专利名称：一种基于物联网技术的路灯控制装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及城市建设技术领域，更具体地说，涉及一种基于物联网技术的路灯控制装置和系统。
背景技术：
路灯是指安装在电线杠，沿街道墙壁，公路等用来道路照明的灯具，是与人们日常生活紧密相关的市政公共设施。目前，全国大部分城市的照明控制和管理采用传统的模式，路灯开关由每台箱变或配电柜等路灯控制装置进行独立时钟控制，在预设时间内路灯亮起或熄灭，对街区、公共设施、公路等进行照明。然而现有的路灯控制装置无法做到对路灯的精确控制，路灯在固定时间亮起或熄灭，不能根据外界光线的变化作出反应在光线较强的时候仍在照明或在光线较暗时停止工作，不能满足人们利用路灯照明的要求，同时，由于不能精确控制路灯工作状态，路灯的寿命往往较短，从而增加了城市照明的维护成本；另外，现有的路灯控制系统智能化程度低，给路灯巡检方面带来不便，不能满足自动监控路灯工作状况的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于物联网技术的路灯控制装置和系统，以实现对路灯的精确控制，满足路灯使用需求并节省了路灯的用电量，且系统的智能化程度高实现了统一控制和集中管理。一种基于物联网技术的路灯控制装置，包括集成Zigbee模块的主控模块、路灯控制模块，以及，路灯电流和光强采集模块，其中所述主控模块接收所述路灯电流和光强采集模块采集的路灯工作参数，并根据所述路灯工作参数向所述路灯控制模块发出控制指令；所述路灯控制模块依据所述控制指令控制所述路灯的工作状态。上述实施方式通过路灯电流和光强采集模块对所述路灯工作参数的采集，并通过所述路灯控制装置根据与所述路灯工作参数对应的控制指令，对路灯进行控制，实现根据实际电路工作参数调控所述路灯工作状态，满足了人们利用路灯照明的要求，克服了现有技术中不能精确控制路灯工作状态的缺点，达到了节省电能、延长路灯寿命以及减少城市照明维护成本的效果。优选地，所述主控模块包括主控芯片、复位电路、晶振电路、调试写入接口，以及， 与所述主控芯片相连的射频天线模块，所述射频天线模块包括并联连接的功率放大器、低噪声放大器及收发切换开关。具体地，所述主控模块具体为MC13211，其集成了 MCU和Modem，所述复位电路、晶振电路和调试写入接口构成主控芯片最小系统，最小系统是MCU内部程序正常运行所必须的外围电路。
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所述路灯电流和光强采集模块包括路灯电流采集模块，通过电流感应线圈获得电流感应信号，并将所述电流感应信号转换为电压信号发送至所述主控模块；光强采集模块，通过光敏电阻获得光信号，并将所述光信号转换为电压信号发送至所述主控模块。优选地，所述路灯控制模块的主要部件是两个双掷继电器，是实现路灯全功率、半功率和关闭等工作状态模式的实际执行部分。所述路灯工作参数包括电流通断参数、路灯光照强度、路灯电流值和外界光照强度。优选地，所述控制装置还包括电子整流器无极调功率模块，所述电子整流器无极调功率模块具体为与所述主控芯片PWM引脚通过运放器连接的电子整流器。优选地，所述控制装置还包括向所述控制装置供给电能的电源模块。所述电源模块是供给整个控制装置的电能，保证所述控制装置稳定工作的模块。优选地，所述主控芯片与所述射频天线模块一体化成型。一种基于物联网技术的路灯控制系统，包括路灯、路灯控制装置、路端通信装置和监控中心，其中所述路灯控制装置包括集成Zigbee模块的主控模块、路灯控制模块，以及，路灯电流和光强采集模块，其中所述主控模块接收所述路灯电流和光强采集模块采集的路灯工作参数，并根据所述路灯工作参数向所述路灯控制模块发出控制指令；所述路灯控制模块依据所述控制指令控制所述路灯的工作状态；所述路端通信装置采集所述路灯控制装置存储的路灯工作状态信息，并将所述路灯工作状态信息发送至所述监控中心，由所述监控中心根据所述工作状态信息进行路灯的统一监测和控制。所述系统通过监控中心_路端通信装置_路灯控制装置_路灯的集中控制方式， 提高了路灯控制系统的智能化程度，满足了现有的路灯控制系统自动监控路灯工作状况需求，且能够为路灯巡检提供参考信息，方便了路灯巡检。从上述的技术方案可以看出，本发明实施例的基于物联网技术的路灯控制装置， 通过路灯电流和光强采集模块采集路灯工作参数，由执行机构路灯控制模块根据与所述路灯工作参数对应的控制指令，对路灯进行控制，所述主控模块集成了 Zigbee技术，支持多个路灯控制装置之间的数据交互，实现根据实际电路工作参数(电流通断参数、路灯光照强度、路灯电流值和外界光照强度)调控所述路灯工作状态，满足了人们利用路灯照明的要求；同时，利用所述控制模块针对控制指令作出的半功率和关闭等节能模式，克服了现有技术中不能精确控制路灯工作状态的缺点，达到了节省电能、延长路灯寿命以及减少城市照明维护成本的效果。本发明的实施例同时公开了一种基于物联网技术的路灯控制系统，通过Zigbee 组网技术实现了监控中心_路端通信装置_路灯控制装置_路灯的集中控制方式，由所述路灯控制装置提高了路灯控制系统的智能化程度，解决了现有的路灯控制系统不能满足自
