一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統的製作方法
2023-05-17 16:09:36
一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統的製作方法
【專利摘要】一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統，包括路燈監控中心、單燈監控節能模塊、Zigbee無線通訊網絡系統，所述路燈監控中心是整個區域路燈控制管理中心，包括監控中心軟體和無線通信模塊，單燈監控節能模塊由ZigBee無線通信模塊、完成電量採集和模塊遙信功能的單片機模塊組成，所述無線傳感器網絡系統由許多分布於某個地理區域的傳感器組成。本發明系統集成了Zigbee無線通信技術、無線傳感器網絡技術、數字變頻控制技術、資料庫管理技術，結合高壓鈉燈壽命檢測技術、高壓鈉燈數字變頻調光控制技術研發而成的基於無線傳感網絡的燈光照明單燈監控節能系統實現燈光控制的精細管理。
【專利說明】—種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於照明智能控制【技術領域】，尤其涉及一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統。
【背景技術】
[0002]道路照明是城市公共設施的重要組成部分，目前國內的道路照明系統大部分沒有採用網絡化監控管理，只能以區域為單位對照明設備進行簡單的開關燈控制，這樣的控制方法不能實時的獲得每盞路燈的狀況，也無法根據具體情況調整路燈亮度，不能有效的節省電能。
[0003]單燈節能監控系統，是指將節能、監控等智能控制項安裝到路燈燈杆上，對燈杆上的燈進行開關、功率輸出(節能、電壓、電流)控制、電參數採集、功率因數調節等一系列精確操作，而不像現在的節能、監控系統那樣，集中控制整條支路的燈狀態，真正實現對每一盞燈進行遠程監控。對於這種方式的監控，其最基本的要求和實現可能，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」，由於路燈照明大多數使用的是高壓鈉燈，且這些燈90%以上都使用電感鎮流器和電容器(調整功率因數)，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量大打折扣，也使之不同於「電力抄表」系統那樣簡單，這也是導致單燈監控系統得不到大面積使用和推廣的重要原因。目前主要採用的電力載波通信方式相對GPRS等無線通信方式，其成本較低，因此國內大部分的單燈監控系統都是採用電力載波通信方式。採用無線通信方式，其傳輸速率高，傳輸距離遠，單成本相對較高；由於電纜傳輸受距離限制，採用電力載波的通信方式最遠可靠傳輸距離是200米以內，超過200米其傳輸信號會隨著傳輸距離的增加而逐漸衰減，如果要增長傳輸距離，則需加裝通信中繼器，採用接力的方式逐個傳輸，其缺點是傳輸速率會逐漸減小。因此，迫切需要一種新型的系統來解決單盞路燈的監控和節能問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統，從而解決【背景技術】中存在的問題。
[0005]本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現:
一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統，包括路燈監控中心、單燈監控節能模塊、無線傳感器網絡系統；
所述路燈監控中心是整個區域路燈控制管理中心，對整個照明系統進行集中控制，包括監控中心軟體和無線通信模塊，監控中心軟體實現遠程監控、採集數據、建立資料庫、數據分析功能，通過無線通信模塊實時掃描各路燈電量數據和輸出狀態，將監控中心軟體發送的各種有效指令發送給現場控制器，遇到報警信息，通過GSM簡訊方式送至巡檢人員手機； 所述單燈監控節能模塊即每盞路燈都裝有監控節能模塊，所述單燈監控節能模塊包括ZigBee無線通信模塊、單片機模塊、控制模塊和監測模塊，ZigBee無線通信模塊具有網狀拓撲結構，ZigBee子網有內置冗餘保證，如果網絡中有節點脫離網絡，無法工作，節點數據將自動路由到一個替換節點保證系統的可靠、穩定，單片機模塊完成電量採集和模塊遙信功能，控制模塊和監測模塊是路燈監控系統中控制功能的執行部分，控制路燈的狀態並監測路燈運行的電流、電壓、功率因素，將這些參數通過無線方式傳送到現場控制器，同時接收來自現場控制器的所有控制指令，從而實現遠程控制功能；
