一种led路灯及基于传感器网络的led路灯监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种LED路灯，包括LED灯阵列、对该LED灯阵列进行点阵式点亮控制的驱动电路、提供时钟信号的时钟芯片、照度检测电路模块、温度检测电路模块、热释电红外传感器、微处理器、与所述微处理器相连接的存储器、以及提供电力供应的开关电源模块。本实用新型还提供了一种基于传感器网络的LED路灯监控系统，包括监控主机与多个由LED路灯构成的节点，所述监控主机与节点组成链状网络。本实用新型根据采集到的光照、时间、温度等数据控制LED路灯的亮度和照明开始时间，有效地实现了“按需照明”的节能目的；可检测灯罩内部的温度，保护灯阵，延长LED使用寿命。
【专利说明】-种LED路灯及基于传感器网络的LED路灯监控系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及LED路灯及LED监控系统，尤其涉及一种基于传感器网络的LED 路灯监控系统。
【背景技术】
[0002] 公路及城市路灯照明是人们日常生活及道路交通中必不可少的公共设施，LED在 道路照明方面的应用也倍受关注。然而，从城市景观灯、街道照明灯、公路照明灯、隧道照明 灯等大功率LED路灯应用实践方面看，大功率LED路灯应用还存在一些常见问题，比如：路 灯只能依靠人工或简单的定时器在固定的时间段内整体亮灭、路灯的发光强度与环境亮度 不具备关联性等。
[0003] 中国专利申请号为201310194108. 4,专利名称为《一种LED智能控制系统及其方 法》的专利文献公开了一种具备根据环境亮度等参数调节LED灯亮度值的方法，该方法利用 参数传感器对外部环境采集数据，并通过数据调节LED亮度，从亮度角度看，解决了按需照 明的节能问题，但上述方案仅仅从亮度着手，并不能根据外部环境的变化，动态调节照明时 间和照明亮度。因此，亟需一种LED路灯，不仅能够根据外部环境调节LED灯照明的亮度， 而且可以动态调节LED照明时间。
[0004] 在系统监控方面，现有的系统不能及时反馈路灯信息，常常导致某个路灯的路灯 损坏，长时间得不到维修。现有的通信系统大多采用两级或三级结构，要求所有路灯都能直 接和主控制器通信，没有考虑路灯之间的相互通信，不能实现远距离通信。因此需要完备的 路灯和监控系统解决上述问题，这也是LED应用的发展趋势。 实用新型内容
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是：提供一种能动态调节照明时间和照明亮度的 LED路灯以及一种能够进行远距离通信和精确定位故障位置的照明监控系统。
[0006] 本实用新型解决该技术问题采用的技术方案是：
[0007] -种LED路灯，包括LED灯阵列；对该LED灯阵列进行点阵式点亮控制的驱动电 路；提供时钟信号的时钟芯片；照度检测电路模块，含有用于采集环境光照度的光敏传感 器，以提供照度信号；温度检测电路模块，含有采集灯具自身温度的温度传感器，以提供温 度信号；热释电红外传感器以及与所述时钟芯片、照度检测电路模块以及温度检测电路模 块相连接的微处理器；与所述微处理器相连接的存储器以及提供电力供应的开关电源模 块。
[0008] 其中，微处理器还与驱动电路相连接，以根据接收的时钟信号、照度信号以及温度 信号通过驱动电路对LED灯阵列进行不同时间点上的开关及亮度动态控制。
[0009] 照度检测电路模块包括光敏传感器，光敏传感器采集环境光照度并经信号调理和 线性放大成电压信号输出，在微处理器中通过拟合函数和数字滤波技术，得出环境光照度 值，此时，每隔固定时间连续两次读取环境照度值，该固定时间可为10分钟、30分钟等，然 后将这两次获取的数值进行比较，若差值小于预设差值，光敏标志位置1，否则重新读取照 度值。
[0010] 时钟芯片用于监测系统实时时钟是否进入预设开灯时间段，若是，开灯时间标志 位置1，该预设开灯时间可设定为接近预定开灯时间约1个小时左右。
[0011] 温度检测电路模块包括温度传感器，温度传感器采集路灯自身温度，如果灯身温 度低于系统预设温度，温度标志位置1，其中系统预设温度为路灯最高安全工作温度，如果 路灯自身温度高于系统预设温度，就无法确保LED路灯正常工作，此时温度标志位置0。
[0012] 当光敏标志位、时间标志位、温度标志位同时置1，打开灯阵，并记录当前的照度 值。
[0013] 进一步地，路灯设置多个光敏分段阈值，路灯的亮度根据光敏分段阈值设定。
[0014] 优选地，其中光敏分段阈值分别设置为3. 2V?3. 4V、2. 8V?3. 1V、1. 4V?2. 7V、 0V?1. 3V，对应的亮灯级别分别为全灭、1/3灯阵亮、1/2灯阵亮、全亮。
