一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)，包括路燈監(jiān)控中心、單燈監(jiān)控節(jié)能模塊、Zigbee無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所述路燈監(jiān)控中心是整個(gè)區(qū)域路燈控制管理中心，包括監(jiān)控中心軟件和無(wú)線通信模塊，單燈監(jiān)控節(jié)能模塊由ZigBee無(wú)線通信模塊、完成電量采集和模塊遙信功能的單片機(jī)模塊組成，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由許多分布于某個(gè)地理區(qū)域的傳感器組成。本發(fā)明系統(tǒng)集成了Zigbee無(wú)線通信技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字變頻控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)，結(jié)合高壓鈉燈壽命檢測(cè)技術(shù)、高壓鈉燈數(shù)字變頻調(diào)光控制技術(shù)研發(fā)而成的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的燈光照明單燈監(jiān)控節(jié)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燈光控制的精細(xì)管理。
【專利說明】—種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于照明智能控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]道路照明是城市公共設(shè)施的重要組成部分，目前國(guó)內(nèi)的道路照明系統(tǒng)大部分沒有采用網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控管理，只能以區(qū)域?yàn)閱挝粚?duì)照明設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的開關(guān)燈控制，這樣的控制方法不能實(shí)時(shí)的獲得每盞路燈的狀況，也無(wú)法根據(jù)具體情況調(diào)整路燈亮度，不能有效的節(jié)省電能。
[0003]單燈節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，是指將節(jié)能、監(jiān)控等智能控件安裝到路燈燈桿上，對(duì)燈桿上的燈進(jìn)行開關(guān)、功率輸出(節(jié)能、電壓、電流)控制、電參數(shù)采集、功率因數(shù)調(diào)節(jié)等一系列精確操作，而不像現(xiàn)在的節(jié)能、監(jiān)控系統(tǒng)那樣，集中控制整條支路的燈狀態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)每一盞燈進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。對(duì)于這種方式的監(jiān)控，其最基本的要求和實(shí)現(xiàn)可能，就是通信的可靠和低成本。目前，最有可能的通信方式就是“電力載波通信”，由于路燈照明大多數(shù)使用的是高壓鈉燈，且這些燈90%以上都使用電感鎮(zhèn)流器和電容器(調(diào)整功率因數(shù))，一整條路燈支路的電抗值很低(可低至2歐姆)，使得電力載波通信的距離和質(zhì)量大打折扣，也使之不同于“電力抄表”系統(tǒng)那樣簡(jiǎn)單，這也是導(dǎo)致單燈監(jiān)控系統(tǒng)得不到大面積使用和推廣的重要原因。目前主要采用的電力載波通信方式相對(duì)GPRS等無(wú)線通信方式，其成本較低，因此國(guó)內(nèi)大部分的單燈監(jiān)控系統(tǒng)都是采用電力載波通信方式。采用無(wú)線通信方式，其傳輸速率高，傳輸距離遠(yuǎn)，單成本相對(duì)較高；由于電纜傳輸受距離限制，采用電力載波的通信方式最遠(yuǎn)可靠傳輸距離是200米以內(nèi)，超過200米其傳輸信號(hào)會(huì)隨著傳輸距離的增加而逐漸衰減，如果要增長(zhǎng)傳輸距離，則需加裝通信中繼器，采用接力的方式逐個(gè)傳輸，其缺點(diǎn)是傳輸速率會(huì)逐漸減小。因此，迫切需要一種新型的系統(tǒng)來(lái)解決單盞路燈的監(jiān)控和節(jié)能問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)，從而解決【背景技術(shù)】中存在的問題。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)，包括路燈監(jiān)控中心、單燈監(jiān)控節(jié)能模塊、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；
