公共照明自组网远程控制器及方法
【专利摘要】本发明提供一种公共照明自组网远程控制器，该控制器连接至路灯，包括智能集中控制器、智能节点控制器，所述智能集中控制器连接所述智能节点控制器及服务器，所述智能节点控制器连接至路灯；本发明还提供了一种公共照明自组网远程控制方法，用于控制控制器和服务器信息交互，提高了路灯管理的效率及管理范围，并降低路灯故障时间。
【专利说明】公共照明自组网远程控制器及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种公共照明自组网远程控制器及方法。
【背景技术】
[0002]随着国家的节能减排政策的实施，许多高耗电高耗能的公共设施被节能的产品取代或被加入新技术加以控制以减少能耗，就路灯方面出现了光控路灯，时控路灯或人工控制的路灯网络，无一不是为了更好的控制电能损耗，以达到节能减排的目的；而光控路灯只随外界光线强度而改变状态，时控路灯只随预定时间的预定事件进行切换灯的状态，两者都无法进行统一控制管理，而人工控制的路灯网络一则提高了管理成本二则无法知道路灯的好坏。随着社会的进步，路灯将趋于智能化网络化的方向发展，智能化的路灯将使路灯拥有更长的在岗时间更少的事故率，网络化的路灯将使控制中心的范围扩大。利用网络服务器的高集中性管理，路灯的管理将越来越平民化；路灯的智能化网络化将是信息时代的一个趋势。
[0003]针对以上问题国内出现了各种各样的方案来解决问题，其中以路灯组网方案最为普遍，路灯组网不但提高的路灯管理的效率而且很多方案都保留了光控路灯和时控路灯的智能化自控；但是很多路灯组网方案仅局限于小范围街道路灯，控制管理方面也仅仅局限于控制室和少数不通用且复杂的控制设备上，而且组网的结构不能很好的与路灯特点相融
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【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种公共照明自组网远程控制器，提高了路灯管理的效率及管理范围，并降低路灯故障时间。
[0005]本发明方案之一是这样实现的:一种公共照明自组网远程控制器，该控制器连接至路灯，包括智能集中控制器、智能节点控制器，所述智能集中控制器连接所述智能节点控制器及服务器，所述智能节点控制器连接至路灯；
[0006]所述智能集中控制器包括集中微控制器、GPRS模块、第二电平转换电路及第一电平转换电路，所述集中微控制器分别通过所述第二电平转换电路及所述第一电平转换电路连接至所述GPRS模块，GPRS模块连接至服务器，该服务器用于远程控制路灯，并接收路灯
信息；
[0007]所述智能节点控制器包括过零触发电路、驱动电路、光线强度采集电路、终端节点控制器及PLC电力载波模块，所述过零触发电路连接至所述驱动电路，所述终端节点控制器分别连接所述驱动电路、所述光线强度采集电路及所述PLC电力载波模块，所述过零触发电路连接至路灯；
[0008]所述集中微控制器连接至所述终端节点控制器。
[0009]进一步地，所述过零触发电路为双向晶闸管过零触发电路，所述驱动电路为光耦晶闸管驱动电路，所述双向晶闸管过零触发电路连接至所述光耦晶闸管驱动电路。[0010]进一步地，所述终端节点控制器为ATmegaSL微控制器，所述集中微控制器为ATmega8L微控制器。
[0011]进一步地，所述智能集中控制器还包括一网络状态灯，所述网络状态灯连接至所述GPRS模块。
[0012]本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种公共照明自组网远程控制方法，提高了路灯管理的效率及管理范围，并降低路灯故障时间。