[0015] 进一步地，驱动电路包括PWM调光模块，利用PWM调光模块调光功能根据照度信号 控制LED灯阵的亮度。PWM，即脉冲调制，采用调整脉冲占空比达到调整电压、电流、功率，采 用PWM调光可近似连续地控制亮度，与其他常用调光机制相比，PWM调光功能可以使灯的亮 度比较均匀。
[0016] 作为本实施例的改进，所述PWM调光功能还根据路灯温度值控制灯阵的亮度，若 温度传感器检测到灯罩温度高于预设温度阈值时，调用PWM函数，调低LED灯阵亮度，从而 降低路灯内部温度降低，确保LED路灯正常工作。如当此时亮灯级别为全亮时，温度传感器 检测到此时的路灯温度已经超出了系统预设温度，如果此时使路灯全灭，会影响路人和行 驶车辆的视线，造成危险；如果继续保持全亮状态，则LED路灯很有可能无法长时间作业， 导致路灯损坏，同样不可取；此时可选择当亮灯级别降为1/3灯阵亮或1/2灯阵亮，可有效 降低路灯损坏的概率，同时不影响路人和行驶车辆的视线。
[0017] 作为本实施例的改进，PWM调光模块还可以综合照度信号和路灯温度信号调整阵 列亮度。
[0018] 进一步地，所述LED灯阵采用8行*8列64颗高亮LED作发光源，行列驱动均使用 74HC595串行输入并行输出芯片。
[0019] 记录其中所述光敏标志位置1的初始时刻，如果连续两天或两天以上所述初始时 刻差异低于预设值，则将其平均时间作为新的预定开始时间。
[0020] 优选地，记录其中所述光敏标志位置1的初始时刻，其中如果连续7天所述初始时 刻差异低于预设值，则将其平均时间作为新的预定开始时间。
[0021] 一种基于传感器网络的LED路灯监控系统，包括监控主机与多个由基于传感器网 络的LED路灯构成的节点，所述监控主机与节点组成链状网络，其中所述基于传感器网络 的LED路灯包括：
[0022] 对所述LED灯阵列进行点阵式点亮控制的驱动电路；
[0023] 提供时钟信号的时钟芯片；
[0024] 照度检测电路模块，含有用于采集环境光照度的光敏传感器，以提供照度信号；
[0025] 温度检测电路模块，含有采集灯具自身温度的温度传感器，以提供温度信号；
[0026] 热释电红外传感器；
[0027] 与所述时钟芯片、照度检测电路模块以及温度检测电路模块相连接的微处理器；
[0028] 与所述微处理器相连接的存储器；
[0029] 提供电力供应的开关电源模块。
[0030] 其中，微处理器还与驱动电路相连接，以根据接收的时钟信号、照度信号以及温度 信号通过驱动电路对LED灯阵列进行不同时间点上的开关及亮度控制；以及射频通信模 块，实现节点之间的接力通信，射频通信范围内的若干节点组成簇，其中靠近sink节点或 协调器的节点为簇头。
[0031] 节点还包括：用于验证合法性和判断数据类型的数据包接收分解模块、数据处理 模块、转发寻址模块、转发验证模块以及应对异常天气的应急处理模块。
[0032] 进一步，系统还包括休眠机制模块，使非工作路灯处于休眠状态。
[0033] 进一步，系统还包括可寻址控制模块，当有路灯出现故障时，邻近灯会自动上报故 障路灯给控制中心，定位故障位置。
[0034] 本实用新型的有益效果是：本实用新型根据采集到的光照、时间、温度等数据控制 LED路灯的亮度和照明开始时间，有效地实现了 "按需照明"的节能目的；可检测灯罩内部 的温度，保护灯阵，延长LED使用寿命；同时监控系统采用链式网络，可有效实现远程通信 并精确定位故障位置。即满足了 LED路灯监控系统的稳定性，又实现了节能目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明：
[0036] 图1 :传感器网络的节点硬件电路组成框图；
[0037] 图2 :灯阵动态预测照明流程图。
【具体实施方式】
[0038] 首先，本实用新型提出了一种LED路灯。
[0039] 路灯照明功能通过LED灯阵实现，LED灯阵使用点阵控制技术，可以十分方便地控 制每个灯的亮灭，实现任意亮度的控制模式，如全部亮、全部灭、奇数亮、偶数亮、及循环亮 灭LED等模式，使LED使用更均匀，可以延长路灯的使用时间。
[0040] 图1所示为传感器网络的节点硬件电路组成框图，从图中可以看出，路灯包括LED 灯阵列(未示出)及其驱动电路1，时钟芯片2,照度检测电路模块3,含有用于采集环境光照 度的光敏传感器，温度检测电路模块4,含有采集灯具自身温度的温度传感器；热释电红外 传感器9,热释电红外传感器9可以检测灯具照明范围内是否有行人；与所述时钟芯片2、照 度检测电路模块3以及温度检测电路模块4相连接的微处理器5 ;与所述微处理器5相连 接的存储器8以及提供电力供应的开关电源模块7。
[0041] 路灯采用自适应动态预测照明技术，参考图2,该技术包括以下步骤：