所述路燈監(jiān)控中心是整個(gè)區(qū)域路燈控制管理中心，對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，包括監(jiān)控中心軟件和無(wú)線通信模塊，監(jiān)控中心軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、采集數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析功能，通過無(wú)線通信模塊實(shí)時(shí)掃描各路燈電量數(shù)據(jù)和輸出狀態(tài)，將監(jiān)控中心軟件發(fā)送的各種有效指令發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制器，遇到報(bào)警信息，通過GSM短信方式送至巡檢人員手機(jī)； 所述單燈監(jiān)控節(jié)能模塊即每盞路燈都裝有監(jiān)控節(jié)能模塊，所述單燈監(jiān)控節(jié)能模塊包括ZigBee無(wú)線通信模塊、單片機(jī)模塊、控制模塊和監(jiān)測(cè)模塊，ZigBee無(wú)線通信模塊具有網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，ZigBee子網(wǎng)有內(nèi)置冗余保證，如果網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法工作，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)將自動(dòng)路由到一個(gè)替換節(jié)點(diǎn)保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定，單片機(jī)模塊完成電量采集和模塊遙信功能，控制模塊和監(jiān)測(cè)模塊是路燈監(jiān)控系統(tǒng)中控制功能的執(zhí)行部分，控制路燈的狀態(tài)并監(jiān)測(cè)路燈運(yùn)行的電流、電壓、功率因素，將這些參數(shù)通過無(wú)線方式傳送到現(xiàn)場(chǎng)控制器，同時(shí)接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)控制器的所有控制指令，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能；
所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由許多分布于某個(gè)地理區(qū)域的傳感器組成，通過一個(gè)無(wú)線電通信鏈路與大量無(wú)線傳感器進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)收集工作在無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)完成，被壓縮后，直接傳輸給網(wǎng)關(guān)或者利用其他無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)關(guān)。
[0006]每個(gè)無(wú)線傳感器都作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，擁有無(wú)線通信能力，同時(shí)還具有一定的信號(hào)處理能力與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳遞能力。根據(jù)應(yīng)用的類型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以有一個(gè)指定的地址，它包括一個(gè)傳感裝置、一個(gè)數(shù)據(jù)處理微控制器，以及一個(gè)無(wú)線連接RF模塊，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)定義，RF模塊可以起到一個(gè)簡(jiǎn)單發(fā)射器或者收發(fā)器(TX/RX)的作用。
[0007]高壓鈉燈具有很高的光效率，且具有工作壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在一定時(shí)間內(nèi)我國(guó)道路照明的以高壓鈉燈為主要光源的局面不會(huì)改變。高壓鈉燈的缺點(diǎn)是其輸出功率極易受電壓波動(dòng)影響，特別是后半夜由于線路電壓上升，會(huì)造成很大的能源浪費(fèi)。本發(fā)明采用變頻可控功率輸出電子鎮(zhèn)流器來(lái)取代傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器解決這個(gè)難題。
[0008]作為一種改進(jìn)，本發(fā)明系統(tǒng)采用變頻可控功率輸出電子鎮(zhèn)流器實(shí)現(xiàn)節(jié)能，PFC電路將寬幅波動(dòng)的供電電源經(jīng)整流穩(wěn)定在400V，并將功率因數(shù)校準(zhǔn)到0.97以上，變頻功率控制電路則根據(jù)調(diào)度中心的指令來(lái)控制輸出功率，從亮燈時(shí)刻滿功率輸出，緩慢地調(diào)節(jié)至后半夜50%輸出，經(jīng)實(shí)測(cè)節(jié)電率可以達(dá)到50%以上。
[0009]作為一種改進(jìn)，本發(fā)明采用霍爾元件對(duì)燈具壽命進(jìn)行檢測(cè)，這是在管理理念上的創(chuàng)新突破，在監(jiān)控中心獲知每一盞路燈的真實(shí)情況，并對(duì)即將壽命終結(jié)的燈具進(jìn)行預(yù)警，t匕靠人工巡燈檢查和市民保修的傳統(tǒng)方法，其效率要高得多。此技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于降低城市照明管理的人力物力成本，提高市民滿意度，具有非常積極的意義。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明采用微功率無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈監(jiān)控技術(shù)與ZigBee技術(shù)結(jié)合的通信技術(shù)，為每一盞路燈構(gòu)建了一個(gè)雙向遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)通道，使得監(jiān)控中心可以獲得單盞路燈的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)路燈控制精細(xì)管理。
