智能照明物聯網系統的製作方法

2023-06-01 10:10:36

專利名稱：智能照明物聯網系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及城市照明系統，特別是一種利用了物聯網無線傳感技術的智能照明控制管理系統。
背景技術：
目前，節約資源、減少能源消耗已經成為全世界共同的目標。我國情況尤為迫切， 一方面我國正處在經濟發展的關鍵階段，工農業生產需要能源；另一方面，城市化的推進和人們生活水平的提高，電氣化、智能化的生活也消耗越來越多的能源。電能就是其中和城市生活關係最緊密的能源之一。目前我國仍處於電能缺乏的階段，面對電力緊張，各種臨時應急節電措施被廣泛採用夜晚間隔關燈、調整路燈開關的時間、在用電緊張的日子裡關閉景觀照明、號召居民在用電高峰時關閉空調、公共設施和寫字樓等空調溫度調高一度等等，當用電高峰過後，這些措施可能就被束之高閣，明年的用電高峰來臨，一切又會重新開始。這樣的節電措施，在緩解用電緊張的同時，卻帶來資源的浪費和對人們日常生活的負面影響。這樣，就引起人們尋求電力資源高效使用的另一個突破口，這就是城市的路燈照明系統。城市中的路燈照明，是人們的日常生活必要可少的公共設施。伴隨我國城市現代化建設的突飛猛進，近年來城市道路照明快速發展，相應電力消耗也大幅度攀升。而另一方面，隨著城市的發展，城市公共照明中還有景觀照明一部分，雖然可以使城市更加美觀，但是卻是額外的一部分電力消耗。據統計，城市公共照明在我國照明耗電中約佔30%的比例， 約439億kWh，以平均電價0. 65元/kWh計算，一年開支285億元。中國建設部統計數字則顯示，目前城市照明(僅計算景觀照明和路燈等功能照明)的年用電量約佔中國總發電量的 4%至5%，相當於三峽水力發電工程投產後的年發電能力(850億千瓦時)的一半。這一系列數據顯示，照明節電意義重大。目前，我國採用的路燈節電方案是日本等發達國家在七十年代就拋棄了的隔盞關燈方案，其中的弊病不言而喻一不僅導致了路面照度分布不均，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免後半夜電網電壓的升高對路燈壽命的減損，因此不能稱做是真正意義上的節能。現在的路燈系統，由於缺乏有效的監控和管理手段，技術上也無法實現有線監管， 所以存在以下幾方面問題1，燈具超負荷運行，用電量高我國電網技術落後，造成線路的電壓波動大大超過國際標準，許多地區的波動甚至超過額定電壓的15%左右，特別是在後半夜民用電都不工作了，電負荷的減少使得電網電壓有時接近245V，整個電網電壓會升高，(額定功率) 250瓦的燈(實際功率)在560瓦左右，多耗了一倍的能量。2，燈具壽命減短、維護成本高據中國電力主管部門統計，路燈的燈泡實際使用壽命平均不到一年。更換燈泡成本巨大。
3，監控管理滯後，加大電力浪費目前，大多數路燈照明系統燈的燈光控制採用是定時和人工的方式。由於一年四季的時差，採用定時器控制方式時要經常對定時器進行人工調整，消耗大量的人力資源不說，還由於人工調整不及時造成電力浪費。
4，控制方式安全性低，節能效果差舊式的控制箱，控制方式簡單而落後，節能效果差。箱內布線、電路多外露，既使接線頭、觸點易氧化鏽蝕，又對運行維護人員的安全造成潛在的危險。

實用新型內容本實用新型的目的是，針對背景技術所述的現有路燈照明系統的缺點，結合新型物聯網智能設備，發明一種智能化管理的物聯網路燈照明系統。為達上述目的，本實用新型採用如下技術手段整個系統由控制中心伺服器、分區控制器、單燈控制器和路燈構成；控制中心伺服器通過網絡與分區控制器連接，分區控制器是具備數據收集、通信並且能和現有的IT系統無縫連接的智能設備，單燈控制器控制路燈，是含有電力線載波通信模塊的控制器，路燈通過電力線連接到分區伺服器。單燈控制器含有智能電力線收發器PL31X0晶片，由電源系統供電，耦合電路引入主電源，還有燈具鎮流電路、能源測量電路和環境測量電路連接到PL31X0晶片，然後控制照明發光體。本實用新型的系統的有益效果是利用新型的分區伺服器和電力線載波技術，能夠實現電力線的信號傳輸，同計算機系統無縫連接，便於計算機伺服器進行數據分析和處理；同時監控環境、能源變化等數據，能夠加強對路燈的實際管理。整個系統可以根據天氣、 現場照明需要和其他各種因素，完整方便的調節單燈的照明亮度，大大節約了電能，避免不必要的浪費，而且對各種外在因素有足夠的監控，維護成本降低。

