一種基於zigbee的雲控智能照明系統的製作方法
2024-01-26 17:52:15 1
一種基於zigbee的雲控智能照明系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於zigbee的雲控智能照明系統，包括順次連接的傳感器節點、中繼器節點和伺服器節點，伺服器節點和內容服務節點相互連接；傳感器節點將傳感器數據通過ZIGBEE無線網絡傳輸給中繼器節點，中繼器節點按傳感器節點的位置區域分組保存在不同的文件中，並通過無線形式返回給伺服器節點，內容服務節點從伺服器節點獲取採集數據，對採集數據進行顯示和評估；內容伺服器節點還控制傳感器節點的亮度、場景以及定時上傳參數。本發明通過遠程測控技術，提升智能照明管理水平，利用物聯網實現遠程數據傳輸，基於雲計算平臺實現數據存儲、分析及管理，改變了傳統照明的應用模式、管理模式、服務模式，實現節能環保可持續發展模式。
【專利說明】—種基於zigbee的雲控智能照明系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED照明【技術領域】，特別涉及一種雲控智能照明系統。
【背景技術】
[0002]傳統照明設備的開關式控制方式，制約了現代人快節奏的生活方式。隨著科技的發展和人民生活水平的提高，人們對照明系統提出了新的要求，除了要控制照明時間、亮度，還要與家居子系統配合，能根據不同的環境特徵和應用場合營造相應的燈光場景，更要考慮管理智能化和操作簡單化以及靈活性來適應使用及控制方式變更等要求。一個優秀的智能照明系統可以提升家庭環境的品質，確保家庭生活的舒適和健康，帶動了人們生活方式的飛躍，由此帶來的便捷是消費者夢寐以求的。
[0003]而目前廣泛使用的LED燈採用傳統照明設備的開關式控制方式，沒有存儲終端產生的大數據，使得節能低功耗方案難以實施。
[0004]因此，以雲計算、物聯網測控技術結合LED照明應用技術為基礎，對LED智能照明終端應用產生的實用數據(溫度、電流、電壓、功率、累計耗能等數據採集)進行儲存、分析及管理，變得尤為重要。
【發明內容】
[0005]本發明的發明目的是針對現有LED照明終端的採集的大數據的技術不足，提供基於ZIGBEE的雲控智能照明系統，通過內容服務節點對伺服器節點的操作，智能控制傳感器節點以及中繼器節點，並將數據實時上傳到伺服器節點。
[0006]為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案為:
一種基於zigbee的雲控智能照明系統,其包括順次連接傳感器節點、中繼器節點、基於雲平臺的伺服器節點和內容服務節點，基於雲平臺的伺服器節點與內容服務節點相互連接；所述的傳感器節點包括串口、USB接口以及若干個傳感器接口 ；所述的傳感器節點將採集的LED燈的溫度、電流、光照強度的數據通過zigbee協議無線通信方式發送給中繼器節點；每一個傳感器節點都配置了唯一的地點編號。
[0007]進一步優化的，所述的若干個傳感器接口包括HC-SR501模塊接口、傳感器BH1750FVI的傳感接口、傳感器DS18B20的傳感接口和晶片ACS712ELC的電流/電壓接口 ；HC-SR501模塊接口用於紅外感應周圍環境是否有人存在，傳感器BH1750FVI的傳感接口用於採集LED燈的光照強度，傳感器DS18B20的傳感接口用於採集LED燈的溫度，晶片ACS712ELC的電流/電壓接口用於採集LED燈的電流。
[0008]進一步優化的，所述的HC-SR501模塊接口的紅外感應用於判斷當前房間是否有人，若有人，則控制LED燈亮，若沒有人，則過設定時間後LED燈自動熄滅；所述的傳感器BH1750FVI的傳感接口用於檢測LED燈的光照強度，實現LED燈的亮度的智能控制；所述的傳感器DS18B20的傳感接口用來判斷火災情況，當溫度高於初始化預警的溫度時，啟動報警;晶片ACS712ELC的電流/電壓接口主要用來獲取LED燈的電流，從而得到功率，提供功耗的判斷信息。
[0009]進一步優化的，所述的中繼器節點包括中繼器和CC2530協調器；所述的中繼器通過USB接口或者串口和CC2530協調器相連；所述的中繼器包括SD卡控制接口以及SD_WIFI接口、存儲器和DM9000接口。
[0010]進一步優化的，首先，所述的傳感器節點接收傳感器接口的紅外信息、光照強度、LED的溫度和LED燈的電流，然後將接收的數據上傳給中繼器節點，所述的中繼器節點將不同位置的傳感器節點將相同位置的傳感器節點分為一組，不同組的傳感器節點數據以JSON格式文件的形式保持在中繼器節點中的存儲器中；最後，所述的中繼器節點再通過網絡將JSON格式的文件上傳到基於雲平臺的伺服器節點。