所述無線傳感器網絡系統由許多分布於某個地理區域的傳感器組成，通過一個無線電通信鏈路與大量無線傳感器進行通信，數據收集工作在無線傳感器節點完成，被壓縮後，直接傳輸給網關或者利用其他無線傳感器節點來將數據傳遞給網關。
[0006]每個無線傳感器都作為一個節點，擁有無線通信能力，同時還具有一定的信號處理能力與網絡數據的傳遞能力。根據應用的類型，每個節點都可以有一個指定的地址，它包括一個傳感裝置、一個數據處理微控制器，以及一個無線連接RF模塊，根據不同的網絡定義，RF模塊可以起到一個簡單發射器或者收發器(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，維護簡單等優點，在一定時間內我國道路照明的以高壓鈉燈為主要光源的局面不會改變。高壓鈉燈的缺點是其輸出功率極易受電壓波動影響，特別是後半夜由於線路電壓上升，會造成很大的能源浪費。本發明採用變頻可控功率輸出電子鎮流器來取代傳統的電感式鎮流器解決這個難題。
[0008]作為一種改進，本發明系統採用變頻可控功率輸出電子鎮流器實現節能，PFC電路將寬幅波動的供電電源經整流穩定在400V，並將功率因數校準到0.97以上，變頻功率控制電路則根據調度中心的指令來控制輸出功率，從亮燈時刻滿功率輸出，緩慢地調節至後半夜50%輸出，經實測節電率可以達到50%以上。
[0009]作為一種改進，本發明採用霍爾元件對燈具壽命進行檢測，這是在管理理念上的創新突破，在監控中心獲知每一盞路燈的真實情況，並對即將壽命終結的燈具進行預警，t匕靠人工巡燈檢查和市民保修的傳統方法，其效率要高得多。此技術的應用，對於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]本發明具有以下有益效果:
本發明採用微功率無線傳感器網絡路燈監控技術與ZigBee技術結合的通信技術，為每一盞路燈構建了一個雙向遠程的數據通道，使得監控中心可以獲得單盞路燈的實時工作狀態信息，實現路燈控制精細管理。
[0011]本發明採用變頻可控功率輸出電子鎮流器變頻對輸出功率進行控制實現節能，經實測節電率可以達到50%以上。
[0012]採用霍爾元件檢測燈具壽命提高管理效率。高壓鈉燈老化後其實際消耗功率往往高於其額定標稱功率，本發明採用霍爾元件檢測調光輸出的PFC電路實際輸出電流與額定電流的差值，對高壓鈉燈老化程度進行評估，從而為用戶提供一個更換趨勢表，用戶可以在鈉燈壽命終結前對其進行更換，提高了城市照明的亮燈率。
[0013]本發明系統集成了 Zigbee無線通信技術、無線傳感器網絡技術、數字變頻控制技術、資料庫管理技術，結合高壓鈉燈壽命檢測技術、高壓鈉燈數字變頻調光控制技術研發而成的基於無線傳感網絡的燈光照明單燈監控節能系統是可實現燈光控制的精細管理，實現按需照明，可節約大量能源，為社會構建綠色、健康、人文的城市照明環境，切實提高城市照明發展質量和綜合效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1本發明的系統的結構示意圖；
圖2為本發明單燈監控節能模塊的結構示意圖；
圖3為本發明系統的變頻控制可調功率輸出調光原理結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0016]參見圖1，一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統，包括路燈監控中心、單燈監控節能模塊、無線傳感器網絡系統，採用城市燈光監控節能系統軟體作為監控中心的控制平臺，監控中心軟體通過基於ZigBee無線通訊技術的微功耗高速傳輸網絡向每個單燈監控節能模塊發送動作指令，使單燈監控節能模塊完成各種配置和數據採集工作，並對單燈監控節能模塊發送上來的數據進行分析和處理；傳感器通過無線傳感器網絡將獲取的信息發送到單燈監控節能模塊進行處理；單燈監控節能模塊通過ZigBee無線通訊系統(智能路由)向監控中心發送採集的數據或者故障信息進行分析處理；監控中心軟體通過基於ZigBee無線通訊技術的微功耗高速傳輸系統將決策方案發至單燈監控節能模塊，以此來實現對路燈的遠程無線控制。
