基于物聯(lián)網實現(xiàn)對路燈進行智能控制的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網實現(xiàn)對路燈進行智能控制的方法及裝置，采用射頻通信的方式將路燈集中在路燈中心節(jié)點上進行控制，利用終端設備向服務器發(fā)送控制指令，再由服務器將控制指令發(fā)到路燈中心節(jié)點上實現(xiàn)遠程控制。本發(fā)明采用在每個路燈上安裝路燈控制節(jié)點，路燈控制節(jié)點通過射頻模塊與路燈中心節(jié)點形成無線傳感器網絡，路燈中心節(jié)點通過GPRS無線通信模塊與遠程終端控制系統(tǒng)相互通信，它實現(xiàn)了基于物聯(lián)網技術的無線傳感器網絡智能路燈控制，不僅能夠自適應調節(jié)燈光亮度、實時監(jiān)測路燈工作狀況，還能提供路燈故障類型報警及故障地點通知等功能，路燈管理員能夠通過遠程終端控制系統(tǒng)對所有路燈遠程監(jiān)測、分析、管理與優(yōu)化，能解決傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)實時互動性差、無法自適應調節(jié)燈光亮度等缺點。
【專利說明】基于物聯(lián)網實現(xiàn)對路燈進行智能控制的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及城市路燈節(jié)能【技術領域】，尤其是一種基于物聯(lián)網實現(xiàn)對路燈進行智能控制的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]隨著中國城市化建設的不斷深入，經濟的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷提高。城市道路、夜景照明已成為城市文明的標志和城市文化的代表。在推進城市亮化工程的進程中，城市道路照明、燈飾工程等逐漸受到重視，照明光源和調控設備得到了空前的發(fā)展。在路燈功能增多的同時，路燈的數(shù)字化、網絡化、智能化越來越受到人們的重視。
[0003]目前，全國大部分城市的照明控制和管理仍采用傳統(tǒng)的模式，道路路燈和城市夜景亮化的開關由每臺箱變或配電柜獨立時鐘控制，無法做到精確的統(tǒng)一性控制和管理，除了部分實現(xiàn)了路燈變壓器的監(jiān)測外，大部分路燈設施均靠人工巡檢的傳統(tǒng)管理模式，與“分時間、分路段、分情景”的科學亮燈模式的管理目標相去甚遠。
[0004]此外，微電子、移動通信、物聯(lián)網和低功耗嵌入式技術的快速發(fā)展，孕育了基于物聯(lián)網的無線傳感器網絡(WSN)，并以其低成本、低功耗、自組織和分布式帶來了信息感知的一場革命，WSN的出現(xiàn)為現(xiàn)代城市路燈控制與管理提供了新的方式和思路。
[0005]因此，探索新的路燈控制和管理方法增強城市路燈的數(shù)字化、網絡化和智能化成為當今智能路燈控制裝置的發(fā)展趨勢，它可以有效降低城市路燈管理的難度與成本，減少能源消耗與浪費，對今后城市照明和路燈節(jié)能將有著特別重大的意義。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是:提供一種基于物聯(lián)網實現(xiàn)對路燈進行智能控制的方法及裝置，它能實現(xiàn)對每個路燈的實時控制，可有效節(jié)約能耗，提高路燈的使用效率，以克服現(xiàn)有技術的不足。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:基于物聯(lián)網實現(xiàn)對路燈進行智能控制的方法，采用射頻通信的方式將路燈集中在路燈中心節(jié)點上進行控制，利用終端設備向服務器發(fā)送控制指令，再由服務器將控制指令發(fā)到路燈中心節(jié)點上實現(xiàn)遠程控制。
[0008]基于物聯(lián)網的智能路燈控制裝置，包括服務器，在服務器上連接有PC終端及移動終端，服務器通過GPRS無線通信模塊與路燈中心節(jié)點連接，路燈中心節(jié)點通過射頻模塊與路燈控制節(jié)點連接。
[0009]路燈控制節(jié)點包括MCU智能控制平臺，在MCU智能控制平臺上連接有路燈亮度調節(jié)模塊、傳感器模塊和電源模塊，MCU智能控制平臺與射頻模塊連接。路燈控制節(jié)點根據路燈中心節(jié)點發(fā)來的控制信息或傳感器采集的外界亮度信息來來判斷施加路燈何種調控信號，然后將該調控信號發(fā)送給路燈亮度調節(jié)模塊。此外，路燈控制節(jié)點還可檢測自身的工作狀態(tài)、故障類型和故障地點，并向服務器發(fā)送狀態(tài)信息，以便檢修。
[0010]所述的移動終端為智能手機或平板電腦。[0011]路燈中心節(jié)點是某一區(qū)域無線傳感器網絡(WSN)的中心管理節(jié)點，用于協(xié)調路燈控制節(jié)點與服務器間的相互通信，以及維護和管理WSN網絡。
