专利名称：基于wsn网络的照明单灯监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种照明监控系统，尤其涉及的是基于WSN网络的照明单灯监控系统。
背景技术：
现有灯光照明监控系统主要包括控制中心、远程终端单元(RTU)和通信网络。控制中心提供人机界面，供管理人员监控和管理灯光亮化线路运行状态使用；远程终端单元 (RTU)与灯光亮化的变压器或配电柜设置在一起，采集配电柜的输入和输出照明线路上的电压电流，并控制配电柜中的继电器动作从而实现远程的开关灯操作；通信网络用于实现控制中心和远程终端单元的通信，目前常用的有GPRS、CDMA、3G以及电台方式。现有监控系统存在以下缺点1)远程终端单元(RTU)必须与变压器或配电柜一对一配对使用，，从而实现采集配电柜的输入和输出照明线路上的电压电流，并控制配电柜中的继电器动作从而实现远程的开关灯操作，但是对于大城市照明管理部门都有上千个变压器或配电柜，即使配电柜管辖的灯数量很少也需要一个远程终端单元(RTU)，浪费很大；2) 安装在单灯上的变功率镇流器，只能采用时间控制方法，即线路上电开灯后一段时间后自动启动变功率，不能根据节假日或路段信息动态调整变功率启动时间，不能满足控制多样性要求，节能效果也不好；3)目前单灯控制基本采用电力线载波方式，由于户外照明线路的实际特点，当下雨后线路对地绝缘不好或存在穿过变压器的情况，电力线载波不能正常工作，没办法大规模推广。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于WSN网络的照明单灯监控系统，灯光节点控制器(BranchNode)和单灯控制器(LeafNode)采用Mesh方式的 WSN网络进行信息交互实现了对照明单灯的监控。技术方案本实用新型的监控系统包括控制中心、灯光节点控制器和单灯控制器； 其中控制中心和灯光节点控制器通信相连，单灯控制器和灯光节点控制器通过WSN(无线传感)网络连接，单灯控制器设置于灯杆上。所述灯光节点控制器包括第一通信单元、第一 WSN通信单元、第一运算控制单元、 第一模拟量采集单元、第一开关量输入输出单元、第一存储单元和第一电源；其中第一运算控制单元分别与第一通信单元、第一 WSN通信单元、第一模拟量采集单元、第一开关量输入输出单元和第一存储单元信号相连；第一通信单元，接受第一运算控制单元的指令，和控制中心进行通信；第一 WSN通信单元，接受第一运算控制单元的指令，和单灯控制器进行通信；第一模拟量采集单元，采集灯光节点控制器的电压电流信号并将其输出给第一运算控制单元进行决策，第一运算控制单元判断灯光节点控制器是否正常工作；第一开关量输入输出单元，接受第一运算控制单元的指令，进行节点线路的开关或报警的开关，并将操作结果返回给第一运算控制单元；第一存储单元，用于存储第一模拟量采集单元和第一开关量输入输出单元采集的参数信息以及预置的基本参数信息；第一运算控制单元，按照第一存储单元存储的信息、预置的基本参数信息以及控制中心的控制指令，执行相应的操作；第一电源给灯光节点控制器中各单元供电。所述单灯控制器包括第二 WSN通信单元、第二运算控制单元、第二模拟量采集单元、第二开关量输入输出单元、第二存储单元和第二电源；其中第二运算控制单元分别与第二 WSN通信单元、第二运算控制单元、第二模拟量采集单元、第二开关量输入输出单元和第二存储单元信号相连；第二 WSN通信单元，接受第二运算控制单元的指令，和第一 WSN通信单元进行通信；第二模拟量采集单元，采集被控单灯的电压电流信号并将其输出给第二运算控制单元进行决策，第二运算控制单元判断被控单灯是否正常工作；第二开关量输入输出单元，接受第二运算控制单元的指令，进行单灯开关的操作并将结果返回给第二运算控制单元；第二存储单元，存储第二模拟量采集单元和第二开关量输入输出单元采集的参数信息以及预置的基本参数信息；第二运算控制单元，按照第二存储单元存储的信息预置的基本参数信息以及第二 WSN通信单元传来的第一运算控制单元的控制指令，执行相应的操作；第二电源给单灯控制器中各单元供电。