专利名称：智能远程无线路灯监控系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种路灯监控系统，尤其是一种智能远程无线路灯监控系统及方法。
背景技术：
目前，能源问题已成为制约世界经济可持续发展的一个重大问题。如何高效地实现节能减排、开发可再生能源已成为全球关注的焦点。同时，随着城市化进程的推进，城市道路、夜景照明已成为城市文化的代表。在推进城市亮化工程的过程中，城市道路照明、灯饰工程等逐渐受到重视，路灯照明的节能减排及智能控制亦成为大势所趋。目前，国内城市的城市路灯监控管理水平还非常低，通常是采用群控、组控及人工巡检的方式，这样不仅费时费力，还不能及时排除路灯故障，给城市照明系统的管理和维护带来很大的困难。
在城市路灯管理中，有一个“亮灯率”的重要指标，该指标是主管部门对路灯管理单位进行考核的重要依据。传统技术采用线路负载电流或功率来评估亮灯率。由于线路电压的波动、光源伏安特性非线性以及灯具老化带来的一些不确定因素等，传统的评估方法很不准确。很多城市的路灯控制系统还停留在手动控制状态，不仅费时费力，而且还往往不能保证路灯100%地光亮，有时天已经亮了而灯还在全亮，不能实现智能化自动控制，浪费了电源和路灯的使用寿命。随着数字通信和计算机技术的发展，无线技术的网络化、标准化要求逐渐出现在人们面前，ZigBee技术便是其中之一。ZigBee技术是依据IEEE 802. 15. 4标准的一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，主要应用在短距离范围内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。随着我国城市化建设的深入，大中型城市开始了智能化管理，各国纷纷加入智能城市、智慧城市的行列。在能源紧缺的社会中需要有与其配套的高效环保的智能化照明控制系统，要求在对照明设备信息的获取和控制方式上做到远程化、智能化。现代智能公路的照明设计已不仅是某条道路或公路的照明设计，而是整个城市的路灯监控。各道路路灯可分别采用单独回路供电，这样可以根据不同需要，对各处的路灯实行单独控制，节约电能。因此，亟需开发一种能满足智能化远程监控的路灯控制系统，以满足智能城市建设及节能环保的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能远程无线路灯监控系统，通过无线网络方便实时地监控路灯的工作状态。本发明的另一目的是提供一种智能远程无线路灯监控方法，通过采集路灯的状态信息给路灯的照明模式进行实时控制。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
一种智能远程无线路灯监控系统，包括至少一个路灯检测及控制装置，分别与每个路灯连接，用于检测每个路灯的状态信息并根据远程监控服务器的控制指令控制每个路灯的照明模式；至少一个无线协调器，与同一条路灯线路上的路灯检测及控制装置组成的无线传感器网络连接，用于将每个路灯检测及控制装置实时检测获得的每个路灯的状态信息传送给远程监控服务器；远程监控服务器，与所述无线协调器通信连接，用于根据每个路灯的状态信息对路灯的照明模式进行控制。优选地，所述路灯检测及控制装置包括ZigBee控制器，所述ZigBee控制器的输入端连接有一光敏传感器，输出端连接有用于控制路灯的照明模式的调光驱动电路。优选地，所述无线协调器包括主控器、GPRS模块及ZigBee模块，其中·