圖1，本系統的結構圖。圖2，單燈控制器的結構圖。
具體實施方式
結合附圖，說明本實用新型的具體應用。如圖1，控制中心伺服器是計算機系統，上面運行控制管理軟體，通過網際網路或者電信網絡與分區控制器進行連接通訊，分區控制器通過電力線連接單燈控制器，單燈控制器控制具體的單個路燈。分區控制器是一種新型的信息設備，優選使用EO-ELCN牌的iLon智能伺服器，是實現路燈單燈控制系統的重要的硬體設備，它安裝在路燈區域控制箱中，使用IS014908的電力載波通信技術和路燈單燈控制器通信，與控制中心的通信可以使用GPRS modem、乙太網、Wi-Fi網絡或者ADSL modem等。iLon智能伺服器中內置多種功能，包括1.時序調度功能2.報警功能3.類型轉換功能[0023]4.內部實時時鐘5.根據經緯度、日曆時鐘計算日出、日落時間的天文位置功能6.使用電力線載波中繼技術管理與各個單燈控制器的通信7.通過SOAP接口實現與控制中心的通信等。iLon智能伺服器的中繼管理功能，可以通過單燈控制器之間的通信來延伸自己的管理距離，一個設備可以最終完成200個路燈的控制。iLon智能伺服器內置的時序調度功能模塊可以根據時間來實現對每一個單燈控制器開、關和亮度控制。該時序調度功能模塊可以由中心監控軟體進行配置。iLon智能伺服器中嵌入實時作業系統，中央處理器為MIPS32，時鐘頻率為 264MHz。內部的實時時鐘可以自動與設定的時間伺服器進行時間同步。內置的Flash存儲器可以存儲數月的歷史數據。可以連接ModBUS的設備、具有脈衝輸出的計量表設備等，另外還有兩路數字輸入和兩路數字輸出。由iLON、雙絞線到三相電力線的路由器和可選配接口的IXD顯示器組成路燈中
間管理單元。i.LON 100網際網路伺服器的內置應用程式提供了一整套豐富的功能，使得它可以獨立的工作而不需要PC或者主處理器。標準的應用程式包括時序調度、數據記錄、報警處理和發送、表計閱讀、模擬量功能模塊等。時序調度應用程式允許按照路燈管理中心設置的時序來啟動路燈，可以根日期、時間和事件來調度路燈的動作。數據記錄應用程式記錄路燈控制器的電流、電壓、電能累積等數據活動，並可用來進行趨勢分析、報告和應用分析。報警應用程式提供一個識別、通告和記錄路燈報警狀況的手段，燈光控制器產生報警後，i. LON 100收集到報警信息，並識別錯誤和報警狀態，在確認報警條件成立後，將報警發送到路燈管理中心，同時也可以發送E-mail到指定的地址。表計閱讀應用程式能夠管理脈衝計數表，可以連接電錶，記錄電錶的數據。模擬量功能模塊為記錄的路燈數據計算和存儲提供統計學的預處理，如平均值、最小和最大值以及比較值。i.LON 100通過S0AP/XML接口與路燈控制中心的基於平臺軟體的路燈系統管理軟體進行通信。S0AP/XML接口允許通過Web Service的方式將數據集成到後臺Panoramix 資料庫中並提供給應用程式使用。通過S0AP/XML接口訪問自定義的數據顯示和報警。與內置的安全特性配合使用，應用程式允許日常的操作能夠從世界上任何地方使用Web瀏覽器加以實現，這些操作可以是時序調度事件、讀取數據記錄器、監視事件和報警應答等。i.LON 100包含內置的網頁，能夠用來配置i. LON 100自身的應用程式。路燈管理中心同樣也能夠使用自己創建的網頁，允許經過授權的除路燈管理中心之外的管理人員直接訪問單個路燈，網頁編輯可以使用任何標準的網頁工具。