[0011]進一步優化的，所述的基於雲平臺的伺服器節點匯總中繼器節點的JSON格式的文件解析並存入本地資料庫中。
[0012]進一步優化的，所述的基於雲平臺的伺服器節點還通過查詢本地資料庫的信息，能夠實時獲得場景的控制數據，維護場景控制數據。
[0013]進一步優化的，所述的內容服務節點從基於雲平臺的伺服器節點的資料庫中獲取採集數據後，對採集數據每隔五分鐘進行顯示和統計設定時間內所有採集數據的走勢圖；所述的內容伺服器節點控制傳感器節點的亮度、定時上傳數據。
[0014]進一步優化的，所述的內容伺服器節點通過將帶有控制信號JSON格式的文件發送到所述的中繼器節點，所述中繼器節點通過串口接受並解析JSON格式文件，並將解析出的控制信號通過zigbee無線方式傳輸到所述的傳感器節點，所述傳感器節點根據控制信號來控制亮度
本發明所述的傳感器節點運SZ_STACK協議棧；所述中繼器節點運行LINUX作業系統。
[0015]優選地，所述中繼器節點包括S3C6410中繼器和CC2530協調器；所述的S3C6410中繼器通過USB接口或者串口與CC2530協調器相連；所述的中繼器包括SD卡控制接口以及SD_WIFI接口、存儲器、DM9000接口 ；所述SD_WIFI接口或者DM9000接口實現網絡的連接，從而與伺服器節點連接；所述存儲器則負責存儲從傳感器節點器獲取的數據。
[0016]提供一個伺服器節點，所述的伺服器節點匯總中繼器節點的JSON格式的文件並存入本地資料庫中；所述的伺服器節點通過操作資料庫對中繼器節點和傳感器節點的分發註冊以及網絡授權連接。
[0017]優先地，所述的伺服器節點通過非關係型資料庫MANG0DB存儲數據；所述的伺服器節點維護場景控制、數據分析的數據存儲。
[0018]本發明相對於現有技術，具有以下有益效果:
1、本發明通過對LED照明設備產生的大數據進行採集，實現了上傳、在線監控和LED智能控制的智能化，克服了地理因素的限制，在任意地方，通過應用程式連上內容服務節點控制LED的運行狀態。
[0019]2、本發明為每一個傳感器節點都配置了唯一的地點編號；工作人員在分析內容服務節點的時候，通過這個編號查找到傳感器節點對應的區域地點，進一步在伺服器節點中獲取傳感器中的對應文件中的所有參數；並且這個編號能夠為後期檢查特定區域的LED運行狀況的合法性提供了依據。
[0020]3、本發明通過電流檢測晶片實時監控LED的健康狀態，工作人員能夠在內容服務節點查看LED照明設備的參數，更好的為智能化工作狀態提供了保障。
[0021]4、本發明通過智能照明系統實現智慧城市照明管理。使照明的可靠性顯著提高，降低光汙染，讓照明按需分配，實現智能控制，實現照明與城市的完美融合。
[0022]5、本發明以遠程測控技術，提升照明智能管理水平。通過物聯網實現遠程數據傳輸，基於雲計算平臺實現數據存儲、分析及管理。通過雲控平臺改變傳統照明的應用模式、管理模式、服務模式，實現節能環保可持續發展模式。
[0023]6、本發明傳感器節點與伺服器節點之間的交互可以直接通過socket點到點通信，但是終端數量較多，容易導致伺服器節點過載等問題，因此採用一個區域內的傳感器節點連接到一個中繼器節點，通過中繼器節點來轉發數據，這樣就能減少通信次數，從而降低伺服器節點的負擔。
[0024]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的工作示意圖；
圖2為實施例的傳感器節點硬體原理圖；
圖3為實施例的中繼器節點硬體原理圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本發明的發明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式並不因此限定於以下實施例。除非特別說明，本發明採用的材料和加工方法為本【技術領域】常規材料和加工方法。
[0027]本發明的工作原理如圖1所示。此提供一種通過內容服務節點對伺服器節點的操作，智能控制傳感器節點以及中繼器節點，並將數據實時上傳到伺服器節點的智能照明系統。該傳感器節點I通過無線網絡與中繼器節點2相連，中繼器節點2通過無線網絡與伺服器節點3相連，伺服器節點3通過有線網絡與內容伺服器4相連。
[0028]上述基於ZIGBEE的雲控智能照明系統的採集參數控制流程，包括如下步驟:
I)首先，通過內容服務節點設置場景參數以及控制傳感器節點的參數，並通過有線網路發送給伺服器節點。
