后，路灯自动关闭；
安装了本发明的小区，在深夜阶段，人车流量极少的情况下，可以实现人(车)来灯亮，人(车)走灯灭，且根据传感器信号智能判断人车走向，为人车提前点亮其行进方向的路灯，提高人车夜间行走的安全性，从而夜间可以关闭小区内照明，节约能源；建筑小区的夜间值班人员也可以根据路灯亮灭的情况，及时发现问题，在我们的实验过程中，小区保安通过探查路灯异常点亮的原因，驱赶和抓获了数次小偷的潜入； 系统布置如图1 单点示意图如图2
【具体实施方式】
[0004]以下结合本系统的实验实例，阐述本发明所做的具体工作及实例应用时的具体内容:
(一)研究开发了基于Zigbee通讯，以ARMCortex高性能微处理器作为内嵌式系统的核心处理器的智能控制器；采用工业级的ARM处理器及各类元器件，对外信号采用光电隔离，提高了产品在野外的适用性；
智能灯光控制器采用抢占式实时操作系统；充分利用硬件时钟和时钟中断，将时间细化为极短的系统tick，避免时间误差累计，以此满足时间的精准；实际应用中，需要处理器同时处理多种外部信息或事件，它们往往以中断的形式实时通知处理器，但不同的事件有不同的紧迫程度，有的必须立即做出反应，有的则可以延后处理；因此，实时操作系统建立了多级中断嵌套处理机制，以确保紧迫程度较高的中断可以得到优先的处理；用此方法，可以解决多传感器信号优先权的策略问题；
智能灯光控制器采用了 RPC技术，通过RPC服务实现远程过程调用，RPC服务通过自定义的RPC协议可以通过串口、网络或USB等任意的数据传输方式进行互联和访问；在该发明中，监控系统(上位机)通过RPC调用节电控制器的函数完成传感器数据读取、灯光亮度调节等动作；节电控制器也可通过RPC主动调用控制系统的函数，完成事件、状态的提交；
(二)管理软件采用图形化界面，使管理都更直观的看到路灯的实际情况；
实际使用时，将整个建筑小区分区域进行编号，进行照明的区域控制；可以根据路灯状态实时判断人车的动向；
(三)在小区内的某一个控制器上加装照度传感器，根据紫金山天文台公布的日出日落时间，并结合照度传感器的具体数据，在黄昏及凌晨自动开启或关闭小区的照明，特别是在极端天气时，如雷雨阴天，及时开启路灯，保证人车行进安全；
(四)试点小区案例；本发明在某建筑小区进行了试点使用；
使用前的情况概述:使用本发明前，小区为了节约路灯照明电费，实行了夜间23:00由小区保安人工把所有路灯的电源关闭，虽然节约了电费，也造成了小区居民夜间行走的极大不便；
使用本发明后的情况概述:为了解决节能与小区舒适度和安全性的矛盾，本发明在该小区进行了试点使用；每支路灯加装智能控制器一台及红外传感器一个，路口根据具体情况，加装超声传感器，以判断人车行走方向；上位机(系统管理电脑)放在小区值班室，以便于夜间管理；控制策略为，黄昏时根据日落时间，结合照度传感器信号，当地面照度低于10勒克斯后，路灯自动点亮；夏季夜间22:00冬季21:00前，路灯全部点亮；夏季22:00—次日凌晨1:00冬季21:00-24:00，除路口及关键部位外，长直路段路灯实现隔一亮一；夏季1:00冬季24:00以后至日出，除关键出入口(大门、车库等)路灯保持点亮状态，其他路灯全部关闭，但是开启自动判断功能；使用半年后，该系统得到了小区居民的好评，方便了少数人因事深夜回家，提高了小区内人走安全，在节能方面，比小区夜间全部关灯的做法平均可节能10% ;有趣的是，小区保安在数次深夜，发现某个路灯保持常亮，及时前去查找原因，驱赶了藏匿于路边灌木丛里的小偷，并因此抓获了一个小偷；
实施总结