ZigBee模块，与同一条路灯线路上的路灯检测及控制装置组成的无线传感器网络连接，用于接收来自路灯检测及控制装置检测获得的路灯的状态信息并下传来自远程监控服务器的控制指令给路灯检测及控制装置；GPRS模块，与所述远程监控服务器无线连接；主控器，分别与所述ZigBee模块及GPRS模块连接。优选地，所述ZigBee模块的输入端还连接有光敏传感器，输出端连接有用于控制路灯的照明模式的调光驱动电路。较佳地，所述调光驱动电路为PID控制的BUCK型电流控制电路。较佳地，所述远程监控服务器还通信连接有监控客户端。较佳地，所述监控客户端为与远程监控服务器无线通讯连接的无线移动终端。一种智能远程无线路灯监控方法，包括以下步骤利用光敏传感器检测各个路灯照明的状态信息，并通过无线网络将各路灯的状态信息发送给远程监控服务器；远程监控服务器通过无线网络发送控制指令给各路灯的调光驱动电路以控制各路灯的照明模式。较佳地，所述调光驱动电路为基于PID控制的BUCK型电流控制电路。较佳地，所述无线网络基于ZigBee网络与GPRS网络的结合。本发明的有益效果是本发明智能远程无线路灯监控系统及方法，利用ZigBee网络实时采集各路灯的工作状态信息，并通过GPRS无线通讯与远程监控服务器进行连接，实现了远程的智能监控，便于实时检测到路灯的故障状况，并通过对路灯状态信息的采集，便于优化路灯的照明模式，以达到节约能源的目的，真正实现了路灯的智能监控及远程监控的结合，可靠性高，应用前景广阔。
图I是本发明智能远程无线路灯监控系统的结构示意图；图2是本发明路灯检测及控制装置的原理方框图；图3是本发明无线协调器的原理方框图；图4是本发明智能远程无线路灯监控系统数据传输过程示意图5是本发明智能远程无线路灯监控系统优选实施例的结构框图；图6是本发明中基于PID控制的BUCK型电流控制电路模型图；图7是斜坡补偿及电感电流波形图；图8是闭环系统模型9是无补偿时系统开环传递函数波特图；图10是PID控制调节电路图；图11是PID补偿网络传递函数波特图。
具体实施例方式下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的描述，本发明以对LED路灯控制为例，但本发明的实施方式不限于此。本发明智能远程无线路灯监控系统，突破了现有的路灯定时、有线及群控等的局限性，采用两级节能的控制理念。第一级，通过LED路灯调光驱动电路，大大降低路灯的能源消耗，实现城市照明的节能降耗；第二级，采用基于ZigBee和GPRS无线通讯技术的远程监控系统，并利用智能的监控及控制策略，实现对城市路灯系统的远程智能监控，实时排除故障路灯，保障路灯的“亮灯率”，杜绝白天时的错误亮灯，从而实现第二次节能。参照图1，一种智能远程无线路灯监控系统，包括至少一个路灯检测及控制装置10，分别与每个路灯连接，用于检测每个路灯的状态信息并根据远程监控服务器30的控制指令控制每个路灯的照明模式；至少一个无线协调器20，与同一条路灯线路上的路灯检测及控制装置10组成的无线传感器网络连接，用于将每个路灯检测及控制装置10实时检测获得的每个路灯的状态信息传送给远程监控服务器30 ；远程监控服务器30，与所述无线协调器20通信连接，用于根据每个路灯的状态信息对路灯的照明模式进行控制。远程监控服务器还可以根据收集到的各个路灯的状态信息来计算、统计、查询各街道的亮灯率。参照图2，所述路灯检测及控制装置10包括ZigBee控制器11，所述ZigBee控制器11的输入端连接有一光敏传感器12，输出端连接有用于控制路灯的照明模式的调光驱动电路13。需要说明的是，ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。ZigBee网络中的节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。这样，路灯检测及控制装置10既可以作为ZigBee网络中的单个节点，亦可成为中转其他路灯检测及控制装置10检测到的路灯的状态信息的中继节点，从而扩大整个ZigBee网络的规模。