[0011]本發(fā)明采用變頻可控功率輸出電子鎮(zhèn)流器變頻對(duì)輸出功率進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能，經(jīng)實(shí)測(cè)節(jié)電率可以達(dá)到50%以上。
[0012]采用霍爾元件檢測(cè)燈具壽命提高管理效率。高壓鈉燈老化后其實(shí)際消耗功率往往高于其額定標(biāo)稱功率，本發(fā)明采用霍爾元件檢測(cè)調(diào)光輸出的PFC電路實(shí)際輸出電流與額定電流的差值，對(duì)高壓鈉燈老化程度進(jìn)行評(píng)估，從而為用戶提供一個(gè)更換趨勢(shì)表，用戶可以在鈉燈壽命終結(jié)前對(duì)其進(jìn)行更換，提高了城市照明的亮燈率。
[0013]本發(fā)明系統(tǒng)集成了 Zigbee無(wú)線通信技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字變頻控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)，結(jié)合高壓鈉燈壽命檢測(cè)技術(shù)、高壓鈉燈數(shù)字變頻調(diào)光控制技術(shù)研發(fā)而成的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的燈光照明單燈監(jiān)控節(jié)能系統(tǒng)是可實(shí)現(xiàn)燈光控制的精細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)按需照明，可節(jié)約大量能源，為社會(huì)構(gòu)建綠色、健康、人文的城市照明環(huán)境，切實(shí)提高城市照明發(fā)展質(zhì)量和綜合效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明單燈監(jiān)控節(jié)能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的變頻控制可調(diào)功率輸出調(diào)光原理結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0016]參見圖1，一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)，包括路燈監(jiān)控中心、單燈監(jiān)控節(jié)能模塊、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用城市燈光監(jiān)控節(jié)能系統(tǒng)軟件作為監(jiān)控中心的控制平臺(tái)，監(jiān)控中心軟件通過基于ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)的微功耗高速傳輸網(wǎng)絡(luò)向每個(gè)單燈監(jiān)控節(jié)能模塊發(fā)送動(dòng)作指令，使單燈監(jiān)控節(jié)能模塊完成各種配置和數(shù)據(jù)采集工作，并對(duì)單燈監(jiān)控節(jié)能模塊發(fā)送上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理；傳感器通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將獲取的信息發(fā)送到單燈監(jiān)控節(jié)能模塊進(jìn)行處理；單燈監(jiān)控節(jié)能模塊通過ZigBee無(wú)線通訊系統(tǒng)(智能路由)向監(jiān)控中心發(fā)送采集的數(shù)據(jù)或者故障信息進(jìn)行分析處理；監(jiān)控中心軟件通過基于ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)的微功耗高速傳輸系統(tǒng)將決策方案發(fā)至單燈監(jiān)控節(jié)能模塊，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的遠(yuǎn)程無(wú)線控制。
[0017]參見圖2，單燈監(jiān)控節(jié)能模塊由ZigBee無(wú)線通信模塊、完成電量采集和模塊遙信功能的單片機(jī)模塊組成，單燈監(jiān)控節(jié)能模塊基本功能如下:
(1)對(duì)系統(tǒng)中的每一盞路燈電源進(jìn)行開關(guān)控制和調(diào)光控制；
(2)全天候24小時(shí)采集每盞燈的工作狀態(tài)和電參數(shù)信息；
(3)設(shè)置根據(jù)人車流量變化的調(diào)光及開關(guān)燈預(yù)案，自動(dòng)運(yùn)行；
(4)自動(dòng)穩(wěn)壓，可在160—260V范圍內(nèi)自穩(wěn)壓，正常工作，穩(wěn)定光通量(光照度)；
(5)監(jiān)測(cè)回路工作狀況，自動(dòng)報(bào)警故障信息:光源故障、自熄燈、補(bǔ)償電容故障、燈桿漏電、電纜故障等；
(6)防盜報(bào)警功能:智能終端控制器門處裝有門鎖，外人打開加箱門時(shí)能自動(dòng)向；
(7)監(jiān)控中心報(bào)警，保證照明設(shè)施的安全；
(8)進(jìn)行能耗標(biāo)定，實(shí)施全過程能源管理；
(9)自動(dòng)生成運(yùn)行及維護(hù)報(bào)表；
(10)在平米電子地圖和衛(wèi)星電子地圖下顯示照明設(shè)施的地理位置。
[0018]參見圖3，本發(fā)明采用有變頻可控功率輸出電子鎮(zhèn)流器，將來(lái)自市電的50Hz交流電，經(jīng)PFC功率因數(shù)校準(zhǔn)電路后，轉(zhuǎn)換為400V穩(wěn)壓的直流電源，經(jīng)霍爾電流檢測(cè)電路進(jìn)入高頻正弦波電源調(diào)制電路，調(diào)制出來(lái)的高頻正弦波電源經(jīng)扼流電感后送到高壓鈉燈兩個(gè)電極，頻率越高，扼流電感的阻抗越大，輸出功率越小，反之越大。調(diào)整頻率即可調(diào)整輸出功率。