所述控制中心和灯光节点控制器通过GPRS、CDMA、3G或电台通信相连。所述WSN网络使用2. 4GHz无线频段。有益效果本实用新型相比现有技术具有以下优点，本实用新型采用了三层架构， 即控制中心、灯光节点控制器(BranchNode)、单灯控制器(Leafnode)，BranchNode不需要和配电柜(或变压器)一对一，一个BranchNode可以控制和管理多个配电柜(和或变压器) 所管辖的灯；LeafNode和灯杆部署在一起，直接接收控制中心的控制命令或按照预先设置的控制规律启动或停止变功率，一个灯光节点控制器可以控制多个单灯控制器，每个单灯控制器有多路输出，可以控制多盏灯具，可以方便做到节假日不启用单灯节能，冬季和边远地区延长节能时间，控制更加灵活，节点效果明显；采用2. 4GHz无线频段的符合Zigbee标准的无线WSN网络实现BranchNode和LeafNode之间的通信，电缆线路对地绝缘和线路是否通过变压器没有依赖，环境适应性强。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是灯光节点控制器的结构示意图；图3是单灯控制器的结构示意图；图4是现有控制系统支路开关灯示意图；图5为本实用新型控制单灯开关灯示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例的监控系统包括控制中心1、灯光节点控制器2和单灯控制器3 ；其中控制中心1和灯光节点控制器2通过目前较为成熟的技术通信相连，单灯控制器3和灯光节点控制器2通过WSN网络连接，单灯控制器3设置于单灯上，WSN网络使用 2. 4GHz无线频段，不受照明线路对地绝缘程度以及BranchNode与LeafNode之间线路是否需穿越变压器限制，环境适应性强。控制中心1提供人机界面和数据库，数据库用来存储灯光照明线路信息和灯光节点控制器2、单灯控制器3的信息；人机界面提供管理员监控和管理灯光亮化线路、路灯、亮化灯运行状态使用，管理员能够查看照明线路的电压、电流等信息，并能够通过人机界面实现分组、灯光节点控制器2、单灯控制器3的多级别开关灯操作。如图2所示，灯光节点控制器2包括第一通信单元4(本实施例选用GPRS模块)、 第一 WSN通信单元5 (本实施例选用Jennie的WSN模块)、第一运算控制单元6 (本实施例选用TI的MSP430)、第一模拟量采集单元7、第一开关量输入输出单元8、第一存储单元9和第一电源10;其中第一运算控制单元6分别与第一通信单元4、第一 WSN通信单元5、第一模拟量采集单元7、第一开关量输入输出单元8和第一存储单元9信号相连；第一通信单元4，接受第一运算控制单元6的指令，和控制中心1进行通信；第一 WSN通信单元5，接受第一运算控制单元6的指令，和单灯控制器3进行通信；第一模拟量采集单元7，采集灯光节点控制器2的电压电流信号并将其输出给第一运算控制单元6进行决策，第一运算控制单元6判断灯光节点控制器2是否正常工作；第一开关量输入输出单元8，接受第一运算控制单元6的指令，进行节点线路的开关或报警的开关，并将操作结果返回给第一运算控制单元6 ；第一存储单元9，用于存储第一模拟量采集单元7和第一开关量输入输出单元8采集的参数信息以及预置的基本参数信息；第一运算控制单元6，按照第一存储单元9存储的信息、预置的基本参数信息以及控制中心1的控制指令，执行相应的操作；第一电源10给灯光节点控制器2中各单元供电，采用12V和正负5V供电。灯光节点控制器2 —方面采集照明线路状态信息，一方面接收控制中心1的指令； 灯光节点控制器2与单灯控制器3通过WSN网络进行通信，获取照明单灯的运行状态，并控制照明单灯的开、关以及启动变功率等功能。第一 WSN通信单元5是新增单元，上电之后作为WSN网络的协调器，对外广播信息等待单灯控制器3的加入，当单灯控制器3加入后即可实现与该单灯节点的通信。