由于ZigBee网络通常有效的传输距离在100米以内，而同一线路上相邻两路灯之间的距离一般不会超过50米，需要传输的控制指令和状态信息业很少，因此，ZigBee技术完全可以满足路灯单灯控制的需要，并且通过路灯检测及控制装置10的接力传输形成的ZigBee网络可以对同一线路上的任意处路灯进行检测和控制。ZigBee网络的自组网技术也满足了数据传输的可靠性要求。在具体实际应用中，本监控系统所监控的路灯为LED路灯，由于LED作为高效半导体照明光源，具有长寿命、节能环保、色彩丰富、微型化等优点，其逐步替代传统的荧光灯、白炽灯，成为21世纪最具有发展前景的节能、环保型照明产品。故本发明以LED路灯为例，来进行说明。ZigBee控制器11采用ZigBee芯片CC2530，光敏传感器12采集LED路灯的亮度，判断LED路灯工作是否异常，并通过ZigBee芯片CC2530将路灯的状态信息实时发送至无线协调器20。ZigBee芯片CC2530接收来自远程监控服务器30的控制指令，通过调光驱动电路13改变LED路灯控制口输出的PWM波来改变路灯的亮度，从而控制LED路灯的照明模式。参照图3，所述无线协调器20包括主控器21、GPRS模块23及ZigBee模块22，其中ZigBee模块22采用ZigBee芯片CC2530，与同一条路灯线路上的路灯检测及控制装置10组成的无线传感器网络连接，用于接收来自路灯检测及控制装置10检测获得的路灯的状态信息并下传来自远程监控服务器30的控制指令给路灯检测及控制装置10 ；·GPRS模块23采用SMCOM公司生产SM300模块，与所述远程监控服务器30经因特网连接；主控器21采用双串口单片机STC 12LE5A60S2，分别与所述ZigBee模块22及GPRS模块23连接。主控器21 —方面经ZigBee模块22接收来自ZigBee网络的各LED路灯的状态信息，并将所接收的状态信息经GPRS模块23传递给与因特网连接的远程监控服务器30 ;另一方面，GPRS模块23接收来自远程监控服务器30的控制指令，并经ZigBee模块22传递至ZigBee网络，各路灯所处的路灯检测及控制装置10通过内部的ZigBee控制器11接收控制指令，并触发调光驱动电路13控制LED路灯的照明模式。整个监控系统的数据传输过程如图4所示。参照图5，每个路灯都作为Zigbee网络中的一个路由节点或终端设备节点，通过Zigbee网络将自身的状况实时的发送到Zigbee网络中的无线协调器20中，再通过GPRS网络将数据发送到远程的远程监控服务器30进行路灯状况的实时显示。通过远程监控服务器30上的程序自动控制整个LED路灯系统。优选地，无线协调器20内的ZigBee模块22的输入端还连接有光敏传感器12，输出端连接有用于控制路灯的照明模式的调光驱动电路13。这样，无线协调器20安装在LED路灯上，亦可以单独采集LED路灯的亮度状态信息并对LED路灯的照明模式进行控制。在实际应用中，与因特网连接的远程监控服务器30还可以连接有监控客户端，这样通过监控客户端可以查看远程监控服务器30接收到的LED路灯的状态信息，判断各处LED路灯是否正常工作，并可以通过监控客户端远程控制LED路灯的照明模式，所述监控客户端可为PC机，亦可以无线移动终端，如手机、PDA等。本发明智能远程无线路灯监控方法，包括以下步骤利用光敏传感器检测各个路灯照明的状态信息，并通过无线网络将各路灯的状态信息发送给远程监控服务器；远程监控服务器通过无线网络发送控制指令给各路灯的调光驱动电路以控制各路灯的照明模式。这样，用户不仅可以方便的通过远程监控服务器查询各路灯照明的状态信息，还可以通过远程监控服务器自动控制或者手动控制各路灯的照明模式。
