专利名称：一种基于分级通信机制的节能型智能led路灯系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于道路照明技术领域，尤其涉及一种基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统。
背景技术：
近年来，随着经济的发展和汽车的逐步普及，城市道路照明的重要性日益增大。目前，我国大部分城市的路灯都采用“全夜灯恒照度”的方式进行照明，由于后半夜车流量较小，但路灯依然保持前半夜车流量大时的亮度，浪费了大量能源，不利于环保。而且后半夜行人稀少，路灯造成了光源污染，影响居民的晚间休息。基于以上问题，当今社会发展高效、节能的智能路灯系统是一个必然的趋势。 现有的智能路灯系统，主要集中在提高节能效率、实现管理智能化两方面。但路灯监控网络的建立大多是基于主从式通信结构，即采用一个控制终端来控制所有的路灯，不能实现灯与灯之间的通信，且未利用网络监控弥补单灯控制存在的实时性较差的问题，从而导致路灯系统的自适应能力差、安全性不高、节能效率较低。
实用新型内容针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种输出光照人性化、自适应能力强、节能效率高的基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，包括智能LED路灯、数据收发站和监控终端，其中智能LED路灯包括声控模块、光照度模块、时钟模块、控制器、电源模块、LED发光模块及电力载波通信模块，声控模块、光照度模块、时钟模块、电源模块、电力载波通信模块分别与控制器连接，电源模块的电流输出端连接LED发光模块，智能LED路灯之间通过电力载波通信模块通信；数据收发站包括电力载波通信模块、集中控制器、GPRS模块和电源模块，电力载波通信模块、GPRS模块和电源模块分别与集中控制器连接，智能LED路灯和数据收发站通过电力载波通信模块进行通信；监控终端包括相互连接的GPRS模块和计算机，监控终端与数据收发站通过GPRS 模块进行通信。 上述智能LED路灯还包括有故障检测模块，故障检测模块与智能LED路灯中的LED 发光模块和控制器相连。上述智能LED路灯中的电源模块由恒压直流电源、降压IC驱动电路和恒流IC驱动电路组成，降压IC驱动电路和恒流IC驱动电路均与恒压直流电源相连，恒流IC驱动电路与LED发光模块连接，且降压IC驱动电路和恒流IC驱动电路均与控制器连接。上述声控模块由麦克风、AD转换电路、信号放大电路顺次相连组成，所述的光照度模块采用BH1750FVI型号光强传感模块，所述的时钟模块采用DS1302型号实时时钟芯片。上述智能LED路灯中的控制器为STC12C5A60S2型号单片机。上述数据收发站中的集中控制器由单片机和存储设备组成。上述数据收发站中的电源模块由恒压直流电源和降压IC驱动电路组成，恒压直流电源输入端与电力线相连，其输出端连接降压IC驱动电路的输入端，降压IC驱动电路的输出端与集中控制器的电源端相连。本实用新型智能LED路灯通过声控模块和光照度模块采集环境的声信号和光信号，并将采集到的信号传递给控制器，控制器结合采集到的信号、预存的调光曲线和时钟模块提供的时间信息控制LED发光模块的开启和亮度调节，电源模块用以对LED发光模块提供恒流电流，电流载波通信模块用来与智能LED路灯和智能LED路灯、智能LED路灯和数据收发站之间的通信。智能LED路灯中的控制器结合时钟模块记录每晚LED发光模块最佳亮度的开启与关闭时刻，并将此数据通过电力载波通信模块经电力线发给数据收发站的电力载波通信模块，数据收发站的电力载波通信模块将接受到的数据发送给集中控制器，集中控制器将每个智能LED路灯的数据整理后每天固定时间通过GPRS模块发给监控终端。监控终端的计算机依据接受到数据对相应地址的智能LED路灯控制器中预存的调光曲线进行拟合修正，并将拟合修正后的调光曲线通过数据收发站发送至相应的智能 LED路灯系统。这样经过一段时间的训练后，每盏路灯的调光曲线可以较好的匹配其所在路段的交通流量状况，从而提高了智能LED路灯系统的自适应性。