[0013]本发明方案之一是这样实现的:该方法使用上述的公共照明自组网远程控制器，并包括如下步骤:
[0014]步骤10、将智能节点控制器连接至路灯，获取路灯信息，且复数个智能节点控制器通过电力线相互连接；
[0015]步骤20、智能集中控制器连接至所述智能节点控制器，该智能节点控制器变成转发节点，并向其他智能节点控制器发送搜集路灯信息指令，将获取的所有路灯信息汇至转发节点；同时，智能集中控制器连接至服务器；
[0016]步骤30、转发节点将所有路灯信息发送至智能集中控制器；智能集中控制器将所有路灯信息及其网络ID发送至服务器；
[0017]步骤40、服务器接收所有路灯信息，根据路灯信息发送路灯控制信息至所述智能集中控制器，智能集中控制器将接收的控制信息发送给智能节点控制器，智能节点控制器根据控制信息控制路灯。
[0018]进一步地,所述步骤20进一步具体为:
[0019]步骤21、智能集中控制器连接至所述智能节点控制器，该智能节点控制器变成转发节点，并向其他智能节点控制器发送搜集路灯信息指令；
[0020]步骤22、各个智能节点控制器控制光线强度采集电路，开始采集路灯数据，若路灯为灯闪状态或全灭状态，则智能节点控制器控制驱动电路断开过零触发电路，将路灯断电，并记录路灯信息，关闭光线强度采集电路，将路灯信息发送至转发节点，否则记录路灯信息，并发送至转发节点；
[0021]步骤23、同时，智能集中控制器中的集中微控制器通过GPRS模块连接至服务器。
[0022]进一步地，所述步骤30进一步具体为:
[0023]步骤31、转发节点将所有路灯信息发送至智能集中控制器，若智能集中控制器成功接收，清空转发节点中的路灯信息；否则，保存转发节点中的路灯信息；
[0024]步骤32、智能集中控制器将所有路灯信息及其网络ID发送至服务器。
[0025]进一步地，所述步骤40进一步具体为:
[0026]步骤41、服务器接HTTP协议收所有路灯信息及智能集中控制器的网络ID，并它们保存至数据库；
[0027]步骤42、服务器根据智能集中控制器的网络ID建立一个TCP服务线程，之后服务器将TCP服务器端口号通过HTTP协议发送给智能集中控制器，智能集中控制器接收到TCP服务线程端口号后，断开与服务器的连接，直接与该TCP服务线程进行连接；
[0028]步骤43、TCP服务线程通过TCP-1P协议将路灯控制信息发送至所述智能集中控制器，智能集中控制器将接收的控制信息发送至转发节点，转发节点在将控制信息发送给各个智能节点控制器，智能节点控制器检测控制信息是否为本节点的控制信息，若是，接收该控制信息，并根据控制信息控制路灯，否则不接收该控制信息；
[0029]步骤44、将智能集中控制器拔出，该转发节点变为无效节点。
[0030]本发明具有如下优点:本发明的公共照明自组网远程控制器及方法，使得组网的结构和路灯的特点很好的相融合，路灯组网不局限于小范围的路灯，并且提高了路灯管理的效率，准确获取路灯的信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0032]图1为本发明的结构示意图。
[0033]图2为本发明中第一电平转换电路图。
[0034]图3为本发明中第二电平转换电路图。
【具体实施方式】
[0035]如图1所示，本发明公共照明自组网远程控制器，该控制器连接至路灯，包括智能集中控制器、智能节点控制器，所述智能集中控制器连接所述智能节点控制器；
[0036]所述智能集中控制器包括集中微控制器、GPRS模块、第二电平转换电路及第一电平转换电路，所述集中微控制器通过所述第二电平转换电路及所述第一电平转换电路连接至所述GPRS模块，GPRS模块连接至服务器，所述服务器为WEB服务器，该服务器用于远程控制路灯，并接收路灯信息；所述集中微控制器为ATmega8L微控制器；