4动监控路灯工作状况需求的问题，方便了路灯巡检。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图Ia为本发明实施例公开的一种基于物联网技术的路灯控制装置结构示意图；图Ib为本发明实施例公开的一种主控模块的结构示意图；图Ic为本发明实施例公开的一种射频天线的结构示意图；图Idl为本发明实施例公开的一种路灯电流采集模块的结构示意图；图ld2为本发明实施例公开的一种光强采集模块的结构示意图；图Ie为本发明实施例公开的一种路灯控制装置的结构示意图；图加为本发明又一实施例公开的一种基于物联网技术的路灯控制装置结构示意图；图2b为本发明实施例公开的一种电子整流器无极调功率模块结构示意图；图2c为本发明实施例公开的一种电源模块结构示意图；图3为本发明又一实施例公开的一种基于物联网技术的路灯控制系统结构示意图。
具体实施例方式为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下PA :Power Amplifier，功率放大LNA =Low Noise Amplifier ；低噪声放大器；MCU =Micro Control Unit，微控制单元；Freecale 飞思卡尔公司；ZigBee JEEE 802. 15. 4 协议；Modem 调制解调器。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例公开了一种基于物联网技术的路灯控制装置和系统，以实现对路灯的精确控制，满足路灯使用需求并节省了路灯的用电量，且系统的智能化程度高实现了统一控制和集中管理。图Ia示出了一种基于物联网技术的路灯控制装置，包括集成Zigbee模块的主控模块101、路灯控制模块102，以及，路灯电流和光强采集模块103，其中所述主控模块101接收所述路灯电流和光强采集模块103采集的路灯工作参数，并根据所述路灯工作参数向所述路灯控制模块102发出控制指令；所述路灯控制装置103依据所述控制指令控制所述路灯的工作状态。所述路灯工作参数包括电流通断参数、路灯光照强度、路灯电流值和外界光照强度，分为如下几种情况进行分析依据电流采集模块采集的电流值来判断路灯的亮暗，并可获得单灯的功率值。电流值为0，代表灯关闭。其他值根据灯实际的电流值不同而不同。依据灯光强度采集模块的值，自动判断当光强达到开灯阈值或关灯阈值时，进行开关灯操作。其中开灯阈值包括全功率阈值和半功率的阈值。开灯阈值和关灯阈值可以在监控中心根据各地不同的实地情况来进行设置。所述控制指令包括控制所述路灯选择全功率，半功率这两种模式进行控制来实现节能。图Ib所述主控模块包括主控芯片1011、复位电路1012、晶振电路1013、调试写入接口 1014，以及，与所述主控芯片相连的射频天线模块1015。具体地，在本实施例中，所述主控芯片是MC13211，所述MC13211是Freescale公司针对ZigBee技术单芯片，MC13211内部集成了 HCS08MCU和遵循IEEE 802. 15. 4标准的第二代无线射频收发器MC1320X ；晶振模块包括MCU和Modem两个部分。其中对Modem的晶振晶振精度有特殊的要求，根据 IEEE 802. 15. 4 的标准，使用 16MHz 的晶振，精度彡 ±40ppm(part per million)。 对于MCU的晶振电路则使用Modem的CLKO时钟输出作为MCU的外部时钟源，从而形成了低成本、高精度的MCU时钟供给。所述复位电路、晶振电路和调试写入接口构成主控芯片最小系统，最小系统是MCU 内部程序正常运行所必须的外围电路。如图Ic所示，所述射频天线模块包括并联连接的功率放大器10151、低噪声放大器10152及收发切换开关10153。由于ZigBee的低功率与高频率，限制了其覆盖范围，虽然MC13211的Modem内部已经集成了功率放大器PA、低噪声放大器LNA和收/发开关(T/Rswitch)，但是集成的功率放大器的功率不够大。要实现长距离传输必需通过增大发射功率、放大接收信号提高灵敏度以及选择增益较大的天线来实现，同时实现信号的双向收发。其中，所述对于双向收发需要说明的是由于MC13213具有差分的天线接口，因此，若使用单端天线，就需要使用平衡/不平衡变压器。PA电路与这个平衡/不平衡变压器的RF输出相连接，输出到收发切换开关的插孔AS-J3，CT-Bias是MC13213无线收发器的天线控制输出，该引脚为低电平则关闭RF5189电源，禁止发送数据；该引脚为高电平则打开 RF5189电源，允许发送数据。