用于控制灯、特别是路灯的控制模块以及灯网络的制作方法

本发明涉及一种用于控制灯(即灯具)、特别是路灯的控制模块，以及灯网络。

背景技术：

在现有技术中，已知灯网络配备有配备有智能化日益提高的控制系统。例如，能够采用远程管理系统来操作灯网络。在远程管理系统中，连接到pc(personalcomputer，个人计算机)上的管理台的已知为区段控制器的装置通过灯的控制模块来控制大量的灯。因为过大而难以集成到灯中的区段控制器必须被装配成使得待控制的灯能够经由短程通信模块与控制器通信。区段控制器的失效导致灯网络的控制失效。

还存在为所要控制的网络中的全部灯控制模块配备长程通信模块(例如基于gsm的模块)的方法，该控制模块与中央服务器通信。由于极大数量的控制模块被有效地集成到运营商或长程通信网络中，当使用该网络时相关的通信费用会上升。

此外，这些已知系统的调试/启动是昂贵的，尤其因为必须手动实现由gps支持的控制器到灯的分配。最后，由于区段控制器可控制大量的灯，网络中的延迟相当大。

技术实现要素：

本申请中所描述的发明旨在建立一种用于操作灯网络的控制模块，控制模块更容易启动，确保(网络)的系统稳定性得到提升并且操作更加便宜。

该任务由权利要求1中描述的对象、权利要求14中描述的对象以及权利要求17中描述的对象解决。

根据本发明，用于控制灯、特别是设计为路灯的灯的控制模块配备有长程通信模块、短程通信模块、地理坐标模块、控制器，较优地还配备有至少一个传感器以及控制输出。该控制输出对灯的激励器进行控制，长程通信模块能够到达服务器，并且控制模块被设计为向服务器发送环境信息、灯信息和/或控制模块信息。

在此，环境信息应当被理解为是由环境传感器寄存的信息。例如，环境传感器可以是用于对正在靠近的对象(例如，车辆)进行识别或探测的传感器。然而，特别地，该信息包括由地理坐标模块寄存的地理坐标。为了确定控制模块的位置，所使用的模块可以基于gps(全球定位系统)、glonass(全球导航卫星系统)、galileo(伽利略卫星导航系统)、beidou(北斗导航卫星系统)或其它尤其基于卫星的定位系统。与此同时，模块不必非要被认为是独立的单元。例如，模块还可以包括位于与控制器所在同一电路板上的一个单位的控制模块。例如，控制模块可以被用作独立的组件单元或者灯的集成部件。

地理坐标以及可能的其它控制模块信息或灯专用信息的传输使得远程管理系统的服务器能够建立所安装的控制模块的详细镜像并且之后基于服务器上确定或预定的控制策略将所安装的控制模块分组。

在所分配的分组中，随后经由短程通信模块执行与分组控制器的通信。分组控制器是分组中唯一能够经由长程通信模块与服务器交换数据的模块。长程通信模块能够基于不同的网络技术。这些网络技术可以是蜂窝网络、ip网络或者长程端对端网络。

出于替代的目的，则服务器能够确定另一分组控制器以在第一分组控制器失效的情况下接管与服务器的通信。可以提前将替代分组控制器告知分组中的控制模块，或者可以在失效的情况下将替代分组控制器分配给分组中的控制模块。

特别地，对于寄存灯专用信息，为根据本发明的控制模块配备近场通信模块是有益的，该近场通信模块特别地包括近场传感器。较优地，该模块应当包括能够读出由灯保存的信息的rfid读取器。该信息之后将经由分组控制器被发送到服务器。通过该过程，控制模块的安装变得比必须由技术人员分别寄存和发送灯专用信息快得多。与此同时，系统变得更加失效安全(fail-safe)。

为了能够在控制模块主要位于外面的情况下从位于灯头部中的介质中读出信息，控制模块能够包括两个部分。第一部分则位于灯头部以外，而第二部分位于内部。根据控制模块的设计的不同，外部部分可以仅仅是用于短程通信和长程通信的天线组件。作为替代，灯壳体内的内部组件可以仅包括很小数量的控制模块元件，例如上述的rfid读取器。

为了保证分组内的无问题通信，短程通信模块是可多路复用的并且能够以不同的频率通信，特别是用于经由同一天线的通信。以此方式，能够根据频率将所建立的标准(例如，zigbee标准)中可用的环境扫描与控制模块和分组控制器之间的惯常通信分离，由此处于不同通信状态中的相邻分组彼此不干扰。