i. L0N100還配置用於設備不能通信時告警。雙絞線到三相電力線的耦合器，提供i. LON 100到三相電力線的電力載波通信通道。可選配的IXD顯示器，通過雙絞線和i. LON 100通信，用來為i. LON 100所管理的路燈提供本地人機界面操作。所述的單燈控制器如圖2所示。其主要的構成部分有PL3120/PL3150智能電力線收發器1，耦合電路3，電源2，整流器電路4、5、6和燈具7等組成。[0037]單燈控制器使用基於IS014908標準的電力載波通信技術與路燈區域控制器iLon 智能伺服器通信，可以接受來自智能伺服器中心控制軟體的命令，包括燈的開/關，以及亮度調節命令，並對燈具實施相應的控制。同時，該控制器還能夠測量供電電壓，電流，功率， 功率因數，整流器溫度，整流器運行時間，以及消耗的電能等數據，並提供報警信息。這些數據可以由中心控制軟體通過iLon智能伺服器進行讀取。智能路燈控制器可以根據需要，安裝在路燈杆的頂部或底部。當控制器檢測到報警時，能夠提供報警信息供iLon智能伺服器和中心監控軟體，從而為後續的工作提供依據。每一個單燈路燈控制器中的應用程式，可以實現在線升級，這樣同樣的硬體可以通過軟體升級來提供更加先進的功能。智能路燈控制器主要功能如下1.在路燈控制器和i. LON 100之間使用電力線載波進行通信，這樣做的好處是， 不需要額外的通信線路，數據通信信道和路燈供電共用供電信道。2.通過數字調光輸出來控制燈具的開/關和亮度，從而可以顯著延長燈具的有效壽命並推遲未來需要更換燈具的時間。燈具工作流程可以通過遠程下載進行更新，實現各種特定的動作。3.根據天氣情況和實際光的照度，自動控制燈具的開/關和燈具的亮度，如在不好的天氣時及時打開路燈，對於安裝在橋下或隧道的路燈，根據實測光強，來自動以最佳的亮度打開路燈等，提高公眾滿意度，在災害天氣使路燈更人性化。4.監測功能，可以實現燈的開/關/調光程度/失效狀態的監測，並測量燈源使用時間和電量消耗累計，存儲數據用於分析。通過在燈架上測量每個燈的能耗，檢測出瀕臨經濟壽命終點的燈源，消除瀕臨壽命周期的燈源循環工作引起的鎮流器和啟動器的過度損耗。這種損耗假如未檢測出來，通常會造成整個燈具的更換而不僅僅是燈源的更換。這種措施能有效預防燈源對鎮流器和啟動器的損壞，在一定程度上延長了鎮流器和啟輝器的壽命。通常情況下，鎮流器和啟輝器的成本要遠比燈泡高很多。5.調光補償，可以根據燈泡的壽命周期來設置合適的流明等級。6.在每個控制設備以報警提供診斷信息，以特定的指示報文，向技術人員報告所需的修理和需要替換的零件號，從而消除燈源的誤換並將每項工作的時間最小化。與控制中心生成工作指令的應用軟體連接，訂購備用零件，管理倉儲能在整個企業內降低每個修理項目的總工時。創立對備用零件較低倉儲水平至關重要的「閉環」系統。7.智能電力線載波通信路燈控制器與i. LON 100之間，其通信頻率可以設定和控制，使集成商不必配置每個節點，這是由於兩個原因路燈控制器節點只在告警狀態下啟動通信；系統的基本功能(節能和斷電檢測)是預定的。對於正常的狀態更新、能耗數據以及其他數據，路燈控制器節點等待i. LON 100的輪詢。這樣，電力線帶寬就能保存，使系統設計不會對配電變壓器上節點數目過度敏感。雖然輪詢更多節點需要更長時間，但來自輪詢通信事務的信息並非要求在非常短的時間內完成，所以輪詢可以在較低負載循環下進行， 讓很多帶寬可用於較高優先級的任務，例如報警狀態的處理等。8.在後半夜車稀人少時，則控制路燈保持較低照度的照明，亮度設為50%。這樣做主要優點就是在調光的同時也大幅降低了電耗，節約用電30%，同時還可以延長燈源的壽命。9.報警功能，對水浸、線路損害和防盜自動報警到i.LON 100和路燈管理中心，路燈管理軟體進行相應的處理。控制中心伺服器上裝有管理軟體，基於企業級平臺開發的路燈管理軟體來管理所有的i.LON 100以及所有的連接在網上的電力載波路燈。該軟體同時集成GIS (地理信息系統)軟體。