这样就实现了 ZigBee的双向收发。所述路灯电流和光强采集模块包括路灯电流采集模块，通过电流感应线圈获得电流感应信号，并将所述电流感应信号转换为电压信号发送至所述主控模块；光强采集模块，通过光敏电阻获得光信号，并将所述光信号转换为电压信号发送至所述主控模块。更为具体地，采集模块是路端单灯测控器的信号采集机构，负责采集路灯电流和光照强度，如图Idl所示，电流采集模块通过电流感应线圈获得电流感应信号，然后通过电路转换将其转换为MCU允许范围的0-3. 3V的电压信号以便MCU识别路灯是否通电和电流大小。如图ld2所示，光强采集模块采用光敏电阻作为感应器件，将光信号转换为电压信号传递给MCU进行处理。如图Ie所示，所述路灯控制装置控制模块是路端单灯测控器的执行机构，是实现路灯全功率、半功率和关闭等工作状态模式的实际执行部分。控制模块的主要部件是两个双刀双掷继电器，为了增加系统可靠性，在MCU的控制输出引脚和继电器的线圈之间通过光耦进行隔离，以避免继电器吸合及断开时对MCU部分造成干扰，同时继电器的输出部分采用了双重电路设计，将继电器的两个常闭端子和两个常开端子分别互相连接，确保某个继电器通路出现异常时有另外一个通路继续工作。本实施例通过路灯电流和光强采集模块对所述路灯工作参数的采集，并通过所述路灯控制装置根据与所述路灯工作参数对应的控制指令，对路灯进行控制，实现根据实际电路工作参数调控所述路灯工作状态，满足了人们利用路灯照明的要求，克服了现有技术中不能精确控制路灯工作状态的缺点，达到了节省电能、延长路灯寿命以及减少城市照明维护成本的效果。图2示出了又一种基于物联网技术的路灯控制装置，包括集成Zigbee模块的主控模块201、路灯控制模块202、路灯电流和光强采集模块 203、电子整流器无极调功率模块204和电源模块205，其中所述主控模块201接收所述路灯电流和光强采集模块203采集的路灯工作参数， 并根据所述路灯工作参数向所述路灯控制模块202发出控制指令；所述路灯控制模块203依据所述控制指令控制所述路灯的工作状态；所述电子整流器无极调功率模块204具体为与所述主控芯片PWM引脚通过运放器连接的电子整流器。电子整流器型的路灯可以通过调节电子整流器预留的通用的电压控制接口来调节路灯的亮度。该端口的电压从2. OV到10. OV之间变化，则路灯的亮度也随之增加。通过 MCU的PWM引脚调节出不同的电压，巧妙通过运放器产生所需要的电压。如图2b所示，MCU 的P丽引脚可以调节出0-3. 3V的电压；另外，需要说明的是使用光耦将MCU的电平和控制电子整流器的电平隔离开。这样保证电子整流器不会对MCU造成干扰。所述电源模块205是供给整个测控器电源、保证测控器稳定工作的模块，如图2c 所示，电源模块采用220V、50Hz交流电源供电，交流电进入电源模块后通过路灯的变压器和整流桥后变为直流电，再经过LM2576-12电源芯片产生12V直流电压，供给路灯上的继电器；同时产生5V直流电源供给MC13211最小系统、射频模块以及其他电路。本实施例所述电子整流器无级调功率模块与所述路灯控制模块配合，提供给了多种路灯降功率方法。图3示出了一种基于物联网技术的路灯控制系统，包括路灯301、路灯控制装置 302、路端通信装置303和监控中心304，其中所述路灯控制装置302包括集成Zigbee模块的主控模块3021、路灯控制模块 3022，以及，路灯电流3023和光强采集模块30M，其中
所述主控模块3021接收所述路灯电流和光强采集模块3023采集的路灯工作参数，并根据所述路灯工作参数向所述路灯控制模块发出控制指令；所述路灯控制模块3022依据所述控制指令控制所述路灯的工作状态；所述路端通信装置303采集所述路灯控制装置302存储的路灯工作状态信息，并将所述路灯工作状态信息发送至所述监控中心304，由所述监控中心304根据所述工作状态信息进行路灯的统一监测和控制。通过ZigBee组网技术路端通信装置303为该路灯网络的路由节点，负责和该路灯网络的每个路灯节点进行通信，同时还通过移动通信技术来和监控中心304的服务器进行通信。这样通过路端通信装置303将路灯网络中的每个路灯节点和监控中心304的服务器联系起来，实现了监控中心304和路灯301节点的数据交互。所述控制中心针对对多个路灯的控制模式包括全开，奇数灯开，偶数灯，隔两盏开等模式，实现对路灯的节能控制。以及，对部分灯开关和对开的灯选择全功率或半功率的结合来实现路灯的节能控制。综上所述本发明的实施例通过路灯电流和光强采集模块采集路灯工作参数，由执行机构路灯控制模块根据与所述路灯工作参数对应的控制指令，对路灯进行控制，所述主控模块集成了 Zigbee技术，支持多个路灯控制装置之间的数据交互，实现根据实际电路工作参数 (电流通断参数、路灯光照强度、路灯电流值和外界光照强度)调控所述路灯工作状态，满足了人们利用路灯照明的要求，同时，利用所述控制模块针对控制指令作出的半功率和关闭等节能模式，克服了现有技术中不能精确控制路灯工作状态的缺点，达到了节省电能、延长路灯寿命以及减少城市照明维护成本的效果。