[0037]所述智能节点控制器包括过零触发电路、驱动电路、光线强度采集电路、终端节点控制器及PLC电力载波模块，所述过零触发电路连接至所述驱动电路，所述过零触发电路连接至路灯，所述终端节点控制器分别连接所述驱动电路、所述光线强度采集电路及所述PLC电力载波模块；所述集中微控制器连接至所述终端节点控制器；所述过零触发电路为双向晶闸管过零触发电路，所述驱动电路为光耦晶闸管驱动电路，所述双向晶闸管过零触发电路连接至所述光耦晶闸管驱动电路，利用双向晶闸管特性使用双向晶闸管光耦能够有效切快速的切换开关状态，所述终端节点控制器为ATmega8L微控制器。
[0038]本发明公共照明自组网远程控制方法:该方法使用上述的公共照明自组网远程控制器，并包括如下步骤:
[0039]步骤10、将智能节点控制器连接至路灯，获取路灯信息，所述路灯信息包括路灯状态及光线强度采集电路采集到的路灯亮度，且复数个智能节点控制器通过电力线相互连接;
[0040]步骤20、智能集中控制器连接至所述智能节点控制器，该智能节点控制器变成转发节点，并向其他智能节点控制器发送搜集路灯信息指令；各个智能节点控制器开启光线强度采集电路，开始采集路灯数据，若路灯为灯闪状态或全灭状态，则智能节点控制器控制驱动电路断开过零触发电路，将路灯断电，并记录路灯信息，关闭光线强度采集电路，将路灯信息发送至转发节点，否则记录路灯信息，并发送至转发节点；同时，智能集中控制器中的集中微控制器通过GPRS模块连接至服务器。
[0041]步骤30、转发节点将所有路灯信息发送至智能集中控制器，若智能集中控制器成功接收，清空转发节点中的路灯信息；否则，保存转发节点中的路灯信息；智能集中控制器将所有路灯信息及其网络ID发送至服务器。
[0042]步骤40、服务器接HTTP协议收所有路灯信息及智能集中控制器的网络ID，并它们保存至数据库；服务器根据智能集中控制器的网络ID建立一个TCP服务线程，之后服务器将TCP服务器端口号通过HTTP协议发送给智能集中控制器，智能集中控制器接收到TCP服务线程端口号后，断开与服务器的连接，直接与该TCP服务线程进行连接；TCP服务线程通过TCP-1P协议将路灯控制信息发送至所述智能集中控制器，智能集中控制器将接收的控制信息发送至转发节点，转发节点在将控制信息发送给各个智能节点控制器，智能节点控制器检测控制信息是否为本节点的控制信息，若是，接收该控制信息，并根据控制信息控制路灯，否则不接收该控制信息；将智能集中控制器拔出，该转发节点变为无效节点。
[0043]步骤40使用双通信协议，其优点有:智能集中控制器使用HTTP协议和TCP-1P协议与服务器进行通信，人们通过网页访问Web服务器，而服务器则负责用户与路灯网络的数据交互，这样用户就可以很方便随时随地地查看管理路灯网络。而在Web服务器通信里，服务器处于通信被动方，只有客户端发起请求时候才会建立通信，而往往如果有数据要传输时候就只能等待客户端的请求时建立通信才能将数据传出，这样就造成无法与路灯网络进行实时通信，而可以进行实时通信的服务器推送技术则需要网络客户端的支持，网络客户端一般为浏览器。因此服务器与路灯网络中的智能集中控制器的数据通信采用TCP通信，一则TCP连接是可以双向发起数据通信的，二则TCP数据传输时候的数据冗余小，数据信息量高。双通信协议的使用使得智能集中控制器提高了通信效率、数据处理的效率和数据流量的利用率，提高了服务器数据处理效率从而提高用户操作路灯网络的效率。
[0044]本发明硬件结构上分为智能节点控制器、电力线、智能集中控制器和服务器。其拓扑结构为星型和总线型结构，终端节点与终端节点之间为总线型结构，而终端节点与控制器之间为星型结构，其中一个终端节点即为一个智能节点控制器连接到一个路灯。
