一种基于LoRa通信的路灯亮度控制系统的制作方法

本实用新型涉及路灯控制领域，尤其涉及一种基于LoRa通信的路灯亮度控制系统。

背景技术：

我国国内的路灯点多，面广，路灯设施陈旧且分散，灯具数量种类多，设施维修费用高；每年投入由于人工巡检及更换灯具所产生的费用数量庞大。而且路灯本身的下属编制人员就少，加上每天的人工巡查工作量重，效率低，成本高。路灯控制系统能够杜绝白天非正常亮灯节电，实现了路灯的“管控营”一体化，大大减少今后的管理维护工作量，节约人工，提高管理效率：将路灯的巡查管理交有计算机系统自动完成，每天自动生成故障报表，并且故障自动报警到值班人员的手机上，因此大大提高管理水平和管理效率，也是市政路灯管理上升到一个新的高度和水平，同时节约人工,节约车辆的运行、维护费用，对国家发展低碳经济，节能减排也起到积极推动作用。

目前的路灯控制系统，主要采用电力线载波的方法进行远程控制，需要进行道路施工布线以及设备的安装，增加了路灯安装上的难度。随着技术的进步，有线与无线网络技术的发展，使得现代的路灯都能连接到网络中，通过计算机系统登录服务器对每盏灯进行遥测，遥控。虽然实现了无线远程控制，但是大多数都是基于ZIGBEE,GPRS，3G/4G技术，其中ZIGBEE 在数据传输方面距离短，数据可靠性不高，难以在远距离进行路灯的控制；而使用GPRS/3G/4G 在功耗方面达不到标准，且需要支付运营商费用，作为路灯控制方面单个产品的成本上存在不足，达不到低功耗、低成本、远距离传输的要求。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种基于LoRa通信的路灯亮度控制系统，以解决现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于LoRa通信的路灯亮度控制系统，包括LoRa 路灯节点控制器和LoRa路灯网关，LoRa路灯节点控制器包括主控芯片、调光驱动电路、数据采集模块和LoRa模块，主控芯片分别与调光驱动电路、数据采集模块和LoRa模块连接， LoRa路灯网关包括控制处理器、LoRa模块、存储器模块、光感模块和供电电路，控制处理器分别与LoRa模块、存储器模块和光感模块连接，供电电路分别与的LoRa模块和控制处理器连接，LoRa路灯节点控制器通过LoRa模块与LoRa路灯网关中的LoRa模块连接。

优选地，LoRa路灯网关还包括GPRS模块，GPRS模块与控制处理器连接。

优选地，控制系统还包括云服务器，云服务器与LoRa路灯网关中的GPRS模块通过无线网络连接。

优选地，LoRa路灯网关还包括网络摄像头连接，网络摄像头与控制处理器连接。

优选地，LoRa模块包括射频芯片，与射频芯片相连接的收发天线以及与射频芯片相连接的晶振电路，在射频芯片和收发天线之间设有用于完成收发天线模式互换的射频开关，射频芯片与控制处理器相连接。

优选地，GPRS模块包括射频主芯片、与射频主芯片相连接的SIM卡槽电路以及与射频主芯片相连接的数据天线，射频主芯片与控制处理器相连接。

优选地，LoRa路灯节点控制器中的数据采集模块包括GPS定位模块、温湿度模块、光感模块和PH值测量模块，GPS定位模块、温湿度模块、光感模块和PH值测量模块分别与主控芯片连接。

优选地，射频开关与收发天线电路包括射频开关芯片U5、滤波芯片U6、电阻R15、电容 C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C36、电容C37、电容C38、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C43、天线SMA、电感L8、电感 L9、电感L10、电感L11以及电感L12，电容C28、电感L8、电感L9和电感L10串联，电感 L10另一端与射频开关芯片U5的第3引脚连接，电容C28另一端与电容C29一端连接并作为输入端，电容C29另一端接地，电容C31与电感L9并联，电容C33与电感L10并联，电容 C30与电感L8与电感L9的公共端连接，电容C32与电感L9与电感L10的公共端连接，电容 C34与射频开关芯片U5的第3引脚连接，电容C30的另一端、电容C32的另一端和电容C34 的另一端接地；电感L12与电容C36串联，电感L12另一端作为输出端，电容C37与电感L12 与电容C36的公共端连接，电容C36另一端与滤波芯片U6的第4引脚、第5引脚以及第6引脚连接并接地，滤波芯片U6的第1引脚、第2引脚以及第3引脚与电容C38一端连接并接地，电容C38另一端与射频开关芯片U5的第1引脚连接，射频开关芯片U5的第2引脚接地，射频开关芯片U5的第4引脚与电阻R15一端以及电容C42一端连接，射频开关芯片U5的第6 引脚接电源以及电容C43一端，第5引脚与电容C39一端连接；电阻R15另一端作为，电容 C42另一端接地；电容C43另一端接地；电容C39另一端与电容C40的一端以及电感L11的一端连接，电容C40另一端接地，电感L11另一端与电容C41一端以及天线SMA的正极连接，电容C41另一端接地，天线SMA负极接地。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的路灯亮度控制系统利用LoRa通信技术，实现低功耗、低成本、远距离的可靠传输控制，达到了节能环保的目的。