此外，若控制模块由工厂提供有针对网络运营商、特别是蜂窝网络的国际有效的运营商(漫游访问)的登录信息，安装人员能够更快地安装根据本发明的控制模块。这使得能够在施加电压以及可能地在第一次安装控制模块时立即将信息发送到服务器。服务器则例如能够向本地蜂窝网络提供本地登录数据，这例如能够通过将固件发送到控制模块上的电子sim来实现。

较优地，至少一个传感器能够是亮度传感器，以使得在与服务器没有联系的失效安全状态中，至少可以根据亮度等级来操作灯。然而，特别对于地震波的探测，传感器还可以是加速度传感器或地震仪，采用传感器网络并且由位于整个网络中的可能不精确的加速度传感器寄存的振动事件的探测使得能够对地震波进行足够详细的分析和判断。

本发明使得控制模块的设备能够具有大量传感器。例如，除了亮度传感器之外，还可以存在用于探测振动事件的加速度传感器和/或用于探测正在靠近的对象(例如，车辆或行人)的红外传感器。

如果传感器为地震仪，则传感器还可以位于灯内与控制模块的其余部分不同的位置。例如，传感器可以位于路灯的底座中。

在开始时所述的任务由灯、特别是路灯解决并具有上文和下文中所述的优点，该灯配备有对应的控制模块。

较优地，具有灯专用数据的rfid应答器被安装在灯头部之中或之上以用于寄存灯专用数据。灯专用数据可以由具有rfid读取器的控制模块读出。除了rfid应答器，也可以采用较优地能够在不接触的情况下被读出的另一数据介质。

包括上述或下述的控制模块的网络包括一个服务器和大量的灯，每个灯配备有一个控制模块，网络包含一组或多组灯，较优地每组具有多达200、优选地多达50个灯，每个灯配备有如上文或下文中所述的控制模块，并且每个分组具有被指定为该分组的分组控制器的控制模块。分组控制器被允许经由长程通信模块与服务器通信。同时，剩余的控制模块被设计用于经由分组控制器与服务器间接通信，并且经由短程通信模块彼此通信以及与分组控制器通信。

对于网络的安装，服务器将控制模块划分为一组或多组控制模块，该划分基于由控制模块所提供的与环境、灯和/或控制模块有关的信息。

作为环境信息，除了地理坐标之外，可以考虑关于短程网络中的相邻控制模块的信息(例如，连接质量和/或其它rf特点和/或邻表)和/或环境专用信息(例如，周围环境中的光强度)。关于灯的信息可以是与所分配的灯的所使用的发光体、发光体的驱动器和/或其它细节(例如，当前光强度或昏暗度)的信息。特别地，控制模块信息是用于清楚识别控制模块的信息，例如ip地址或另一uid(uniqueidentifier，唯一标识符)

根据本发明，服务器针对每个分组选择一个控制模块、或者在单个分组的情况下针对该分组选择一个控制模块作为分组控制器。对应分组中的其它控制模块使用这些控制模块的短程通信模块与该控制器通信。这意味着分组内的通信使用对应的短程通信模块。在分组中，分组中的控制模块通过这些控制模块对应的短程通信模块形成短程网络，较优地形成网状网络。在网络的正常操作过程中，分组控制器能够仅将该分组控制器自身的环境信息、灯信息和/或控制模块信息、以及从该分组中的其它控制模块接收的信息经由长程通信模块发送到服务器。为此，正常操作被理解为是网络的惯常操作，其中，网络的每个控制模块被分配给一个分组并且全部控制模块实现实际的任务，即控制灯。对于上文和下文中所述的方法，信息的传输总是通过基于专用通信协议的对应数据的传输来进行的。

如这样的网络装配致使比之前的网络系统更加稳定的操作。由于分组中的各控制模块的冗余装配，在分组控制器失效的情况下服务器能够很容易确定新的分组控制器。一旦声明分组(即在短程通信网络级，pan为个人区域网络)中的新的分组控制器，则未被定义为分组控制器的其它控制模块经由分组控制器建立自身的连接。这意味着服务器能够继续控制并监视系统。与此同时，每个分组的单个有效的控制模块(分组控制器)使得与其中全部控制模块经由各自的长程模块分别与服务器通信的网络相比费用显著降低。