[0045]终端节点与终端节点之间通过电力线传输着控制信息与节点设备信息，智能集中控制器与任何一个终端节点之间都能直接或间接的通信，将终端设备信息与服务器控制命令进行交换转送，控制命令信息通过直接相连的终端节点转发被相对应节点接收并执行。而节点设备信息则由智能集中控制器信息处理打包通过GPRS网络传送到服务器数据管理中心，数据管理中心将消息数据处理提取信息存入数据库和呈现到管理员控制页面。
[0046]智能集中控制器由接口连接到任何终端节点的接口上，由微控制器控制GPRS模块开始通信工作。其执行流程为首先与服务器进行连接，请求数据连接服务，然后建立连接后与发送查询命令，最后获取终端节点信息并整理发送给服务器数据管理中心进行处理。
[0047]智能节点控制器中的PLC电力载波模块负责终端节点与其他终端节点之间的通信，其中智能节点控制器中含有接口 SCL和接口 SDA，它们是终端节点与智能集中控制器的接口，当智能集中控制器接到终端节点上时候，此终端节点就自动转变为转发器角色负责为控制器接收和转发消息的作用。
[0048]终端节点与终端节点之间通过电力线相连在220V电力环境中进行通信，每个节点都可接收到网组中任何节点的发出的信息，每个节点发出的信息可以被网组中的所有节点接收。PLC电力载波模块利用BPSK调制方式将信号调制到220V电力波中，在电力线上任何同电力线上一定距离内的终端节点设备都可以收到并解调出信号，然后将数据流交予终端节点制器处理。[0049]在智能集中控制器电路中，GPRS模块采用的是单电源供电，其供电范围为3.2V~
4.8V，推荐电压为4V，因为在模块进行射频发射时会导致电压跌落，其电流峰值最高会达到2A以上，因此电源供电能力至少要达到2A，由于为控制器芯片的电源电压为5V，因此采用LDO低压差线性稳压器，将微控制器与GPRS模块供电整合到一个电源提供，由于工作在电力线上的设备因而就地取材选用的220V转5V2A开关电源。
[0050]智能集中控制器可以与任何终端节点连接实现组网控制。因此是没必要再为终端节点设计一套电源方案，根据简单的计算:GPRS模块最大功率需求Plmax = Vlmax.Ilmax=4.8V*2A = 9.6W。那么开关电源剩下的0.4W是完全能够提供两块仅需3.6mA的ATmega8L低功耗芯片正常工作。而实际上电路实际功率远远小于这个值，因此只在终端节点上装电源模块，智能集中控制器通过终端节点上的电源接口取电。经过测试当GPRS模块进行射频发射时候微控制器电源最多电压跌落到4.75V，而微控制器的掉电检测为2.7V，因此在工作中不会对微控制器造成影响。
[0051]由于智能集中控制器的GPRS模块引脚电平为3V而由5V供电的微控制器的引脚电平为5V，无法正常通信。因此需要电平转换电路作为通信桥梁。简单处理则用两个三极管搭建起电平转换电路进行电平匹配。
[0052]选用双向晶闸管作为电子开关使用，相对继电器开关时的电子火花的产生，晶闸管不会出现此类问题，对于精密与电磁干扰要求苛刻的设备上具有很大的适应性。相对于普通继电器的机械开关，电子开关具有使用寿命长，开关切换速度快的优点。然后用光耦晶闸管作为双向晶闸管驱动电路很好的适应了晶闸管的开关角的特性，又起到了市电与工作电源隔离的作用。
[0053]如图2所示，第一电平转换电路包括电阻1?1、1?2、1?3、1?4，三极管01、02，3￥电源连接R2及Rl的一端，R2的另一端与Q2的引脚C并联之后连接至SM900A芯片的RXD引脚，Q2的引脚E接地，Rl连接至Ql的引脚C，Ql的引脚B通过R3连接至集中微控制器的RXD引脚，Ql的引脚E接地，Q2的引脚B通过R4连接于Rl与Ql引脚C之间；