[0029]2)接著，中繼器節點通過無線網路將伺服器節點的場景參數以及控制參數存入本地資料庫中，同時，該中繼器節點根據本地資料庫的變化將場景參數以及控制參數發送給傳感器節點。
[0030]3)然後，傳感器節點根據場景參數及數據參數對LED照明終端進行數據採集和控制，每隔一段固定等長的時間，傳感器節點將採集的LED照明終端的採集數據及相應的地點編號通過無線網路發送給中繼器節點。
[0031]4)中繼器節點根據不同區域的LED照明設備分組存在本地文件，每隔一段固定等長的時間，以JSON格式的文件的方式通過無線網絡將文件上傳到伺服器節點。
[0032]5)最後，伺服器節點將JSON格式的文件信息存入本地資料庫，並將參數信息自動上傳給內容服務節點，內容服務節點對採集數據進行顯示和統計最近一周內所有採集數據的走勢圖。[0033]具體地，首先，為每個傳感器節點分配唯一的地點編號，通過這個地點編號可以查找到對應區域的傳感器節點I。
[0034]傳感器節點I硬體原理如圖2所示。傳感器節點I為基於單片機系統的處理器CC2530。其中，由於該ZIGBEE晶片無線組網功能健全，同時提供豐富的接口，例如通用串口、USB接口等，能為傳感器節點I提供方便實用的硬體通信資源。因此，該傳感器節點I採用CC2530作為控制晶片；控制晶片設有串口控制器、USB控制器。傳感器節點I還包括HC-SR501 模塊接 口、PWM 接口、BH1750FVI 傳感接 口、DS18B20 傳感接 口、ACS712ELC 電流 /電壓接口。
[0035]傳感器節點I控制不同的傳感器接口，對LED照明終端進行數據採集和控制，每隔一段固定等長的時間，傳感器節點2將採集的LED照明終端的採集數據及相應的地點編號通過無線網路發送給中繼器節點2。PWM接口與LED終端設備相連，該傳感器節點I通過調節PWM的佔空比來調節LED終端設備的亮度；HC-SR501模塊接口直接與控制晶片相連，負責感應周圍環境的人的存在情況，自動實現亮燈和熄燈；DS18B20傳感接口直接與控制晶片相連，負責採集傳感器節點的溫度，當溫度高於初始化預警的溫度時，啟動報警；BH1750FVI傳感接口直接與控制晶片相連，該接口採用I2C協議進行傳感器的控制，負責採集LED照明設備的光照強度，實現LED燈的智能控制，當光照強度為零的時候並且其他數據顯示正常的話，判斷LED燈出現故障，啟動報警，當光照強度處於正常範圍內並且系統處於自動模式時，會根據周圍環境的亮度自動調節LED燈的亮度。ACS712ELC電流/電壓接口直接與控制晶片相連，負責採集LED照明設備電流以及電壓值，主要用來獲取LED燈的電流，從而得到功率，為功耗方面的專家提供判斷信息。
[0036]中繼器節點I硬體原理如圖3所示。所述的中繼器節點2包括中繼器和CC2530協調器；所述的中繼器節點2通過USB接口或者串口與CC2530協調器相連；所述的中繼器節點2包括SD卡控制接口以及SD_WIFI接口、存儲器、DM9000接口。
[0037]該中繼器節點2採用CC2530協調器通過無線網絡接收傳感器節點I的參數信息，以及將場景參數和控制參數發送給傳感器節點1，以實現不同參數信息的實時控制與調節。
[0038]該中繼器節點2採用存儲器用於實現採集數據的存儲，將不同區域的傳感器節點I分組，然後，將傳感器採集的數據以JSON格式的文件形式存入存儲器。
[0039]該中繼器節點2採用SD-WIFI用於實現無線網絡的連接，從而與伺服器節點3連接。並且，該中繼器節點2採用DM9000用於實現有線網絡的連接，從而與伺服器節點3連接。
[0040]如圖1所示，雖然傳感器節點I與伺服器節點3之間的交互可以直接通過S0CKEET點到點通信，但是終端數量較多，容易導致伺服器節點3過載等問題，因此採用一個區域內的傳感器節點連接到一個中繼器節點2，通過中繼器節點2來轉發數據，這樣就能減少通信次數，從而降低伺服器節點3的負擔。
[0041]該伺服器節點3完成對內容服務節點4的註冊信息的配匹以及網絡授權連接，並且伺服器節點3能夠儲存傳感器節點I的傳感器參數信息以及各LED設備終端的工作狀態。
[0042]該伺服器節點3提供控制管理接口與管理控制模塊相結合，為內容服務節點4提供管理界面如照明場景控制、照明設備維護、功耗數據分析等所需要的數據，該控制管理接口通過內容服務節點4控制，分發控制信號到具體的傳感器節點I來完成複雜的控制指令。該伺服器節點3維護場景控制、數據分析等的數據存儲，以及接入傳感器節點I的區域位置以及中繼器節點2的分組信息。