[0017]參見圖2，單燈監控節能模塊由ZigBee無線通信模塊、完成電量採集和模塊遙信功能的單片機模塊組成，單燈監控節能模塊基本功能如下:
(1)對系統中的每一盞路燈電源進行開關控制和調光控制；
(2)全天候24小時採集每盞燈的工作狀態和電參數信息；
(3)設置根據人車流量變化的調光及開關燈預案，自動運行；
(4)自動穩壓，可在160—260V範圍內自穩壓，正常工作，穩定光通量(光照度)；
(5)監測迴路工作狀況，自動報警故障信息:光源故障、自熄燈、補償電容故障、燈杆漏電、電纜故障等；
(6)防盜報警功能:智能終端控制器門處裝有門鎖，外人打開加箱門時能自動向；
(7)監控中心報警，保證照明設施的安全；
(8)進行能耗標定，實施全過程能源管理；
(9)自動生成運行及維護報表；
(10)在平米電子地圖和衛星電子地圖下顯示照明設施的地理位置。
[0018]參見圖3，本發明採用有變頻可控功率輸出電子鎮流器，將來自市電的50Hz交流電，經PFC功率因數校準電路後，轉換為400V穩壓的直流電源，經霍爾電流檢測電路進入高頻正弦波電源調製電路，調製出來的高頻正弦波電源經扼流電感後送到高壓鈉燈兩個電極，頻率越高，扼流電感的阻抗越大，輸出功率越小，反之越大。調整頻率即可調整輸出功率。
[0019]PWM頻率發生器實際上就是一個V/F轉換電路，由MCU的PWM調製埠控制，頻率的高低是由來自無線信息節點單元發送給MCU的指令和霍爾電流檢測信號共同決定，如250W額定輸出，來自無線信息節點單元的指令要求輸出50%，則MCU緩慢提高控制頻率，直至霍爾檢測迴路的信號被MCU檢測到功率為125W後鎖定頻率。
[0020]調光設備上電後MCU從高頻到低頻實施掃頻點火，當頻率滑過諧振發生器的諧振點時，高壓鈉燈被點火啟動。當MCU進入掃頻是，霍爾電流檢測的信號必須在一定的範圍之內，太高(燈短路)和太低(燈離位)都會產生保護，MCU將強行關閉高頻正弦波電源的輸出。
[0021]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統，其特徵是:包括路燈監控中心、單燈監控節能模塊、無線通訊網絡系統； 所述路燈監控中心是整個區域路燈控制管理中心，對整個照明系統進行集中控制，包括監控中心軟體和無線通信模塊，監控中心軟體實現遠程監控、採集數據、建立資料庫、數據分析功能，通過無線通信模塊實時掃描各路燈電量數據和輸出狀態，將監控中心軟體發送的各種有效指令發送給現場控制器，遇到報警信息，通過GSM簡訊方式送至巡檢人員手機； 所述單燈監控節能模塊包括ZigBee無線通信模塊、單片機模塊、控制模塊和監測模塊，ZigBee無線通信模塊具有網狀拓撲結構，ZigBee子網有內置冗餘保證，如果網絡中有節點脫離網絡，無法工作，節點數據將自動路由到一個替換節點保證系統的可靠、穩定，單片機模塊完成電量採集和模塊遙信功能，控制模塊和監測模塊是路燈監控系統中控制功能的執行部分，控制路燈的狀態並監測路燈運行的電流、電壓、功率因素，將這些參數通過無線方式傳送到現場控制器，同時接收來自現場控制器的所有控制指令，從而實現遠程控制功能； 所述無線傳感器網絡系統由許多分布於某個地理區域的傳感器組成，通過一個無線電通信鏈路與大量無線傳感器進行通信，數據收集工作在無線傳感器節點完成，被壓縮後，直接傳輸給網關或者利用其他無線傳感器節點來將數據傳遞給網關。
2.根據權利要求1所述的一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統，其特徵是:所述系統採用變頻可控功率輸出電子鎮流器實現節能，PFC電路將寬幅波動的供電電源經整流穩定在400V，並將功率因數校準到0.97以上，變頻功率控制電路則根據調度中心的指令來控制輸出功率，從亮燈時刻滿功率輸出，緩慢地調節至後半夜50%輸出。
3.根據權利要求1所述的一種基於微功率無線通信網絡技術的單燈照明智能調光系統，其特徵是:所述系統採用霍爾元件對燈具壽命進行檢測。
【文檔編號】H05B37/02GK104394633SQ201410715371
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】劉巡宇, 植耀漢 申請人:廣西金源信息產業股份有限公司