[0054]如图3所示，第二电平转换电路包括电阻1?5、1?6、1?7、1?8，三极管03、04，5￥电源连接R5及R6的一端，R6的另一端与Q4的引脚C并联之后连接至集中微控制器的RXD引脚，Q4的引脚E接地，R5连接至Q3的引脚C，Q3的引脚B通过R7连接至SM900A芯片的RXD引脚，Q3的引脚E接地，Q4的引脚B通过R8连接于R5与Q3引脚C之间，其中三极管Q1、Q2、Q3、Q4可以为2N3904型三极管；
[0055]如图2中转换逻辑如下:
[0056]转换逻辑1:当TXD输入高电平时，经过一级输入电阻Rl限流后使电路中的Ql基极(b极)高电位，此时三极管集电极和发射极(ce两极)导通。此时二级输入电阻电阻R4的一端电压为O即接地，则Q2的B极电压也为0，由于Q2的b与e两极无正向(b_>e)的导通电压，因此Q2的b极和e极间的PN结不导通，则Q2的c极和e极不导通，使得RXD的电压等于VCC(此处的VCC电压视接收端引脚电平而定)电压。此时的逻辑I的电平就能与接收端的引脚电平相匹配了，接收端收到逻辑I。
[0057]转换逻辑O:当TXD数据低电平时，三极管Ql的be两端无正向导通电压，PN结不导通，则此时三极管Ql的c极为高电平，经过R4，三极管Q2的b极也为高电平，因此三极管Q2的be间的PN结导通，ce也导通，此时RXD端的引脚等同于接地因此电平为0，接收端收到逻辑O。
[0058]同理，图3中的转换逻辑也一样。
[0059]集中微控制器与SM900A连接电路，集中微控制器通过串口线通过第一电平转换电路及第二电平转换电路间接和SM900A模块串口相连。通过TWI双线与终端节点微控制器相连，TWI是两线串行接口，是单片机应用的理想接口，采用TWI协议，系统设计者可以通过两根双向的总线(一根称为时钟线SCL，另一根称为数据线SDA)连接从设备。
[0060]GPRS模块中采用了 SM900A芯片，其中SM900A的外围电路，根据数据手册上的要求指示设计的基本电路，PWRKEY引脚直接接IOK电阻到地，LED灯表示着GPRS模块的连接状态。天线电路上将滤波电路简化成由一个39pF的电容滤波，电路中采用短布线和弧形布线以及周围铺地，减小阻抗变化和电路干扰，省去了阻抗匹配电路的复杂，并且还能维持较高的信号强度。
[0061]光线强度采集电路由一个光敏三极管经过三极管(如2N3904)的电路放大信号后接到微控制器ADC引脚。其灯状态检测是定时器定时抽样分析，将结果写在灯状态寄存器中，在主循环里的灯状态检测程序检测此寄存器来进行上报和开关控制。
[0062]本发明具有如下优点:本发明的公共照明自组网远程控制器及方法，使得组网的结构和路灯的特点很好的相融合，路灯组网不局限于小范围的路灯，并且提高了路灯管理的效率，准确获取路灯的信息。
[0063]虽然以上描述了本发明的【具体实施方式】，但是熟悉本【技术领域】的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
【权利要求】
1.一种公共照明自组网远程控制器，该控制器连接至路灯，其特征在于:包括智能集中控制器、智能节点控制器，所述智能集中控制器连接所述智能节点控制器及服务器，所述智能节点控制器连接至路灯； 所述智能集中控制器包括集中微控制器、GPRS模块、第二电平转换电路及第一电平转换电路，所述集中微控制器分别通过所述第二电平转换电路及所述第一电平转换电路连接至所述GPRS模块，GPRS模块连接至服务器； 所述智能节点控制器包括过零触发电路、驱动电路、光线强度采集电路、终端节点控制器及PLC电力载波模块，所述过零触发电路连接至所述驱动电路，所述终端节点控制器分别连接所述驱动电路、所述光线强度采集电路及所述PLC电力载波模块，所述过零触发电路连接至路灯； 所述集中微控制器连接至所述终端节点控制器。