内部分组网络组装配为网状网络使得系统以及pan级的通信的失效安全更强。

上文和下文中为解释方法步骤所使用的“与”(with)并非必须表示所连接的方法步骤是同时的。更确切地说，这些方法步骤可以(但非必须)是同时的。

如果网络自动记录地理信息，则网络的调试/启动会更加容易，特别是在初次调试/启动过程中，较优地在第一次施加电压时，这是因为在控制模块被开启之后网络能够自动完成该过程。该地理信息包括位置数据，即坐标和精确时间戳。地理信息由地理坐标模块记录。与此同时或者之后，长程通信模块登录到网络运营商。较优地，该网络运营商是通信线路的提供者，即电话和数据线的提供者。该登录能够发生在漫游条件下，这意味着工厂必须总是仅提供相同的登录信息，而不考虑各控制模块此后会被装配到哪里。因而，控制器和/或远程通信模块在控制模块侧具有一致的登录数据。

在登录到网络运营商之后，地理信息则能够与关于控制模块和/或灯的信息一同被发送到服务器。服务器将数据自动存储在对应的数据库中方便了路灯的简化装配。为了降低通信成本，在控制模块的信息被发送之后，专用于现有长程网络的运营商访问数据能够被发送到控制模块。

特别地，运营商访问数据能够经由固件被提供给这些配备有电子sim的控制模块。在此情况下，新的固件被传送到控制器或者长程通信模块，以使得能够以低成本在本地环境下对新的控制模块进行调试/启动。与此同时，由服务器提供固件能够实现对应控制模块的灵活通信和安装，而不需要工厂对这些控制模块进行不同配备。

这种情况下的服务器不必是具有独立硬件的独立数据处理系统。服务器还能够仅仅是远程控制程序中的项目专用分离部分。服务器还可以是相同硬件上或云中的虚拟服务器。

为了便于无问题操作，在初始登录之后，登录服务器较优地可以向项目服务器提供与经调试装置有关的信息。

为了降低成本，从服务器到长程网络运营商或网络运营商的接口较优地应当被用于传送与在长程通信中有效的、挂起的和/或停止的控制模块有关的信息。这意味着运营商保证仅有很小数量的控制模块(每个分组一个控制模块)是有效的。其它的控制模块仅能够经由网状网络中的通信路径以及之后经由分组控制器与服务器通信。挂起(特别是电子sim的挂起)意味着在存在问题的情况下(例如，若分组控制器失效)能够被激活很短的时间。较优地，网络对一条通信路径的失效进行补偿并自动(因而以最小的延迟)建立一条新的通信路径。新的通信能够由服务器通过对应的请求发起，或者通过由控制模块进行的时间控制询问和尝试访问运营商网络来发起。

服务器之后能够将信息发送到其它的控制模块，使得在正常操作过程中这些控制模块能够与新的分组控制器通信。

为了在安装新的灯或新的控制模块时和/或在各灯的维护工作之后将成功调试/启动(例如，成功将控制模块整合到分组网络中或者成功建立与服务器的联系)告知操作人员，一旦达到所要求的状态，控制模块能够以预定或可制定的时间间隔以不同的亮度等级操作灯。

较优地，在初始安装和/或重新安装之后，至少一个控制模块从服务器接收用于操作灯的参数集合。该集合例如可以包括调光曲线。

此外，若由服务器发送到分组控制器的软件向分组中的控制模块提供软件更新，则灯网络的操作得到改进。这例如使得可以增加新的灯的功能或者发布新的灯的功能以使用。

作为替代，控制模块可以直接从服务器接收新的控制器软件(特别是固件)，同时将分组控制器旁路。然而，为此，各控制模块首先必须由运营商重新激活。

为了由短程网络探测环境信息并且在短程网络中实现通信以达到更加没有问题的正常操作(与服务器的通信)，在短程网络的不同频带中进行短程网络中的对应通信是有益的。较优地，同一天线能够被用于此(多路复用操作)。

附图说明

对于本发明的其它优点和详细特征请参照以下附图说明。在附图中示出了：

图1：根据本发明的网络；

图2：根据本发明的另一对象；

图3：根据本发明的过程的简化流程图；

图4：根据本发明的另一对象；

图5：根据本发明的对象的组件；

图6：根据本发明的另一对象；以及。

图7：根据图6中的本发明的对象的组件。

具体实施方式

以下所述设计示例的单独技术特征也能够与上文所述的设计示例以及独立权利要求和可能的进一步权利要求的特征结合以形成根据本发明的对象。如有必要，功能上等同的元件具有相同的附图标记。