[0012]GPRS無線通信模塊用來與遠程終端控制系統(tǒng)的服務器建立TCP/IP連接，能夠將路燈中心節(jié)點以下各路燈節(jié)點的信息以IP數(shù)據報文的形式發(fā)給服務器，也能接收服務器發(fā)來的控制信息。
[0013]射頻模塊用來與各路燈控制節(jié)點建立無線傳感器網絡，以便接收各路燈控制節(jié)點的信息和轉發(fā)服務器發(fā)來的控制信息到各個路燈控制節(jié)點。
[0014]服務器是一個遠程計算機控制中心的設備，路燈管理員只需登錄Internet，運行智能路燈控制程序，即可實時了解路燈運行過程以及相關路燈狀態(tài)信息；路燈管理員可通過PC終端或手持終端向路燈中心節(jié)點發(fā)送相關路燈控制命令，進而控制運行在此無線傳感器網絡中的各個路燈。
[0015]由于采用了上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用在每個路燈上安裝路燈控制節(jié)點，路燈控制節(jié)點通過射頻模塊與路燈中心節(jié)點形成無線傳感器網絡，路燈中心節(jié)點通過GPRS無線通信模塊與遠程終端控制系統(tǒng)相互通信，它實現(xiàn)了基于物聯(lián)網技術的無線傳感器網絡(WSN)智能路燈控制，不僅能夠自適應調節(jié)燈光亮度、實時監(jiān)測路燈工作狀況，還能提供路燈故障類型報警及故障地點通知等功能，路燈管理員能夠通過遠程終端控制系統(tǒng)對所有路燈遠程監(jiān)測、分析、管理與優(yōu)化，能解決傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)實時互動性差、無法自適應調節(jié)燈光亮度等缺點。本發(fā)明結構簡單合理，成本低廉，安裝方便，使用效果十分理想。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]附圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
附圖2為本發(fā)明的路燈控制節(jié)點的結構示意圖；
附圖3為本發(fā)明的遠程控制端的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的實施例:基于物聯(lián)網實現(xiàn)對路燈進行智能控制的方法，采用射頻通信的方式將路燈集中在路燈中心節(jié)點上進行控制，利用終端設備向服務器發(fā)送控制指令，再由服務器將控制指令發(fā)到路燈中心節(jié)點上實現(xiàn)遠程控制。
[0018]基于物聯(lián)網的智能路燈控制裝置的結構如圖1所示，包括服務器5，在服務器5上連接有PC終端6及移動終端7，服務器5通過GPRS無線通信模塊4與路燈中心節(jié)點2連接，路燈中心節(jié)點2通過射頻模塊3與路燈控制節(jié)點I連接；路燈控制節(jié)點I包括MCU智能控制平臺8，在MCU智能控制平臺8上連接有路燈亮度調節(jié)模塊9、傳感器模塊10和電源模塊11，MCU智能控制平臺8與射頻模塊3連接；所述的移動終端7為智能手機或平板電腦。將路燈12連接路燈亮度調節(jié)模塊9上。
[0019]MCU智能控制平臺8采用了 STC89C52RC微控制器，STC89C52RC是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，在路燈控制電路中，STC89C52RC完全符合要求，并且節(jié)能、廉價。
[0020]路燈亮度調節(jié)模塊9采用了 BU323Z達林頓管、SRD-05VDC-SL-C繼電器、KBPC3510整流橋堆以及相關外圍電路。BU323Z達林頓管集電極與發(fā)射極耐壓350V，集電極額定電流IOA以上，具有高耐壓、大功率等特點，在電壓、電流和功率上均符合普通路燈的要求。
[0021]射頻模塊3采用了 NRF905無線收發(fā)器，該無線收發(fā)器由一個完全集成的頻率調制器，一個帶解調器的接收器，一個功率放大器等組成。具有自動完成處理字頭和CRC (循環(huán)冗余碼校驗)以及由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼的功能。與現(xiàn)有的ZigBee、藍牙等無線技術相比，NRF905射頻無線通信有如下優(yōu)勢:無復雜的協(xié)議棧，底層工作由硬件完成，應用簡單，整體性能突出等。
[0022]傳感器模塊10采用了 DS18B20溫度傳感器、光敏傳感器、PCF8591數(shù)模轉換芯片和相關外圍電路構成。溫度傳感器與微處理器連接時僅需一個IO接口，通過它可以消除光敏電阻隨著溫度的變化而產生的誤差。光敏電阻用來測量光強度的大小，選取兩個光敏電阻可以減小測量誤差，在其中一個出現(xiàn)故障時系統(tǒng)仍可繼續(xù)工作。PCF8591數(shù)模轉換芯片，可把光敏電阻檢測的光強度信號轉換為數(shù)字信號，并通過I2C總線傳給STC89C52RC微控制器處理。