优选地，所述调光驱动电路为基于PID控制的BUCK型电流控制电路，所述无线网络基于ZigBee网络与GPRS网络的结合。传统的LED路灯的调光驱动电路皆采用纯硬件的控制方式，仅仅通过PWM控制MOSFET的开关来达到目的。本发明中调光驱动电路13优选为基于PID控制的BUCK型电流控制电路，运用软、硬件方法，在现有PWM控制的基础上，通过精确检测导通角，做到精确无级调整，具有启动电压低、转换效率高的特点。图6是本发明中基于PID控制的BUCK型电流控制电路的模型图，参照图6，根据PID控制原理，可列出如下公式
权利要求
1.一种智能远程无线路灯监控系统，其特征在于，包括 至少一个路灯检测及控制装置，分别与每个路灯连接，用于检测每个路灯的状态信息并根据远程监控服务器的控制指令控制每个路灯的照明模式； 至少一个无线协调器，与同一条路灯线路上的路灯检测及控制装置组成的无线传感器网络连接，用于将每个路灯检测及控制装置实时检测获得的每个路灯的状态信息传送给远程监控服务器； 远程监控服务器，与所述无线协调器通信连接，用于根据每个路灯的状态信息对路灯的照明模式进行控制。
2.如权利要求I所述的智能远程无线路灯监控系统，其特征在于所述路灯检测及控制装置包括ZigBee控制器,所述ZigBee控制器的输入端连接有一光敏传感器,输出端连接有用于控制路灯的照明模式的调光驱动电路。
3.如权利要求I所述的智能远程无线路灯监控系统，其特征在于所述无线协调器包括主控器、GPRS模块及ZigBee模块，其中 ZigBee模块，与同一条路灯线路上的路灯检测及控制装置组成的无线传感器网络连接，用于接收来自路灯检测及控制装置检测获得的路灯的状态信息并下传来自远程监控服务器的控制指令给路灯检测及控制装置； GPRS模块，与所述远程监控服务器无线连接； 主控器，分别与所述ZigBee模块及GPRS模块连接。
4.如权利要求3所述的智能远程无线路灯监控系统，其特征在于所述ZigBee模块的输入端还连接有光敏传感器，输出端连接有用于控制路灯的照明模式的调光驱动电路。
5.如权利要求2或者4所述的智能远程无线路灯监控系统，其特征在于所述调光驱动电路为基于PID控制的BUCK型电流控制电路。
6.如权利要求I所述的智能远程无线路灯监控系统，其特征在于所述远程监控服务器还通信连接有监控客户端。
7.如权利要求6所述的智能远程无线路灯监控系统，其特征在于所述监控客户端为与远程监控服务器无线通讯连接的无线移动终端。
8.一种智能远程无线路灯监控方法，其特征在于，包括以下步骤 利用光敏传感器检测各个路灯照明的状态信息，并通过无线网络将各路灯的状态信息发送给远程监控服务器； 远程监控服务器通过无线网络发送控制指令给各路灯的调光驱动电路以控制各路灯的照明模式。
9.如权利要求8所述的智能远程无线路灯监控方法，其特征在于所述调光驱动电路为基于PID控制的BUCK型电流控制电路。
10.如权利要求8所述的智能远程无线路灯监控方法，其特征在于所述无线网络基于ZigBee网络与GPRS网络的结合。
全文摘要
本发明公开了一种智能远程无线路灯监控系统及方法，该系统包括至少一个路灯检测及控制装置，分别与每个路灯连接，用于检测每个路灯的状态信息并根据远程监控服务器的控制指令控制每个路灯的照明模式；至少一个无线协调器，与同一条路灯线路上的路灯检测及控制装置组成的无线传感器网络连接，用于将每个路灯检测及控制装置实时检测获得的每个路灯的状态信息传送给远程监控服务器；远程监控服务器，与所述无线协调器通信连接，用于根据每个路灯的状态信息对路灯的照明模式进行控制。本发明利用ZigBee网络实时采集各路灯的工作状态信息，并通过GPRS无线通讯与远程监控服务器进行连接，实现了对城市路灯的远程智能监控，具有广泛的应用前景。
文档编号H05B37/03GK102905434SQ201210392510
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者任斌, 陈平华 申请人:东莞理工学院, 广东工业大学