本发明包括网络，该网络包括服务器和多个灯具，每个灯具具有用于对该灯具的操作进行控制的控制器或控制模块。每个控制器通过gsm调制解调器或小功率无线网络(lprn)连接到服务器上并且决定该控制器与服务器的通信能够达到怎样的程度。在优选实施例中，这些控制器能够通过分组控制器形成小型网络。分组控制器具有有效gsm调制解调器。该有效gsm调制解调器在小型网络中共享，并且通过有效gsm调制解调器在运营商gsm网络上实现与服务器的通信。

因为各控制器与分组控制器通信，所以每个小型网络中并不需要存在多于一个有效gsm调制解调器，其优点在于能够降低成本(gsm网络成本)。各控制器使用lprn来通过采用ipv6协议的6lowan与其分组控制器通信。因此，各小型网络包括网际协议版本6(ipv6)网络，并且该网络中的通信仅使用ipv6协议。

服务器也使用ipv6协议来操作。然而，为了将信息从各分组控制器发送到服务器，gsm网络是必需的，并且目前分组服务器和服务器使用网际协议版本4(ipv4)协议工作。这意味着分组控制器和服务器之间的通信需要从ipv6转换到ipv4以在gsm网络上传输，并且之后在服务器上转换回来。此外，gsm网络上的通信是加密且安全的，加密是依照适当的加密协议提供的。

服务器能够对通过gsm网络从分组控制器接收的加密通信进行解密，并且也能够对用于通过gsm网络传输到分组控制器的通信进行加密。这在分组控制器和服务器之间提供了端对端加密通信。

根据本发明所述的方法，图1示出了分配给分组控制器2的多个控制模块1。分组控制器2的硬件与控制模块1相同。然而，仅单独的分组控制器2能够使用长程连接3来与服务器4通信。典型地，这是接入本地蜂窝网络运营商，服务器则能够通过该本地蜂窝网络运营商并基于ip-wan保持可可达状态。例如，服务器和分组控制器之间的通信能够通过公共网际协议(tcp/ip)实现。如上所述，该通信使用ipv6协议，并且服务器和分组控制器之间的通信包括用于传输到gsm网络上的ipv6和ipv4之间的隧穿(tunnelling)、gsm网络上使用ipv4的通信以及服务器处ipv4和ipv6之间的隧穿。

很容易理解，对于ipv6和ipv4之间的转换/隧穿以及反向转换/隧穿的需求源于gsm网络工作在ipv4下。然而，在未来，一旦gsm网络工作在ipv6下，则不再需要该转换/隧穿。

还能够理解的是，在本发明的其它实施例中，分组控制器和服务器能够以与gsm网络相同版本的ip协议工作。

在分组7中，控制模块通过短程连接6彼此通信。较优地，通信可以基于ieee802.15.4标准(例如，zigbee)的网状网络。

单独分组7的控制模块1、2通常不能看到彼此并因此不会彼此干扰。然而，对于多个分组的通信而言，位于相邻位置的控制模块可能使用短程连接8来在分组之间共享/交换或转发传感器数据。这则能够用于发起诸如增加光量(lightvolume)之类的动作。替选地，该通信还可以使用对应的分组控制器2。分组控制器2能够通过分组控制器在互联网或内联网中的ip地址看到彼此。控制模块可以与其它控制模块发送的信息以及该模块能够发送的方式是在服务器上定义的并且在分组之间采用短程通信的情况下尤其通过各控制模块的多路复用单元实现。

此外，用于操作根据本发明的网络的服务器除了连接到形成pan的控制模块1、2的一个或更多个分组7之外，还能够使用区段控制器15(图2)控制现有技术的网络。该区段控制器管理多个灯控制器9。区段控制器15经由接口11与服务器4连接，从而能够与服务器4交换数据。除了在必要时经由附加接口12连接到多个分组7之外，服务器4还能够经由另一接口(api)13与长程网络运营商14交换数据。

通常，数据库16运行在服务器上并与不同的操作模块(客户端)17交互。图形用户接口18授权用户访问服务器以及该服务器的程序以达到操作和控制的目的。

图3简要描述了装配路灯网络的过程。在将大量的控制模块安装19在路灯上之后，这些控制模块在由服务器启动或自动启动的阶段20中将扫描其环境。之后，控制模块将环境信息以及可能的灯专用信息或控制模块专用信息发送到服务器。这能够直接发生在采用第一运营商的漫游条件下，或者在必要时在各网络模块第一次登录之后采用由服务器确定的本地网络运营商的条件下。一旦路灯的各控制模块发送了环境信息和其它信息，则进行控制模块的分析并分配21为分组且确定分组控制器。在pan级，网络的装配例如基于所使用的标准的不同可以是动态的。一旦各分组控制器将数据信号发送到服务器以通知服务器已经成功建立了内部分组通信，系统则切换到正常操作22。