每個燈具上最新的狀態信息，GIS軟體將其連接到標準化位置坐標。結果是來自燈具的告警報文，它們的精確位置可以方便地綜合在優先維護和整修路線計劃中，實際效率可提高30%。對全城GIS系統的圖象用戶接口可用於檢測斷電和通知用戶，為特殊活動制訂專門照明計劃或給予對安全關鍵的告警，例如接地故障等。物聯網智能路燈解決方案提供的控制和管理層次從控制中心擴展到個別鎮流器， 諸如監測燈源工作壽命，統計整個系統的能源使用，根據地理位置安排日常維護路線。額外功能包括諸如個別燈源的計量、斷電告警、季節性調度，個別燈源遙控和系統映像等。在服務中心把鎮流控制系列號和GPS地圖坐標關聯並輸入GIS系統。基於路燈系統管理系統軟體，定期訪問每個i.LON 100產生的數據，當管理下的任意i.LON 100產生報警時，及時對報警信息進行處理，管理軟體負責將新的或臨時調度程序立即下載到各個i. LON 100中去，還可以對每個路燈控制器進行升級等等。路燈管理系統所控制的所有路燈，在正常交通情況下的照明和普通照明情況一樣，當在一個方向上交通流量減少後另一方向的燈光照度就作相應調整。如果有交通事故發生時，事故點的照度為100%亮度。對於照明時間的調度，系統管理軟體根據天文時鐘和路燈系統的地理位置，自動計算出每天的日升/日落時間，由此制定每天的路燈的開/關時間，並下載到每個i.LON 100中，用於調度路燈的開/關以及亮度。路燈管理軟體，自動定期收集各個路燈的工作數據，記錄各個路燈的實際工作時間，據此根據燈的種類，制定預防性維護/替換計劃，這樣可以節省電話服務中心和巡視人員、巡視車輛的成本開支，同時延長燈泡的壽命，減低更換燈泡的成本支出。同時燈泡的實際壽命數據的累積，及修理記錄，還可以決定產品供應商的選擇和產品確認；詳細的品質數據可以用來評估第三方的服務，可以依據實際的數據來進行價格談判。通過記錄工作燈泡的實際工作時間耗能，跟蹤實際的問題維護處理時間，平均故障修復時間等統計數據，減少公眾對於燈光照明情況的抱怨。可以根據不同的需要，設置適合環境和公眾要求的照明方式，使得在一些特殊的場合，體現出文化、藝術、人文、科技的品味。監測安全重點防範區域和交通要道的情況，減少危害公共安全事件的發生。實實在在的數據可以用在新的項目中來決策，實現資本、維護和能源支出的最佳組合。報警包括接地故障報警，燈具預失效報警，安全重點和優先服務報警等，系統可以根據報警的種類，安排相應的服務人員進行更換、維護等，避免頻繁使用具有高端培訓的技術人員，從而降低人工成本，改善維護人工的使用，提高工作效率。
權利要求1.智能照明物聯網系統，其特徵是由控制中心伺服器、分區控制器、單燈控制器和路燈構成；控制中心伺服器通過網絡與分區控制器連接，分區控制器是具備數據收集、通信並且能和現有的IT系統無縫連接的智能設備，單燈控制器控制路燈，是含有電力線載波通信模塊的控制器，路燈通過電力線連接到分區伺服器。
2.根據權利要求1所述的智能照明物聯網系統，其特徵是所述的單燈控制器含有智能電力線收發器PL31X0晶片(1)，由電源系統(2)供電，耦合電路(3)引入主電源，還有燈具鎮流電路(4)、能源測量電路(5)和環境測量電路(6)連接到PL31X0晶片(1)，然後控制照明發光體(7)。
專利摘要本實用新型是一種智能照明物聯網系統，涉及照明系統，它由控制中心伺服器、分區控制器、單燈控制器和路燈構成；控制中心伺服器通過網絡與分區控制器連接，分區控制器是具備數據收集、通信並且能和現有的IT系統無縫連接的智能設備，單燈控制器控制路燈，是含有電力線載波通信模塊的控制器，路燈通過電力線連接到分區伺服器。本系統對路燈電網有有效的管理，能節約電能，降低維護成本。
文檔編號H05B37/02GK202145689SQ20112006508
公開日2012年2月15日 申請日期2011年3月14日 優先權日2011年3月14日
發明者向禮傑, 席長輔, 王文升 申請人:江蘇豐聯物聯網科技有限公司