[0043]該內容服務節點4從伺服器節點3的本地資料庫中獲取採集數據，對採集數據進行顯示和統計最近一周內所有採集數據的走勢圖。該內容伺服器節點4首先通過設置LED的控制數據，然後基於雲平臺的伺服器節點存取該控制數據，接著，中繼器節點通過查詢基於雲平臺的伺服器節點中的本地資料庫來獲取所需的控制數據，實時控制傳感器節點I的亮度調節、場景以及定時上傳參數信息。在任意地方，通過上述的步驟，內容服務節點4可以實時控制LED的運行狀態。
[0044]上述實施例僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本
【發明內容】
所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
【權利要求】
1.一種基於zigbee的雲控智能照明系統,其特徵在於包括順次連接傳感器節點、中繼器節點、基於雲平臺的伺服器節點和內容服務節點，基於雲平臺的伺服器節點與內容服務節點相互連接；所述的傳感器節點包括串口、USB接口以及若干個傳感器接口 ；所述的傳感器節點將採集的LED燈的溫度、電流、光照強度的數據通過zigbee協議無線通信方式發送給中繼器節點；每一個傳感器節點都配置了唯一的地點編號。
2.根據權利要求1所述的基於zigbee的雲控智能照明系統，其特徵在於:所述的若干個傳感器接口包括HC-SR501模塊接口、傳感器BH1750FVI的傳感接口、傳感器DS18B20的傳感接口和晶片ACS712ELC的電流/電壓接口 ；HC_SR501模塊接口用於紅外感應周圍環境是否有人存在，傳感器BH1750FVI的傳感接口用於採集LED燈的光照強度，傳感器DS18B20的傳感接口用於採集LED燈的溫度，晶片ACS712ELC的電流/電壓接口用於採集LED燈的電流。
3.根據權利要求2所述的基於zigbee的雲控智能照明系統，其特徵在於: 所述的HC-SR501模塊接口的紅外感應用於判斷當前房間是否有人，若有人，則控制LED燈亮，若沒有人，則過設定時間後LED燈自動熄滅；所述的傳感器BH1750FVI的傳感接口用於檢測LED燈的光照強度，實現LED燈的亮度的智能控制；所述的傳感器DS18B20的傳感接口用來判斷火災情況，當溫度高於初始化預警的溫度時，啟動報警;晶片ACS712ELC的電流/電壓接口主要用來獲取LED燈的電流，從而得到功率，提供功耗的判斷信息。
4.根據權利要求1所述的基於zigbee的雲控智能照明系統，其特徵在於:所述的中繼器節點包括中繼器和CC2530協調器；所述的中繼器通過USB接口或者串口和CC2530協調器相連；所述的中繼器包括SD卡控制接口以及SD_WIFI接口、存儲器和DM9000接口。
5.根據權利要求1所述的基於zigbee的雲控智能照明系統，其特徵在於:首先，所述的傳感器節點接收傳感器接口的紅外信息、光照強度、LED的溫度和LED燈的電流，然後將接收的數據上傳給中繼器節點，所述的中繼器節點將不同位置的傳感器節點將相同位置的傳感器節點分為一組，不同組的傳感器節點數據以JSON格式文件的形式保持在中繼器節點中的存儲器中；最後，所述的中繼器節點再通過網絡將JSON格式的文件上傳到基於雲平臺的伺服器節點。
6.根據權利要求1所述的基於zigbee單片機的雲控智能照明系統，其特徵在於:所述的基於雲平臺的伺服器節點匯總中繼器節點的JSON格式的文件解析並存入本地資料庫中。
7.根據權利要求6所述的基於zigbee單片機的雲控智能照明系統，其特徵在於:所述的基於雲平臺的伺服器節點還通過查詢本地資料庫的信息，能夠實時獲得場景的控制數據，維護場景控制數據。
8.根據權利要求1所述的基於zigbee的雲控智能照明系統，其特徵在於:所述的內容服務節點從基於雲平臺的伺服器節點的資料庫中獲取採集數據後，對採集數據每隔五分鐘進行顯示和統計設定時間內所有採集數據的走勢圖；所述的內容伺服器節點控制傳感器節點的亮度、定時上傳數據。
9.根據權利要求7所述的基於zigbee的雲控智能照明系統，其特徵在於:所述的內容伺服器節點通過將帶有控制信號JSON格式的文件發送到所述的中繼器節點，所述中繼器節點通過串口接受並解析JSON格式文件，並將解析出的控制信號通過zigbee無線方式傳輸到所述的傳感器節 點，所述傳感器節點根據控制信號來控制亮度。
【文檔編號】H05B37/02GK103957629SQ201410161644
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】高英, 張海華, 李善明, 劉浩深, 蘇開沛 申請人:華南理工大學