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果1)本实用新型可以实现路灯与路灯之间的通信，并且，还通过数据收发站和监控终端定时对智能LED路灯的控制器中的调光曲线进行拟合修正，使调光曲线可以更好的跟每盏路灯所在路段的实际交通流量状态匹配，从而大大提高了智能LED路灯系统的自适应能力，在保证安全性的前提下为行人车辆提供最佳的照明效果，并且能够最大限度的节约电能；2)本实用新型同时采用声控模块和光照度模块获取环境信息，保证了获取信息的全面性，声与光信号的配合使得节能效率达到最高，并提供了人性化的路面照度；3)本实用新型还采用故障检测模块对LED发光模块进行自动化故障监控，并将故障信息通过数据收发站发送至监控终端，工作人员只需在监控终端就可以知道LED发光模块是否发生故障，从而可以及时派出人员进行维修。
图1是智能LED路灯系统的一种具体实施例的结构示意图；图2是智能LED路灯系统的另一种具体实施例的结构示意图；图3是本实用新型系统的实际应用示意图。
具体实施方式
现有的智能LED路灯系统可以为行人和车辆提供其照度范围内的最佳亮度，基本上能够满足行人和车辆的要求，但对于高速行驶的车辆或快速运动的行人(例如，在跑步的人)来说，仅仅附近一到两盏灯达到最佳亮度是不够的，驾驶员需要观察到前方一定的距离的路况，因此需要保证行人或车辆前后一定区域内均达到照明的最佳亮度，即路灯系统的局部调光。为解决这个问题，需要用到智能LED路灯之间的通信。例如，一辆汽车经过某街道，当有一盏智能LED路灯收到声音触发信号时，在调节自身亮度的同时，会将开启最佳亮度的信号加上地址通过载波通信的方式传送给其他智能LED路灯，所加的地址是该路灯地址前后加一预设的数值，如果预设数值为10，其附近的智能LED路灯收到该信号后，如果与自己的地址相匹配，则执行开启最佳亮度的指令。如路灯间距按20m算，即该路灯前后200m 内的路灯均达到最佳亮度。
以下结合附图对本实用新型的具体实施作进一步说明。参见图1，本实用新型的一种具体实施包括智能LED路灯、数据收发站、监控终端， 智能LED路灯、数据收发站、监控终端依次连接，其中，智能LED路灯由声控模块、光照度模块、时钟模块、故障检测模块、控制器、电源模块、LED发光模块及电力载波通信模块，声控模块、光照度模块、时钟模块、电源模块、电力载波通信模块分别与控制器通过相应的IO接口连接，电力载波通信模块的电力线接口与电力线连接，电源模块的PWM信号输入端与控制器的PWM信号输出端连接，电源模块的电压输出端与控制器的电源输入端连接，电源模块的电流输出端连接LED发光模块，电源模块的电源输入端与电力线连接。智能LED路灯的一种具体实施如下电源模块由恒压直流电源、降压IC驱动电路和恒流IC驱动电路组成，恒压直流电源的输入端与电力线连接，恒压直流电源的输出端分别与降压IC驱动电路和恒流IC驱动的电源输入端连接，降压IC驱动电路的输出端连接控制器的电源输入端，恒流IC驱动电路的PWM信号输入端与控制器的PWM信号输出端相连，用以接收控制器输出的PWM信号，恒流 IC驱动电路的输出端与LED发光模块的电源输入端相连。恒压直流电源将220V交流市电转换为略高于LED发光模块工作的直流电压源，降压IC驱动电路将经恒压直流电源转换后的直流电压源转换为控制器需要的5V恒压电源，恒流IC驱动电路将经恒压直流电源转换后的直流电压源转换为恒流电源，为LED发光模块提供恒流电源。控制器由STC12C5A60S2型号单片机及其相应的外围电路组成，控制器用以接收声控模块、光照度模块、时钟模块的信号，并根据信号对LED发光模块的亮度进行调节。声控模块由麦克风、AD转换电路、信号放大电路顺次连接组成，麦克风用以采集路灯周围环境的声音信号，并通过AD转换电路把声音信号转换成数字信号，再通过信号放大电路对数字信号进行放大得到有效脉冲信号，通过IO接口将有效脉冲信号传给控制器。光照度模块的核心是光强传感模块，光照度模块用以采集路灯周围环境的光信号，并将光信号转换成数字信号后，通过IO接口将数字信号传给控制器。本具体实施中采用BH1750FVI型号光强传感模块，其分辨率在l_655351x之间。