[0019]PWM頻率發(fā)生器實(shí)際上就是一個(gè)V/F轉(zhuǎn)換電路，由MCU的PWM調(diào)制端口控制，頻率的高低是由來(lái)自無(wú)線信息節(jié)點(diǎn)單元發(fā)送給MCU的指令和霍爾電流檢測(cè)信號(hào)共同決定，如250W額定輸出，來(lái)自無(wú)線信息節(jié)點(diǎn)單元的指令要求輸出50%，則MCU緩慢提高控制頻率，直至霍爾檢測(cè)回路的信號(hào)被MCU檢測(cè)到功率為125W后鎖定頻率。
[0020]調(diào)光設(shè)備上電后MCU從高頻到低頻實(shí)施掃頻點(diǎn)火，當(dāng)頻率滑過諧振發(fā)生器的諧振點(diǎn)時(shí)，高壓鈉燈被點(diǎn)火啟動(dòng)。當(dāng)MCU進(jìn)入掃頻是，霍爾電流檢測(cè)的信號(hào)必須在一定的范圍之內(nèi)，太高(燈短路)和太低(燈離位)都會(huì)產(chǎn)生保護(hù)，MCU將強(qiáng)行關(guān)閉高頻正弦波電源的輸出。
[0021]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)，其特征是:包括路燈監(jiān)控中心、單燈監(jiān)控節(jié)能模塊、無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)； 所述路燈監(jiān)控中心是整個(gè)區(qū)域路燈控制管理中心，對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，包括監(jiān)控中心軟件和無(wú)線通信模塊，監(jiān)控中心軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、采集數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析功能，通過無(wú)線通信模塊實(shí)時(shí)掃描各路燈電量數(shù)據(jù)和輸出狀態(tài)，將監(jiān)控中心軟件發(fā)送的各種有效指令發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制器，遇到報(bào)警信息，通過GSM短信方式送至巡檢人員手機(jī)； 所述單燈監(jiān)控節(jié)能模塊包括ZigBee無(wú)線通信模塊、單片機(jī)模塊、控制模塊和監(jiān)測(cè)模塊，ZigBee無(wú)線通信模塊具有網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，ZigBee子網(wǎng)有內(nèi)置冗余保證，如果網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法工作，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)將自動(dòng)路由到一個(gè)替換節(jié)點(diǎn)保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定，單片機(jī)模塊完成電量采集和模塊遙信功能，控制模塊和監(jiān)測(cè)模塊是路燈監(jiān)控系統(tǒng)中控制功能的執(zhí)行部分，控制路燈的狀態(tài)并監(jiān)測(cè)路燈運(yùn)行的電流、電壓、功率因素，將這些參數(shù)通過無(wú)線方式傳送到現(xiàn)場(chǎng)控制器，同時(shí)接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)控制器的所有控制指令，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能； 所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由許多分布于某個(gè)地理區(qū)域的傳感器組成，通過一個(gè)無(wú)線電通信鏈路與大量無(wú)線傳感器進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)收集工作在無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)完成，被壓縮后，直接傳輸給網(wǎng)關(guān)或者利用其他無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)，其特征是:所述系統(tǒng)采用變頻可控功率輸出電子鎮(zhèn)流器實(shí)現(xiàn)節(jié)能，PFC電路將寬幅波動(dòng)的供電電源經(jīng)整流穩(wěn)定在400V，并將功率因數(shù)校準(zhǔn)到0.97以上，變頻功率控制電路則根據(jù)調(diào)度中心的指令來(lái)控制輸出功率，從亮燈時(shí)刻滿功率輸出，緩慢地調(diào)節(jié)至后半夜50%輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微功率無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單燈照明智能調(diào)光系統(tǒng)，其特征是:所述系統(tǒng)采用霍爾元件對(duì)燈具壽命進(jìn)行檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK104394633SQ201410715371
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】劉巡宇, 植耀漢 申請(qǐng)人:廣西金源信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司