CN109526095A - 一种可调节的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调节的LED灯具，其位于设定的LED灯具监测区域内，所述LED灯具包括LED灯具本体、用于采集环境参数的传感器节点、用于调节LED灯具亮度的亮度调节单元，所述的传感器节点和亮度调节单元安装于LED灯具本体上，所述的环境参数包括LED灯具所处环境的照度；所述设定的LED灯具监测区域内还设置有单个汇聚节点和四个中继节点，四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，并能与汇聚节点直接通信；LED灯具本体上的传感器节点与中继节点、汇聚节点构建成无线传感器网络，传感器节点采集的环境参数由中继节点发送至汇聚节点，进而由汇聚节点发送至监控中心；所述亮度调节单元与所述监控中心通信连接，以根据监控中心发送的指令调节LED灯具的亮度。

Description

一种可调节的LED灯具

技术领域

本发明涉及LED灯监控领域，具体涉及一种可调节的LED灯具。

背景技术

目前，街道上通常设置有多个用于照明道路的LED灯具。相关技术中，通常采用时控方式控制LED灯具，时控方式以时间为唯一的开、关依据，不论在任何季节和气象条件下，均只能在规定的统一时刻开、关路灯，不能实现LED灯具的节能；另外，由于用于照明道路的LED灯具数量众多，安装时需要大量布线，一旦某几个LED灯具出现故障，检测维修相当困难。

无线传感器网络技术是近年来发展最快的信息技术之一，被广泛应用于不宜布线和布线成本较高的场所。本发明采用的LED灯具不需要铺设电缆，如果要对整个LED灯具***进行实时控制，采用无线传感器网络进行监测和控制是一种有效途径。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可调节的LED灯具。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明的第一方面提供了一种可调节的LED灯具，所述LED灯具包括LED灯具本体、用于采集环境参数的传感器节点、用于调节LED灯具亮度的亮度调节单元，所述的传感器节点和亮度调节单元安装于LED灯具本体上，所述的环境参数包括LED灯具所处环境的照度；

所述设定的LED灯具监测区域内设置有单个汇聚节点和四个中继节点，四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，并能与汇聚节点直接通信；

LED灯具本体上的传感器节点与中继节点、汇聚节点构建成无线传感器网络，传感器节点采集的环境参数由中继节点发送至汇聚节点，进而由汇聚节点发送至监控中心；

所述亮度调节单元与所述监控中心通信连接，以根据监控中心发送的指令调节LED灯具的亮度。

其中，监控中心接收到汇聚节点发送的环境参数后，对环境参数进行分析处理，当某一个传感器节点对应的环境参数没有达到预设的要求时，向该传感器节点所在的LED灯具本体上的亮度调节单元发送对应的指令，以调节LED灯具的亮度到合适的状态。

在一种能够实现的方式中，所述LED灯具本体包括多组LED，每三只LED串联为一组，在每个LED旁边都并联了一个稳压二极管，所述亮度调节单元通过控制LED开启的组数来调节LED灯具的亮度。

在一种能够实现的方式中，所述LED灯具本体还包括灯杆，所述的传感器节点安装在所述灯杆上。

在一种能够实现的方式中，所述的传感器节点包括一只控制芯片，在所述控制芯片的输入端连接有照度信号采样模块。

本发明的第二方面提供了一种LED灯具监控***，该***包括如上所述的LED灯具、汇聚节点、中继节点、监控中心。

进一步地，所述LED灯具监控***还包括与监控中心通信连接的用户终端，所述用户终端通过登录监控中心查看数据。

本发明的有益效果为：本发明的LED灯具能够根据所在环境的照度变化智能调节亮度，实现LED灯具的节能；利用无线传感器网络技术进行环境参数的采集，无需大量布线，实现了对整个区域的LED灯具的集中监控。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的LED灯具的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的实现LED灯具亮度调节的数据流示意框图；

图3是本发明一个示例性实施例的LED灯具监控***的结构示意框图。

附图标记：

LED灯具本体1、传感器节点2、亮度调节单元3、LED灯具4、汇聚节点5、中继节点6、监控中心7。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

图1示出了本发明一个示例性实施例的LED灯具的结构示意框图。图2示出了本发明一个示例性实施例的实现LED灯具亮度调节的数据流示意框图。

如图1、图2所示，本发明的第一方面实施例提供了一种可调节的LED灯具，所述LED灯具包括LED灯具本体1、用于采集环境参数的传感器节点2、用于调节LED灯具亮度的亮度调节单元3，所述的传感器节点2和亮度调节单元3安装于LED灯具本体1上，所述的环境参数包括LED灯具所处环境的照度；