2、本实用新型通过LoRa路灯网关光感电路测得光照强度，控制LoRa路灯节点控制器的光照强度，能实现对路灯光照强度的无线远程控制，达到对路灯的智能化控制和管理的目的。

3、本实用新型通过LoRa路灯节点控制器中的数据采集模块采集环境参数，通过LoRa路灯网关和云服务器实时快速集中获取节点控制器附近的环境参数，为城市化信息建设提供感知接口。

下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的一种基于LoRa通信的路灯亮度控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例的LoRa路灯网关的结构示意图；

图3是本实用新型优选实施例的LoRa路灯节点控制器的结构示意图；

图4是本实用新型优选实施例的LoRa路灯节点控制器的主控芯片最小系统电路原理图；

图5是本实用新型优选实施例的LoRa模块的射频芯片与晶振电路原理图；

图6是本实用新型优选实施例的LoRa模块的射频开关与收发天线电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本实用新型公开了一种基于LoRa通信的路灯亮度控制系统，参见图1、图2和图3，包括LoRa路灯节点控制器1和LoRa路灯网关2，LoRa路灯节点控制器1包括主控芯片11、调光驱动电路12、数据采集模块13和LoRa模块22，主控芯片11分别与调光驱动电路12、数据采集模块13和LoRa模块22连接，LoRa路灯网关2包括控制处理器21、LoRa模块22、存储器24、光感电路25和供电电路26，控制处理器21分别与LoRa模块22、存储器24和光感电路25连接，供电电路26分别与LoRa模块22和控制处理器21连接，LoRa路灯节点控制器1通过LoRa模块22与LoRa路灯网关2中的LoRa模块22互联互通。

LoRa路灯网关2的光感电路25测得环境光照强度后，控制处理器21通过LoRa模块22 将光线调节信号发送至LoRa路灯网关2下的LoRa路灯节点控制器1，LoRa路灯节点控制器1通过LoRa模块22接收到光线调节信号后，通过主控芯片11驱动调光驱动电路12调节LoRa 路灯节点的路灯亮度。利用光感电路25采集到的光照强度，能控制网关下各个路灯节点的亮度，做到按需自动控制，实现智能化控制从而达到节能的目的。利用一个网关测得的环境光照强度来控制网关下各个路灯的亮度值，避免每个路灯都利用自己的光感数据控制自己路灯的亮度，使得每个路灯亮度各不相同。同时，LoRa路灯节点控制器1的数据采集模块13采集的环境数据通过LoRa模块22传送到LoRa路灯网关2，能够快速集中LoRa路灯节点控制器1附近的环境参数，为城市化信息建设提供感知接口。LoRa路灯网关2一般安装在交叉路口，或者一条道路中的核心部位的路灯顶端，控制处理器21是LoRa路灯网关2的核心部件，控制着整个网关的运行，主控芯片11和控制处理器21均选用STM32F103，参见图4为路灯节点控制器中主控芯片11STM32F103最小系统电路原理图。当各个LoRa路灯节点控制器1采集的信息通过LoRa模块22发送给LoRa路灯网关2时，由LoRa路灯网关2的LoRa模块22 接收，信息暂存于存储器25中，其中存储器型号为AT24C02。此外，LoRa路灯网关2可以通过RS232串口与PC相连，利用PC发串口命令能对其进行设置和调试。LoRa路灯节点控制器 1和LoRa路灯网关2中的LoRa模块22属于同一种模块，LoRa路灯节点控制器1通过LoRa 模块22与LoRa路灯网关2中的LoRa模块22互联互通。LoRa无线传感网运行于470MHz-510MHz 公共计量频段，结合时分同步与跳频多址通信技术，具有较高的频率利用效率和网络健壮性，可保证端到端低传输时延通信，同时，在大规模、高密度节点布置场景下具备高可靠通信能力。系统采用通道跳频通信技术、巧妙地利用不同的跳频序列及信道网络识别技术、交织纠错编码等，使得网络具备很强的避免网内、外射频干扰的能力。同时，LoRa模块22作为路由节点具备带链路质量实时判决自链路实时自优化中继功能，支持的中继级数达16级，具备大面积覆盖的应用需求，具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高、通用性强、施工铺设简单、维护方便的优点，采用分布式拓扑组织关系，让每个路由节点都能发现多个可用的父路由节点并建立两个以上的链接以达到空间上的多种变化，由于路灯节点的控制不需要大数据传输，同时又要达到远距离传输的目的，所以LoRa技术和LoRa模块22非常适合运用于路灯控制，从而减少了使用中继器和其他比如GPRS/3G/4G网络收费的成本，只有在采集网络摄像头视频并传输数据时，才使用大带宽的GPRS/3G/4G网络，做到了各模块合理分配利用，达到了低功耗，低成本，高稳定性，远距离传输控制的目的，同时属于无线技术，能节省电力线在安装上所需的空间，节省成本。本系统也可以人为使用平台下发路灯节点的控制指令，使得每个路灯亮度按人为控制，既能通过网关自动控制其下各路灯亮度，也能设置网关按平台控制指令对单个路灯节点进行调光设置。