本发明的实施例同时公开了一种基于物联网技术的路灯控制系统，所述系统通过监控中心_路端通信装置_路灯控制装置_路灯的集中控制方式，由所述路灯控制装置提高了路灯控制系统的智能化程度，满足了现有的路灯控制系统自动监控路灯工作状况需求，且能够为路灯巡检提供参考信息，方便了路灯巡检。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。本领域技术人员可以理解，可以使用许多不同的工艺和技术中的任意一种来表示信息、消息和信号。例如，上述说明中提到过的消息、信息都可以表示为电压、电流、电磁波、 磁场或磁性粒子、光场或以上任意组合。专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种基于物联网技术的路灯控制装置，其特征在于，包括集成Zigbee模块的主控模块、路灯控制模块，以及，路灯电流和光强采集模块，其中所述主控模块接收所述路灯电流和光强采集模块采集的路灯工作参数，并根据所述路灯工作参数向所述路灯控制模块发出控制指令；所述路灯控制模块依据所述控制指令控制所述路灯的工作状态。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述主控模块包括主控芯片、复位电路、晶振电路、调试写入接口，以及，与所述主控芯片相连的射频天线模块，所述射频天线模块包括并联连接的功率放大器、低噪声放大器及收发切换开关。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述路灯电流和光强采集模块包括路灯电流采集模块，通过电流感应线圈获得电流感应信号，并将所述电流感应信号转换为电压信号发送至所述主控模块；光强采集模块，通过光敏电阻获得光信号，并将所述光信号转换为电压信号发送至所述主控模块。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述路灯控制装置包括两个双刀双掷继电器。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述路灯工作参数包括电流通断参数、路灯光照强度、路灯电流值和外界光照强度。
6.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，还包括电子整流器无极调功率模块，所述电子整流器无极调功率模块具体为与所述主控芯片PWM引脚通过运放器连接的电子整流器。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，还包括向所述控制装置供给电能的电源模块。
8.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述主控芯片具体为MC13211。
9.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述主控芯片与所述射频天线模块一体化成型。
10.一种基于物联网技术的路灯控制系统，其特征在于，包括路灯、路灯控制装置、路端通信装置和监控中心，其中所述路灯控制装置包括集成Zigbee模块的主控模块、路灯控制模块，以及，路灯电流和光强采集模块，其中所述主控模块接收所述路灯电流和光强采集模块采集的路灯工作参数，并根据所述路灯工作参数向所述路灯控制模块发出控制指令；所述路灯控制模块依据所述控制指令控制所述路灯的工作状态；所述路端通信装置采集所述路灯控制装置存储的路灯工作状态信息，并将所述路灯工作状态信息发送至所述监控中心，由所述监控中心根据所述工作状态信息进行路灯的统一监测和控制。
全文摘要
本发明实施例公开了一种基于物联网技术的路灯控制装置和系统，通过路灯电流和光强采集模块采集路灯工作参数，由执行机构路灯控制模块根据与所述路灯工作参数对应的控制指令，对路灯进行控制，所述主控模块集成了Zigbee技术，支持多个路灯控制装置之间的数据交互，实现根据实际电路工作参数(电流通断参数、路灯光照强度、路灯电流值和外界光照强度)调控所述路灯工作状态，满足了人们利用路灯照明的要求，利用所述控制模块针对控制指令作出的半功率和关闭等节能模式，克服了现有技术中不能精确控制路灯工作状态的缺点，达到了节省电能、延长路灯寿命以及减少城市照明维护成本的效果。本发明同时公开了一种基于物联网技术的路灯控制系统。
文档编号H05B37/02GK102378441SQ20101026276
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者吴瑾, 曹金华, 王宜怀, 蒋银珍 申请人:苏州大学