2.根据权利要求1所述的公共照明自组网远程控制器，其特征在于:所述过零触发电路为双向晶闸管过零触发电路，所述驱动电路为光耦晶闸管驱动电路，所述双向晶闸管过零触发电路连接至所述光耦晶闸管驱动电路。
3.根据权利要求1所述的公共照明自组网远程控制器，其特征在于:所述终端节点控制器为ATmega8L微控制器,所述集中微控制器为ATmega8L微控制器。
4.根据权利要求1所述的公共照明自组网远程控制器，其特征在于:所述智能集中控制器还包括一网络状态灯，所述网络状态灯连接至所述GPRS模块。
5.一种公共照明 自组网远程控制方法，其特征在于:该方法使用如权利要求1至4中任一项所述的控制器，并包括如下步骤: 步骤10、将智能节点控制器连接至路灯，获取路灯信息，且复数个智能节点控制器通过电力线相互连接； 步骤20、智能集中控制器连接至所述智能节点控制器，该智能节点控制器变成转发节点，并向其他智能节点控制器发送搜集路灯信息指令，将获取的所有路灯信息汇至转发节点；同时，智能集中控制器连接至服务器； 步骤30、转发节点将所有路灯信息发送至智能集中控制器；智能集中控制器将所有路灯信息及其网络ID发送至服务器； 步骤40、服务器接收所有路灯信息，根据路灯信息发送路灯控制信息至所述智能集中控制器，智能集中控制器将接收的控制信息发送给智能节点控制器，智能节点控制器根据控制信息控制路灯。
6.根据权利要求1所述的公共照明自组网远程控制方法，其特征在于:所述步骤20进一步具体为: 步骤21、智能集中控制器连接至所述智能节点控制器，该智能节点控制器变成转发节点，并向其他智能节点控制器发送搜集路灯信息指令； 步骤22、各个智能节点控制器控制光线强度采集电路，开始采集路灯数据，若路灯为灯闪状态或全灭状态，则智能节点控制器控制驱动电路断开过零触发电路，将路灯断电，并记录路灯信息，关闭光线强度采集电路，将路灯信息发送至转发节点，否则记录路灯信息，并发送至转发节点； 步骤23、同时，智能集中控制器中的集中微控制器通过GPRS模块连接至服务器。
7.根据权利要求1所述的公共照明自组网远程控制方法，其特征在于:所述步骤30进一步具体为: 步骤31、转发节点将所有路灯信息发送至智能集中控制器，若智能集中控制器成功接收，清空转发节点中的路灯信息；否则，保存转发节点中的路灯信息； 步骤32、智能集中控制器将所有路灯信息及其网络ID发送至服务器。
8.根据权利要求1所述的公共照明自组网远程控制方法，其特征在于:所述步骤40进一步具体为: 步骤41、服务器接HTTP协议收所有路灯信息及智能集中控制器的网络ID，并它们保存至数据库； 步骤42、服务器根据智能集中控制器的网络ID建立一个TCP服务线程，之后服务器将TCP服务器端口号通过HTTP协议发送给智能集中控制器，智能集中控制器接收到TCP服务线程端口号后，断开与服务器的连接，直接与该TCP服务线程进行连接； 步骤43、TCP服务线程通过TCP-1P协议将路灯控制信息发送至所述智能集中控制器，智能集中控制器将接收的控制信息发送至转发节点，转发节点在将控制信息发送给各个智能节点控制器，智能节点控制器检测控制信息是否为本节点的控制信息，若是，接收该控制信息，并根据控制信息控制路灯，否则不接收该控制信息； 步骤44、将智能集中控制器拔出，该转发节点变为无效节点。
【文档编号】H05B37/02GK104023440SQ201410241867
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】潘玉灼, 郭丽平 申请人:泉州师范学院