1、试点实施后，建筑小区内深夜阶段，人车的的行走安全性得到了极大的提高；
2、按小区路灯50支，每支150W计算，若小区夜间保持十小时常亮，电能消耗为50X150WX10=75 度;
3、实施本发明后，小区实际路灯照明用电50X150WX4+30X150WX3+20X150WX2=58.5度； 以上计算，本发明节能约30%以上。
【权利要求】
1.一种对建筑小区室外照明进行智能控制的方法，其特征在于:通过本系统，小区管理者可以自动或手动地完成对整个系统或者任一区域(群控)、任一线路、任一灯位的控制，可手动随机或自动定时向节电控制器发出询问指令，对各控制端的运行状态、环境情况、灯光亮度等数据进行采集，系统软件会以直观的鸟瞰图方式供用户查看；系统可以根据用户设定的参数和各种环境信息捕获功能，综合判断目前的环境状况，以此调节路灯亮度(关闭、正常光照、节能模式或其它亮度)，以达到在满足道路交通的前提下节约路灯能耗的目的；智能灯光控制器将各种光照度、人体红外、超声波测距等传感器与紫金山天文台提供的日出日落时间综合，使路灯具备了丰富的感知能力。
2.根据权利I所述的控制方法，其核心组成部分为监控系统和若干基于Zigbee通讯的智能灯光控制器(以下简称为智能灯光控制器)。
3.根据权利2所述的核心组成部分，监控系统为一套上位机软件，监控系统与智能灯光控制器之间采用ZigBee无线自组织网络建立通讯，使用者可以在中央监控系统完成对整个系统的点控与线控；灯光智能管理系统(上位机)通过ZigBee模块可方便地与任一智能灯光控制器通讯，可以实时获得各路灯的环境信息、路灯亮度，对路灯进行控制。
4.根据权利3所述的内容，监控系统的特征在于:监控系统(上位机)通过RPC调用智能控制器的函数完成传感器数据读取、灯光亮度调节等动作；智能控制器也可通过RPC主动调用监控系统的函数，完成事件、状态的提交。
5.根据权利2所述的内容,基于Zigbee通讯的智能灯光控制器(以下简称为智能灯光控制器)其特征在于:智能灯光控制器配有光照度传感器、红外传感器、超声波测距传感器，通过这些传感器智能灯光控制器可以感应到环境的光线明暗、周围是否有人或车辆经过、计算驶来车辆的方向与速度，根据紫金山天文台提供的日出日落时间表判断日出日落情况；每个智能灯光控制器配备一个ZigBee无线自组网通讯模块，并将天线置于路灯处(高处较空旷，有利于信号传输)，ZigBee模块将每个路灯的智能灯光控制器组成一个网络。
6.根据权利5所述的基于Zigbee通讯的智能灯光控制器，其嵌入式系统采用了ARMCotex-AS单片机作为核心处理器，该嵌入式系统特征在于:(I)采用抢占式实时操作系统，可以充分利用硬件时钟和时钟中断，将时间细化为极短的系统tick，避免时间误差累计，以此满足时间的精准；(2)实际应用中，需要处理器同时处理多种外部信息或事件，它们往往以中断的形式实时通知处理器，但不同的事件有不同的紧迫程度，有的必须立即做出反应，有的则可以延后处理；因此，实时操作系统建立了多级中断嵌套处理机制，以确保紧迫程度较高的中断可以得到优先的处理；(3)采用了 RPC技术，通过RPC服务实现远程过程调用，RPC服务通过自定义的RPC协议可以通过串口、网络或USB等任意的数据传输方式进行互联和访问。
【文档编号】H04W84/18GK103974489SQ201310030895
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月28日 优先权日:2013年1月28日
【发明者】刘春松, 刘群, 纪巧光 申请人:山东先行电子信息技术有限公司