如图3所示，单灯控制器3包括第二 WSN通信单元11 (本实施例选用Jennie的 zigbee模块)、第二运算控制单元12 (本实施例选用Jermic控制芯片)、第二模拟量采集单元13、第二开关量输入输出单元14、第二存储单元15和第二电源16 ；[0045]第二运算控制单元12分别与第二 WSN通信单元11、第二运算控制单元12、第二模拟量采集单元13、第二开关量输入输出单元14和第二存储单元15信号相连；第二 WSN通信单元11，接受第二运算控制单元12的指令，和第一 WSN通信单元5 进行通信；第二模拟量采集单元13，采集被控单灯的电压电流信号并将其输出给第二运算控制单元12进行决策，第二运算控制单元12判断被控单灯是否正常工作；第二开关量输入输出单元14，接受第二运算控制单元12的指令，进行单灯开关的操作并将结果返回给第二运算控制单元12 ；第二存储单元15，存储第二模拟量采集单元13和第二开关量输入输出单元14采集的参数信息以及预置的基本参数信息；第二运算控制单元12，按照第二存储单元15存储的信息、预置的基本参数信息以及第二 WSN通信单元11传来的第一运算控制单元6的控制指令，执行相应的操作；第二电源16给单灯控制器3中各单元供电，采用正5V供电。一种基于WSN网络的照明单灯监控方法，包括以下步骤(1)将单灯控制器3安装在单灯上，控制中心1和灯光节点控制器2实现通信，灯光节点控制器2和单灯控制器3通过WSN网络实现通信；(2)单灯控制器3将被控单灯信息通过WSN网络传输给灯光节点控制器2，灯光节点控制器2再将单灯信息传输给控制中心1，被控单灯信息包括单灯电流电压信息以及开关时间信息等；(3)控制中心1根据实际需求发出控制指令，灯光节点控制器2接受控制指令并通过WSN网络传输给单灯控制器3，各个单灯控制器3通过控制单灯的变功率镇流器的多路开关的吸合和断开即可实现控制；(4)单灯控制器3再将上述操作结果通过灯光节点控制器2返回给控制中心1。单灯控制器3将单灯的信息和单灯控制器3内存储的预置的基本参数信息对比判断单灯是否正常工作，如是，正常传输信息至灯光节点控制器2，如不是，则将报警信号发送给至灯光节点控制器2，由灯光节点控制器2将报警信号传输给控制中心1，再由控制中心 1派人进行维修。灯光节点控制器2对当前灯光节点控制器2内电压电流信息进行读取并和存储的信息对比判断灯光节点控制器2是否正常工作，如不是，将关闭节点线路，并发出报警信息至控制中心1，再由控制中心1派人进行维修。现有监控系统RTU直接从配电柜读取各支路的电压、电流灯参数。本实施例通过单灯控制器3读取当前单灯的电压和电流信息，并将电流和电压信息通过WSN网络传输给灯光节点控制器2，灯光节点控制器2将相同支路上的电流进行矢量相加得出线路电流，线路电压为当前单灯的电压。如图4所示，现有控制系统开关灯操作直接作用到支路，即RTU驱动某支路上的交流接触器Jl吸合，分支路Al、Bl和Cl三相同时上电，支路上所有路灯全功率启动，同时变功率镇流器17中的时钟开始计时，计时周期到后，相应的路灯启动节能(降功率)开关灯， 只能控制到支路级别，即支路上所有灯同时上电或同时下电。如图5所示，本实施例中由于引入了部署在灯杆处的单灯控制器3，一个单灯控制器3可以直接控制所在支路上多个路灯的开闭，每个路灯有两路开关量输出，分别控制变
7功率镇流器17的第一开关Kl和第二开关K2，全功率开灯，只要控制Kl吸合、K2断开即可； 降功率运行只要控制K2吸合即可实现。单灯控制器3可以通过灯光节点控制器2接收来自控制中心1的开关灯及启动单灯节能的控制指令，当节日时，所有路灯全功率运行，保证节日亮灯效果；对于普通工作日，繁华路段开灯3-4个小时之后启动节能，一般路段开灯2-3 小时启动节能，远郊开灯1-2个小时后启动节能；即通过单灯控制器3可以方便的做到节假日、重要日期不启用单灯节能，冬季、边远地区适当延长节能时间，单灯节能控制规律灵活， 节能效果显著。 综上所述，本实施例所提供的BranchNode和LeafNode配合方式，LeafNode部署在路灯灯杆处，BranchNode通过IeafNode获取配电柜各支路所有的单灯电压、电流，并会电流进行矢量和计算，从而实现了原有RTU的功能(远程开关灯、远程电压、电流等参数)， 同时也实现了 BranchNode与配电柜的分离，减少了 BranchNode的数量，经济效益明显。