优选地，LoRa路灯网关2还包括GPRS模块23，GPRS模块23与控制处理器21连接。

优选地，控制系统还包括云服务器3，云服务器3与LoRa路灯网关2中的GPRS模块23 通过无线网络连接。

LoRa路灯网关2能够利用GPRS模块23与云服务器3通过无线网络进行连接，从而将LoRa 路灯节点控制器1采集的环境参数存储至云服务器3。同时，通过云服务器3能够对LoRa路灯节点控制器1进行远程控制操作以及统一管理。

优选地，LoRa路灯网关2还包括网络摄像头27连接，网络摄像头27与控制处理器21 连接。

网络摄像头27采集的数据通过GPRS模块23传送至云服务器3进行保存。摄像头采集的数据为周围环境的画面，对需要通过历史画面进行判断的事故提供参考依据。

优选地，LoRa模块22包括射频芯片221，与射频芯片221相连接的收发天线223以及与射频芯片221相连接的晶振电路224，在射频芯片221和收发天线223之间设有用于完成收发天线223模式互换的射频开关222，射频芯片221与控制处理器21通过SPI接口相连接。

其中，射频芯片221的型号为SX1278，如图5所示为射频芯片221的电路原理图；射频开关222的型号为PE4259，如图6所示为与射频芯片221SX1278相连接的射频开关222和收发天线223的电路原理图。

优选地，GPRS模块23包括射频主芯片231、与射频主芯片231相连接的SIM卡槽电路 232以及与射频主芯片231相连接的数据天线233，射频主芯片231与控制处理器21相连接。

其中，射频主芯片231的型号为MG301。

优选地，LoRa路灯节点控制器1中的数据采集模块13包括GPS定位模块、温湿度模块、光感模块和PH值测量模块，GPS定位模块、温湿度模块、光感模块和PH值测量模块分别与主控芯片11连接。

LoRa路灯网关2可以采集LoRa路灯节点控制器1的GPS定位信息、温湿度值、环境亮度和PH值等，能找到对应的路灯位置，其中GPS定位模块选用NEO-6M UBLOX卫星定位器模块，光感模块选用GY301串口光强模块，温湿度传感器选用HTU21D温湿度传感器。LoRa路灯网关2采集的环境参数还可以保存至云服务器3，通过云服务器3集中控制管理。所有的环境数据信息为市民的出行提供准确信息，在完成节能照明的同时提供了环境数据信息，不需要额外进行布线，节约了大量资源和成本。

优选地，射频开关222与收发天线223电路包括射频开关芯片U5、滤波芯片U6、电阻 R15、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C36、电容C37、电容C38、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C43、天线SMA、电感 L8、电感L9、电感L10、电感L11以及电感L12，电容C28、电感L8、电感L9和电感L10串联，电感L10另一端与射频开关芯片U5的第3引脚连接，电容C28另一端与电容C29一端连接并作为输入端，电容C29另一端接地，电容C31与电感L9并联，电容C33与电感L10并联，电容C30与电感L8与电感L9的公共端连接，电容C32与电感L9与电感L10的公共端连接，电容C34与射频开关芯片U5的第3引脚连接，电容C30的另一端、电容C32的另一端和电容 C34的另一端接地；电感L12与电容C36串联，电感L12另一端作为输出端，电容C37与电感L12与电容C36的公共端连接，电容C36另一端与滤波芯片U6的第4引脚、第5引脚以及第6引脚连接并接地，滤波芯片U6的第1引脚、第2引脚以及第3引脚与电容C38一端连接并接地，电容C38另一端与射频开关芯片U5的第1引脚连接，射频开关芯片U5的第2引脚接地，射频开关芯片U5的第4引脚与电阻R15一端以及电容C42一端连接，射频开关芯片 U5的第6引脚接电源以及电容C43一端，第5引脚与电容C39一端连接；电阻R15另一端作为，电容C42另一端接地；电容C43另一端接地；电容C39另一端与电容C40的一端以及电感L11的一端连接，电容C40另一端接地，电感L11另一端与电容C41一端以及天线SMA的正极连接，电容C41另一端接地，天线SMA负极接地。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。