时钟模块的核心是实时时钟芯片，时钟模块用以判断所处的时间，其能对年、月、 日、时、分、秒计时，且有闰年补偿功能，并通过相应的IO接口将时钟信号传给控制器。本具体实施中采用DS1302型号实时时钟芯片。数据收发站由电力载波通信模块、集中控制器、GPRS模块和电源模块组成，电力载波通信模块、GPRS模块和电源模块分别与集中控制器相应的IO接口连接，电力载波通信模块的电力接口连接电力线，电源模块的输入端连接电力线，其输出端连接集中控制器；监控终端由GPRS模块和计算机连接组成，并配有工作人员。数据收发站中的集中控制器由单片机和存储设备组成；数据收发站中的电源模块由恒压直流电源和降压IC驱动电路组成，恒压直流电源输入端与电力线相连，其输出端连接降压IC驱动电路的输入端，降压IC驱动电路的输出端与集中控制器的电源端相连。参见图2，本实用新型在上述具体实施的基础上还包括有故障检测模块，该故障检测模块与LED发光模块、控制器和电力载波通信模块的检测接口连接。故障检测模块主要负责LED发光模块的过流检测，LED发光模块出现异常时，故障检测模块将监测数据发送给控制器，控制器通过电力载波通信模块把相关数据发给数据收发站，数据收发站整理其管辖区域内的所有报警信息，通过GPRS模块将信息传给监控终端，监控终端对每个报警信息进行分析，并及时通知所在区域的工作人员进行维修检查。本实用新型在实际应用中，每若干个智能LED路灯配置一个数据收发站，该数据收发站负责该若干智能LED路灯信息的收集和发送，所有的数据收发站均与同一个监控终端通信。以下将详细说明本实用新型的工作过程。本实用新型的智能LED路灯系统，由环境光照度决定是否开灯。根据国家道路照明标准，各种道路的平均照度在301x以上即可，因此将光照度模块的开启光强阈值设为 301x。当光照度模块检测到环境光强高于开启光强阈值，控制器处于休眠状态，LED发光模块关闭，这样能够有效节约能源；当光照度模块检测到环境光低于开启光强阈值，则控制器被唤醒，控制LED发光模块开启并处于初级亮度，使路面照度保持301x。当LED发光模块处于开启状态时，单灯控制器控制声控模块对道路上的声音强度进行采集，测到环境声强低于设定的声强阈值时，声控模块不做处理。当声控模块测到环境声强高于设定的声强阈值时，声音信号经声控模块处理后传给单灯控制器，单灯控制器根据接收声音信号，并结合预先存储的调光曲线和时钟模块的时刻，输出该时刻对应的最佳亮度，并在该亮度下保持一定的时间(保持时间可根据情况预先设置)；在保持最佳亮度期间若再有声音信号输入，则保持最佳亮度的时间相应延迟，若期间无声音信号输入，则延迟过后，LED发光模块返回初级亮度，达到节能的目的。单灯控制器中预存的调光曲线是根据本地区夜晚的交通流量的所统计的曲线，并通过数学方法对应到路灯初级亮度到最佳亮度之间的曲线，如果某一时段内某智能LED路灯开启最佳亮度的时间较长，说明该时段内交通流量较大，可能不符合事先预定的调光曲线，此时单灯控制器会启用相应的程序调节PWM 信号占空比，使LED灯输出其最高亮度。本实用新型中每盏智能LED路灯都有一个唯一的地址，供通信使用。在智能LED 路灯的单灯控制器收到声音信号时，在输出最佳亮度的同时，会将开启最佳亮度的信号加上地址通过电力载波通信模块传送给其他智能LED路灯，所加的地址是该路灯地址前后加一预设的数值，其附近的智能LED路灯收到该信号后，如果与自己的地址相匹配，则执行开启最佳亮度的指令。智能LED路灯中的控制器会结合时钟模块记录每晚LED发光模块最佳亮度的开启与关闭时刻，并将此数据通过电力载波通信模块发给数据收发站的集中控制器，集中控制器将每个智能LED路灯的数据整理后每天固定时间通过GPRS模块发给监控终端。监控终端的计算机依据接受到数据对相应地址的智能LED路灯控制器中预存的调光曲线进行拟合修正，并将拟合修正后的调光曲线通过数据收发站发送至相应的智能LED路灯系统。这样经过一段时间的训练后，每盏路灯的调光曲线可以较好的匹配其所在路段的交通流量状况，从而提高了智能LED路灯系统的自适应性。本实用新型采用分级通信机制，共分三级，第一级为智能LED路灯之间通过电力载波通信模块进行全双工通信；第二级为智能LED路灯和数据收发站的通信，每一固定区域内有一个数据收发站，数据收发站和其所管辖的区域内的所有智能LED路灯采用电力线载波通信；第三级为数据收发站和监控终端的通信，采用GPRS网络通信，监控终端与数据收发站之间采用GPRS模块通信，GPRS通信方式容易实现高速数据传输、长时间在线，并且可获得按流量收费的低资费方式，硬件投资少，对地域要求相对也较低。