所述设定的LED灯具监测区域内设置有单个汇聚节点5和四个中继节点6，以汇聚节点5为原点，将所述LED灯具监测区域划分为多个方形网格子区域，所述四个中继节点6部署于不同的方形网格子区域的中心位置，四个中继节点6与汇聚节点5之间的距离相同，并能与汇聚节点5直接通信；

LED灯具本体1上的传感器节点2与中继节点6、汇聚节点5构建成无线传感器网络，传感器节点2采集的环境参数由中继节点6发送至汇聚节点5，进而由汇聚节点5发送至监控中心7；

所述亮度调节单元3与所述监控中心7通信连接，以根据监控中心7发送的指令调节LED灯具的亮度。

其中，监控中心7接收到汇聚节点5发送的环境参数后，对环境参数进行分析处理，当某一个传感器节点2对应的环境参数没有达到预设的要求时，向该传感器节点2所在的LED灯具本体1上的亮度调节单元3发送对应的指令，以调节LED灯具的亮度到合适的状态。具体地，在一种实施方式中，监控中心7对各LED灯具所处环境的照度进行分析，当任意传感器节点2对应发送的环境参数中，照度小于设定的第一阈值时，向该传感器节点2所在的LED灯具本体1上的亮度调节单元3发送“调至最亮”的指令；所述照度在设定的第一阈值和第二阈值之间时，向该传感器节点2所在的LED灯具本体1上的亮度调节单元3发送“调至次亮”的指令；所述照度在设定的第二阈值和第三阈值之间时，向该传感器节点2所在的LED灯具本体1上的亮度调节单元3发送“调至最低亮度”的指令。其中，第一阈值、第二阈值、第三阈值可以根据实际情况进行设定。

在一种实施方式中，所述的“调至最亮”、“调至次亮”、“调至最低亮度”的指令可通过调节LED开启的数目来调节亮度。所述的指令信息可包括LED开启的数目信息。

在一种实施方式中，监控中心7上存储有各亮度调节单元3和传感器节点2的身份标识信息，其中同一LED灯具本体1上的亮度调节单元3和传感器节点2的身份标识信息相对应。

在一种能够实现的方式中，LED灯具本体1上还安装有用于启闭LED灯具的电源开关，所述的亮度调节单元3与电源开关连接，以根据监控中心7的指令控制电源开关的启闭。

在另一种能够实现的方式中，所述的环境参数还包括LED灯具温度，LED灯具本体1上还安装有温度控制单元，所述监控中心7在LED灯具的温度值达到设定的温度阈值上限时，向该LED灯具的温度控制单元发送指令，温度控制单元接收指令后关闭该电源开关，从而使LED灯具的电源关闭。

在一种能够实现的方式中，所述LED灯具本体1包括多组LED，每三只LED串联为一组，在每个LED旁边都并联了一个稳压二极管，所述亮度调节单元3通过控制LED开启的组数来调节LED灯具的亮度。

在一种能够实现的方式中，所述的传感器节点2包括一只控制芯片，在所述控制芯片的输入端分别连接有温度信号采样模块、照度信号采样模块。

本发明上述实施例的LED灯具能够根据所在环境的照度变化智能调节亮度，实现LED灯具的节能；利用无线传感器网络技术进行环境参数的采集，无需大量布线，实现了对整个区域的LED灯具的集中监控。

在一种能够实现的方式中，各LED灯具本体1上的传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，当与距离最近的中继节点的距离小于该通信距离时，传感器节点与该距离最近的中继节点直接通信，否则传感器节点在其邻居节点中选择下一跳，与该下一跳进行直接通信，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他LED灯具的传感器节点。

在一个实施例中，设传感器节点可调节的通信距离范围为[S_min,S_max]，S_min为传感器节点可调节的最小通信距离，S_max为传感器节点可调节的最大通信距离，各LED灯具本体1上传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，包括：

(1)传感器节点在初始时调节自己的通信距离为S_max；

(2)传感器节点定期根据当前剩余能量更新自身的通信距离，更新公式为：

式中，S_i(t)为传感器节点i在第t个周期更新后的通信距离，S_i(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新后的通信距离，E_i(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新时的当前剩余能量，E_i(t)为传感器节点i在第t个周期更新时的当前剩余能量，E_i0为传感器节点i的初始能量，E_min为预设的最小能量值，ρ为预设的能量因子，且0<ρ<1；

(3)若更新的通信距离小于S_min时，调节传感器节点的通信距离为S_min，并不再更新通信距离。

本实施例中，设置传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，并创新性地设置了传感器节点的通信距离更新公式，该公式随着传感器节点的当前剩余能量的减少来减短通信距离，以限制传感器节点的通信范围，有利于降低传感器节点的通信能耗，进而缩减LED灯具的调节成本。

本实施例进一步设置传感器节点在更新的通信距离小于S_min时，调节自身的通信距离为S_min，实现了传感器节点在范围[S_min,S_max]内的通信距离调整，避免传感器节点因通信距离过短而无法实现与相邻传感器节点的有效通信，从而进一步保障LED灯具的在亮度、开关上的调节功能。