权利要求1.一种基于WSN网络的照明单灯监控系统，包括控制中心(1)，其特征在于，该系统还包括灯光节点控制器(2)和单灯控制器(3)；其中控制中心(1)和灯光节点控制器(2)通信相连，单灯控制器(3)和灯光节点控制器(2)通过WSN网络连接，单灯控制器(3)设置于灯杆上。
2.根据权利要求1所述的基于WSN网络的照明单灯监控系统，其特征在于所述灯光节点控制器(2)包括第一通信单元(4)、第一 WSN通信单元(5)、第一运算控制单元(6)、第一模拟量采集单元(7)、第一开关量输入输出单元(8)、第一存储单元(9)和第一电源(10)； 其中第一运算控制单元(6)分别与第一通信单元(4)、第一 WSN通信单元(5)、第一模拟量采集单元(7)、第一开关量输入输出单元(8)和第一存储单元(9)信号相连；第一通信单元(4)，接受第一运算控制单元(6)的指令，和控制中心(1)进行通信； 第一 WSN通信单元(5)，接受第一运算控制单元(6)的指令，和单灯控制器(3)进行通第一模拟量采集单元(7)，采集灯光节点控制器(2)的电压电流信号并将其输出给第一运算控制单元(6)进行决策，第一运算控制单元(6)判断灯光节点控制器(2)是否正常工作；第一开关量输入输出单元(8)，接受第一运算控制单元(6)的指令，进行节点线路的开关或报警的开关，并将操作结果返回给第一运算控制单元(6)；第一存储单元(9)，用于存储第一模拟量采集单元(7)和第一开关量输入输出单元(8) 采集的参数信息以及预置的基本参数信息；第一运算控制单元(6)，按照第一存储单元(9)存储的信息、预置的基本参数信息以及控制中心(1)的控制指令，执行相应的操作；第一电源(10)给灯光节点控制器(2)中各单元供电。
3.根据权利要求2所述的基于WSN网络的照明单灯监控系统，其特征在于所述单灯控制器(3)包括第二 WSN通信单元(11)、第二运算控制单元(12)、第二模拟量采集单元 (13)、第二开关量输入输出单元(14)、第二存储单元(15)和第二电源(16)；其中第二运算控制单元(12)分别与第二 WSN通信单元(11)、第二运算控制单元(12)、第二模拟量采集单元(13)、第二开关量输入输出单元(14)和第二存储单元(15)信号相连；第二 WSN通信单元(11)，接受第二运算控制单元(12)的指令，和第一 WSN通信单元(5) 进行通信；第二模拟量采集单元(13)，采集被控单灯的电压电流信号并将其输出给第二运算控制单元(12)进行决策，第二运算控制单元(12)判断被控单灯是否正常工作；第二开关量输入输出单元(14)，接受第二运算控制单元(12)的指令，进行单灯开关的操作并将结果返回给第二运算控制单元(12)；第二存储单元(15)，存储第二模拟量采集单元(13)和第二开关量输入输出单元(14) 采集的参数信息以及预置的基本参数信息；第二运算控制单元(12)，按照第二存储单元(15)存储的信息、预置的基本参数信息以及第二 WSN通信单元(11)传来的第一运算控制单元(6)的控制指令，执行相应的操作； 第二电源(16)给单灯控制器(3)中各单元供电。
4.根据权利要求1所述的基于WSN网络的照明单灯监控系统，其特征在于所述控制中心(1)和灯光节点控制器⑵通过GPRS、CDMA、3G或电台通信相连。
5.根据权利要求1所述的基于WSN网络的照明单灯监控系统，其特征在于所述WSN网络使用2. 4GHz无线频段。
专利摘要本实用新型公开了一种基于WSN网络的照明单灯监控系统，该系统包括控制中心、灯光节点控制器和单灯控制器；控制中心和灯光节点控制器通信相连，单灯控制器和灯光节点控制器通过WSN网络连接，单灯控制器设置于灯杆上。本实用新型一个灯光节点控制器可以控制多个单灯控制器，每个单灯控制器有多路输出，可以控制多盏灯具；控制更加灵活，节点效果明显，环境适应性强。
文档编号H05B37/02GK202043329SQ201120069188
公开日2011年11月16日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者李沛祥, 李轩, 杜庆峰, 邓士伟, 高涵 申请人:南京博络克信息技术服务有限公司