如果已经安装了在服务器上预定的数量的附加控制模块，则该过程能够根据反馈环25重新进行。

根据图4中所示的本发明的另一设计示例，各自具有独立的控制模块23和23'的多个灯沿街道24布置。这些灯属于服务器预定的一组灯或控制模块a。分组a和分组b两者均由虚线26或27标记。分组b包含具有自身对应的控制模块28或28'的灯，这些灯沿导向街道24的交叉街道29放置。内部为黑色的圆31和32标记具有有效控制模块、分组控制器的灯。传感器s1和s2被分别分配给控制模块23和28。对于传感器，首先可以考虑街道24或29中的雷达传感器、红外传感器(特别是被动式红外传感器)或感应线圈。这些传感器探测正在靠近的对象，例如车辆，使分组内以及分组之间控制模块调整分组的各路灯的灯以适应情况。

例如，路灯的控制模块23的传感器s1探测到正在靠近的对象(例如，汽车)，信息在分组中或者分组的一部分中共享，并且控制模块23和23'使分组a的光强度增大。并且该信息或与正在靠近的汽车有关的信息通过分组控制器23'被发送到分组b的分组控制器28'。随后，控制模块28或28'的相关的灯(即服务器选择的灯)的亮度也被调节。替选地，配备有传感器s1的控制模块23能够与分组b的分组控制器28'或者与分配给该分组控制器的另一控制模块28直接通信，这意味着该信息在网络中共享并且分组b相应地做出反应。

各控制模块的分配以及由此第一分组的对应路灯的分配能够由服务器完成，其中向该对应路灯提供相邻分组的传感器的传感器信息并且该信息之后通过该对应路灯在分组之间传输。为此，特别地在服务器上可使用输入掩码。

根据本发明的能够用于实现上述方法的控制模块优选地被设计为独立的单元，该独立的单元能够被安装在例如路灯的灯头部(参见图7)。图5中示出了安装在外部的控制模块的一些关键组件的进一步的细节。该图的分解图包括控制模块、顶部壳体部33以及底部壳体部34。底部壳体部借助于密封圈36紧固到底座上，该底座安装在灯的顶部。底部壳体部通过卡扣型旋扭接触件37与底座连接。这些接触件37被紧固在壳体34中并且在中间电路板单元38的位置处。尤其是，控制器39、短程通信模块和长程通信模块以及尤其用于探测地震波的加速度传感器单元41位于该电路板单元上。

该图并未示出rfid读取器，该rfid读取器能够被安装在灯壳体侧上的底座中以便于寄存近场中的rfid应答机的灯专用数据。

图6示出了具有多条街道42的长度为数百米的街道网络。各自具有独立的控制模块的大量的路灯43沿这些街道被放置。每个控制模块配备有用于探测地震波的传感器。这些传感器可以是简单的加速度传感器。替选地，路灯中可以集成有更加复杂的地震仪。来自于(较优地直接集成在壳体内的控制模块中的)加速度传感器的数据能够经由分组控制器以及该分组控制器的长程通信模块被发送到服务器。即便传感器是相对不精确的，但是这些传感器所发送的大量的信号使得能够探测地震波，并且在服务器上根据传感器的基于控制模块和分组控制器所发送的地理坐标的位置和时间来分析这些信号。这意味着，即便在p波和/或s波的分辨率低的情况下，也能够生成相对准确的地震过程的图像。因此能够从该信息中提取出关于地震震中的信息。这能够在网络服务器上或者在分配给地震中心的特殊服务器上实现。因此，灯能够被控制用作随后的海啸警报或者地震警报，例如通过发出已经提前告知公众的光信号。该光信号可以是波浪形光信号，其光强度沿着街道交替或传播。

由于根据图7例如借助于贫混凝土44、地基管45或致密填充材料46将路灯整合到地面以及将灯与地面固定安装和连接，可能被安装在灯头部48之内或之上的控制模块中的加速度传感器能够很容易地通过桅杆49来寄存在地下或者沿表面传播的地震波。替选地或额外地，具有更高分辨率的地震仪52能够位于桅杆49的底座中并且经由数据线(未示出)连接到控制模块。该系统的一个显著优点在于，能够几乎同时对大面积分布的大量传感器进行评估，从而可能对地震波50(正如图6中的虚线所示)的探测进行分析。与此同时，提供了一种信息系统，该信息系统能够同时通知大量的道路用户。