[0023]電源模塊11由變壓器、電源管理芯片、穩(wěn)壓芯片和相關外圍電路構成，可將220V市電轉化為5V、3.3V，保證各節(jié)點模塊的供電需求。
[0024]服務器5用.Net framework 4.0開發(fā)框架進行開發(fā),其中網絡協(xié)議用的是TCP/IP底層協(xié)議，開發(fā)工具是Visual Studio 2010,開發(fā)語言是C#。
[0025]路燈中心節(jié)點2采用STC89C52RC微處理器。
[0026]本實施例中，沒有專門提及的組成模塊均可采用具有其相應功能的市售產品。
[0027]路燈控制節(jié)點I的結構如圖2所示。系統(tǒng)上電初始化后，一個區(qū)域內的路燈控制節(jié)點通過NRF905無線模塊3與路燈中心節(jié)點2形成無線傳感器網絡，實現(xiàn)相互間的信息交換。傳感器模塊10采集路燈12運行中的外界光線強度、溫度等狀態(tài)信息，然后將信息送至MCU智能控制平臺8，經計算、分析后MCU輸出亮度調節(jié)信號至路燈亮度調節(jié)模塊9。
[0028]MCU智能控制平臺8輸出的PWM亮度調節(jié)信號，采用電流調制方式，經過三極管放大、電容濾波后形成一個穩(wěn)定的直流電流，該電流大小隨單片機輸出的脈沖寬度的改變而改變，把這個電流(Ibe)加到達林頓的基極，驅動達林頓管，控制通過達林頓管的高壓電流(Ice)大小，即可實現(xiàn)小電流驅動大電流，即小功率控制大功率的效果。通過調節(jié)微處理器輸出脈沖電流的占空比，可以精確而平滑地控制通過達林頓的高壓電流，也即是燈泡的電流，從而達到精確、平滑控制路燈的功率。
[0029]路燈中心節(jié)點2用于協(xié)調路燈控制節(jié)點I與服務器5之間的信息傳遞，路燈中心節(jié)點2上電初始化后與遠程終端控制系統(tǒng)的服務器5建立TCP/IP連接，接著向各個路燈控制節(jié)點I發(fā)送TDMA同步信號，并在規(guī)定的時幀內接收各路燈節(jié)點發(fā)來的數(shù)據，將數(shù)據出入緩存，等待2s后以TCP/IP報文發(fā)送數(shù)據到服務器5。當有檢測到服務器5發(fā)送來的TCP/IP報文時，將數(shù)據下載到NRF905無線模塊3的發(fā)送緩沖區(qū)，隨TDMA同步信號發(fā)送至各路燈控制節(jié)點I執(zhí)行相應的操作，實現(xiàn)對路燈12的控制。
[0030]遠程終端控制系統(tǒng)包括服務器5、PC終端6和手持終端7(本實施例為裝有Android系統(tǒng)的智能手機或平板電腦)，通過GPRS無線通信模塊4實現(xiàn)與路燈中心節(jié)點2的通信，其結構如圖3所示。服務器5需要有效的對外IP地址，開啟服務器后，首先與路燈中心節(jié)點2建立聯(lián)系，當接收到終端的請求數(shù)據后,解析并判斷出請求類型,作相應的處理,并將處理結果更新到路燈中心節(jié)點2的信息緩存中。
[0031]PC終端6和手持終端7運行在Windows平臺或者Android平臺的終端上，用于數(shù)據收發(fā)，數(shù)據處理和界面交互。終端運行后首先與服務器5建立連接，當服務器5收到終端的請求信息后，處理并將請求結果發(fā)送至終端。用戶通過終端界面了解路燈控制節(jié)點I采集到的相關信息，從而根據需要去遠程控制路燈12。當路燈12出現(xiàn)故障時，終端軟件提醒用戶路燈存在的故障類型以及故障地點。
【權利要求】
1.一種基于物聯(lián)網實現(xiàn)對路燈進行智能控制的方法，其特征在于:采用射頻通信的方式將路燈集中在路燈中心節(jié)點上進行控制，利用終端設備向服務器發(fā)送控制指令，再由服務器將控制指令發(fā)到路燈中心節(jié)點上實現(xiàn)遠程控制。
2.一種基于物聯(lián)網的智能路燈控制裝置，包括服務器(5)，其特征在于:在服務器(5)上連接有PC終端(6 )及移動終端(7 )，服務器(5 )通過GPRS無線通信模塊(4 )與路燈中心節(jié)點(2 )連接，路燈中心節(jié)點(2 )通過射頻模塊(3 )與路燈控制節(jié)點(I)連接。
3.根據權利要求2所述的基于物聯(lián)網的智能路燈控制裝置，其特征在于:路燈控制節(jié)點(I)包括MCU智能控制平臺(8)，在MCU智能控制平臺(8)上連接有路燈亮度調節(jié)模塊(9 )、傳感器模塊(10 )和電源模塊(11)，MCU智能控制平臺(8 )與射頻模塊(3 )連接。
4.根據權利要求2所述的基于物聯(lián)網的智能路燈控制裝置，其特征在于:所述的移動終端(7)為智能手機或平板電腦。
【文檔編號】H04W84/18GK103974514SQ201410229898
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】劉紫燕, 馮麗, 馮亮, 羅厚德, 楊揚, 楊通杰, 胡紅博 申請人:貴州大學