在数据收发站与智能LED路灯之间则采用电力线载波通信技术，采用电力载波技术的最大的好处就是不需要再铺设通信电缆就可容易地实现对每盏灯的检测，减少了通道建设的费用。以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，其特征在于，包括智能LED路灯、数据收发站和监控终端，其中智能LED路灯包括声控模块、光照度模块、时钟模块、控制器、电源模块、LED发光模块及电力载波通信模块，声控模块、光照度模块、时钟模块、电源模块、电力载波通信模块分别与控制器连接，电源模块的电流输出端连接LED发光模块，智能LED路灯之间通过电力载波通信模块通信；数据收发站包括电力载波通信模块、集中控制器、GPRS模块和电源模块，电力载波通信模块、GPRS模块和电源模块分别与集中控制器连接，智能LED路灯和数据收发站通过电力载波通信模块进行通信；监控终端包括相互连接的GPRS模块和计算机，监控终端与数据收发站通过GPRS模块进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，其特征在于所述的智能LED路灯还包括有故障检测模块，故障检测模块与智能LED路灯中的LED 发光模块和控制器相连。
3.根据权利要求1或2所述的基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，其特征在于所述的智能LED路灯中的电源模块由恒压直流电源、降压IC驱动电路和恒流IC驱动电路组成，降压IC驱动电路和恒流IC驱动电路均与恒压直流电源相连，恒流IC驱动电路与LED发光模块连接，且降压IC驱动电路和恒流IC驱动电路均与控制器连接。
4.根据权利要求1或2所述的基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，其特征在于所述的声控模块由麦克风、AD转换电路、信号放大电路顺次相连组成，所述的光照度模块采用BH1750FVI型号光强传感模块，所述的时钟模块采用DS1302型号实时时钟芯片。
5.根据权利要求1或2所述的基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，其特征在于所述的智能LED路灯中的控制器为STC12C5A60S2型号单片机。
6.根据权利要求1或2所述的基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，其特征在于所述的数据收发站中的集中控制器由单片机和存储设备组成。
7.根据权利要求1或2所述的基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，其特征在于所述的数据收发站中的电源模块由恒压直流电源和降压IC驱动电路组成，恒压直流电源输入端与电力线相连，其输出端连接降压IC驱动电路的输入端，降压IC驱动电路的输出端与集中控制器的电源端相连。
专利摘要本实用新型公开了一种基于分级通信机制的节能型智能LED路灯系统，包括智能LED路灯、数据收发站和监控终端，其中智能LED路灯包括声控模块、光照度模块、时钟模块、控制器、电源模块、LED发光模块及电力载波通信模块；数据收发站包括电力载波通信模块、集中控制器、GPRS模块和电源模块，智能LED路灯和数据收发站通过电力载波通信模块进行通信；监控终端包括GPRS模块和计算机连接。本实用新型可以实现路灯与路灯之间的通信，并且，还通过数据收发站和监控终端定时对调光曲线进行拟合修正，从而大大提高了智能LED路灯系统的自适应能力，并且能够最大限度的节约电能。
文档编号H05B37/02GK202261968SQ20112035889
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者付克虎, 吴梅, 孙勇, 方彦军, 李昕, 袁俊, 陈海蛟 申请人:武汉大学