[0042] 利用光敏、时间和温度三个约束条件控制灯阵的亮度及照明时间。光敏方面：光 敏传感器采集环境光照度并经信号调理和线性放大成电压信号输出，在微处理器5中通过 拟合函数和数字滤波技术，得出环境光照度值，此时，每隔固定时间连续两次读取环境照度 值，该固定时间可为10分钟、30分钟等，然后将这两次获取的数值进行比较，若差值小于预 设差值，光敏标志位置1，否则重新读取照度值；时间方面，时钟芯片2用于监测系统实时时 钟是否进入预设开灯时间段，若是，开灯时间标志位置1，否则，重新读取时间，这里说明一 点，该预设开灯时间可设定为接近预定开灯时间约1个小时左右；温度方面，温度传感器采 集路灯自身温度，如果灯身温度低于系统预设温度，温度标志位置1，其中系统预设温度为 路灯最高安全工作温度，如果路灯自身温度高于系统预设温度，就无法确保LED路灯正常 工作。当三个标志位同时置1，则打开灯阵。
[0043] 路灯在首次使用时或者复位后，系统会自动预设或者人工设定一个开灯时间。此 后每天都会记录光敏标志位置1的初始时刻，如果在两天或两天以上时间内，记录光敏标 志位置1初始时刻差异低于某预设值，则将其设定为新的预设开灯时间，实现动态调整照 明开始时间。预设值可以为30分钟或者1个小时，设定预设值的目的是防止个别气象原因 导致预测结果错误，例如，当某天由于天气原因而提前一个小时光线变暗，在此后动态预测 开灯时间时，若以此为依据，可能会预测提前，造成浪费；反之，若由于天气晴好而推后一小 时，在此后动态预测开灯时间时，若以此为依据，可能会预测滞后，导致路人视线阻碍，造成 危险。
[0044] 作为本实施例的进一步改进，根据7天内的照明时间段动态预测下一阶段的照明 开始时间。
[0045] 如果允许打开灯阵，则根据系统预先设置好的光敏分段阈值调节LED灯阵亮度， 在本实施例中，LED灯阵采用8行*8列共64颗白色高亮LED作为发光源，可通过设置LED 亮起的排数调节亮度。光敏分段阈值如表1所示。
[0046] 表1光敏分段阈值
[0047]
【权利要求】
1. 一种LED路灯，包括LED灯阵列，其特征在于，还包括： 对所述LED灯阵列进行点阵式点亮控制的驱动电路（1); 提供时钟信号的时钟芯片（2); 照度检测电路模块（3)，含有用于采集环境光照度的光敏传感器，以提供照度信号； 温度检测电路模块（4)，含有采集灯具自身温度的温度传感器，以提供温度信号； 热释电红外传感器（9); 与所述时钟芯片（2 )、照度检测电路模块（3 )以及温度检测电路模块（4)相连接的微处 理器（5); 与所述微处理器（5 )相连接的存储器（8 ); 提供电力供应的开关电源模块（7); 其中，所述微处理器（5)还与所述驱动电路（1)相连接，以根据接收的时钟信号、照度 信号以及温度信号通过所述驱动电路（1)对所述LED灯阵列进行不同时间点上的开关及亮 度动态控制。
2. 根据权利要求1所述的LED路灯，其特征在于：所述驱动电路（1)包括用于根据照度 信号和/或路灯温度信号控制所述灯阵的亮度的PWM调光模块，其中PWM调光模块参照预 设的光敏分段阈值进行亮度调节。
3. 根据权利要求1所述的LED路灯，其特征在于：其中所述LED灯阵采用8行*8列64 颗高亮LED作为发光源，驱动电路（1)采用74HC595串行输入并行输出芯片。
4. 一种基于传感器网络的LED路灯监控系统，其特征在于，包括监控主机与多个由基 于传感器网络的LED路灯构成的节点，所述监控主机与节点组成链状网络，其中所述基于 传感器网络的LED路灯包括： 对所述LED灯阵列进行点阵式点亮控制的驱动电路（1); 提供时钟信号的时钟芯片（2); 照度检测电路模块（3)，含有用于采集环境光照度的光敏传感器，以提供照度信号； 温度检测电路模块（4)，含有采集灯具自身温度的温度传感器，以提供温度信号； 热释电红外传感器； 与所述时钟芯片（2 )、照度检测电路模块（3 )以及温度检测电路模块（4)相连接的微处 理器（5); 与所述微处理器（5)相连接的存储器（8); 提供电力供应的开关电源模块（7); 其中，所述微处理器（5)还与驱动电路（1)相连接，以根据接收的时钟信号、照度信号 以及温度信号通过所述驱动电路（1)对所述LED灯阵列进行不同时间点上的开关及亮度控 制；以及 与所述微处理器（5)相连以提供链状组网能力的射频通信模块（6)，实现节点之间的 接力通信。
5. 根据权利要求4所述的LED路灯监控系统，其特征在于，所述由基于传感器网络的 LED路灯还包括：用于验证合法性和判断数据类型的数据包接收分解模块、数据处理模块、 转发寻址模块、转发验证模块以及应对异常天气的应急处理模块。
【文档编号】H05B37/02GK203851325SQ201420111690
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】廖惜春, 任敬哲, 杨志高 申请人:五邑大学