在一个实施例中，传感器节点在其邻居节点中选择下一跳，包括：

(1)传感器节点确定其各个邻居节点的通信权值：

式中，Q_ij表示传感器节点i的第j个邻居节点的通信权值，d_jk为所述第j个邻居节点与第k个中继节点的距离，d_ik为传感器节点i与第k个中继节点的距离，S_j为所述第j个邻居节点的当前通信距离，S_min为传感器节点可调节的最小通信距离，S_max为传感器节点可调节的最大通信距离，α₁、α₂为预设的权重系数；

(2)在各个邻居节点中，选择通信权值最大的邻居节点作为下一跳。

本实施例中，传感器节点在各个邻居节点中，选择通信权值最大的邻居节点作为下一跳，其中创新性地提供了通信权值的计算公式，由该计算公式可知，到各中继节点距离更近、通信距离更大的邻居节点具有更大的概率当选为下一跳。本实施例基于通信权值选择下一跳，能够尽可能地优化传感器节点的通信路由路径，缩短环境参数传输的距离，从而降低环境参数传输方面的能耗，进一步降低LED灯具的环境参数采集成本。

在一个实施例中，各中继节点具有移动功能，汇聚节点定期收集各中继节点以及各传感器节点的能量信息，并根据能量信息计算中继节点及与其直接通信的传感器节点的能量密度；当任意中继节点a的能量密度小于与其直接通信的传感器节点的平均能量密度时，汇聚节点计算与中继节点a直接通信的所有传感器节点的平均剩余能量，在与中继节点a直接通信的传感器节点中，将当前剩余能量大于该平均剩余能量的传感器节点作为基准节点，计算所有基准节点的重心位置，并向中继节点a发送移动指令，所述的移动指令包括所述重心位置的信息，所述中继节点a接收到所述移动指令后移动至该重心位置；

其中，中继节点a的能量密度按照下列公式计算：

式中，δ_a为中继节点a的能量密度，E_ab为与中继节点a直接通信的第b个传感器节点的当前剩余能量，n_a为与中继节点a直接通信的传感器节点个数，S_a为所述中继节点a的通信距离；

传感器节点的能量密度按照下列公式计算：

式中，δ_ab为与中继节点a直接通信的第b个传感器节点的能量密度，E_bv为所述第b个传感器节点的第v个邻居节点的当前剩余能量，n_b为所述第b个传感器节点的邻居节点个数，S_b为所述第b个传感器节点的通信距离；

其中，以汇聚节点为原点，设与中继节点a直接通信的第c个基准节点的位置坐标为(x_ac,y_ac,z_ac)，则与中继节点a直接通信的所有基准节点的重心位置的计算公式为：

式中，O_a为与中继节点a直接通信的所有基准节点的重心位置，m_a为与中继节点a直接通信的基准节点的个数。

中继节点附近的传感器节点不仅传输自己采集的环境参数，还要中继转发其他传感器节点的环境参数，因此在中继节点附近的传感器节点相比远离中继节点的传感器节点要发送更多的环境参数，因此在中继节点附近容易产生能量空洞。基于此问题，本实施例当任意中继节点a的能量密度小于与其直接通信的传感器节点的平均能量密度时，中继节点a将向与其直接通信的所有基准节点的重心位置移动。本实施例能够避免使得中继节点尽量向能量较高的传感器节点移动，有利于使得附近能量较低的传感器节点由于距离的变化不再承担中继任务，从而降低该附近能量较低的传感器节点的能耗，有效避免上述能量空洞现象。

本发明上述实施例对传感器节点的设置，实现了环境参数的采集，从而能够进一步保障LED灯具在亮度上、开关上的智能调节效果。

在一种能够实现的方式中，所述LED灯具本体1还包括光伏电池，所述控制芯片的输入端还分别连接有用于采集所述光伏电池电压信号的电压采样模块、用于采集所述光伏电池电流信号的电流采样模块。通过这样设置，管理人员可以在监控中心7上实时查看到LED灯具电源的工作状态，从而能够根据电流电压信息及时发现LED灯具工作的异常状况，进而及时对LED灯具进行检修。

图3示出了本发明一个示例性实施例的LED灯具监控***的结构示意框图。如图3所示，本发明的第二方面实施例还提供了一种LED灯具监控***，该***包括如上所述的LED灯具4、汇聚节点5、中继节点6、监控中心7。

进一步地，所述LED灯具监控***还包括与监控中心7通信连接的用户终端，所述用户终端通过登录监控中心7查看数据。

本发明的LED灯具监控***能够根据所在环境的照度变化智能调节各LED灯具的亮度，实现LED灯具的节能；利用无线传感器网络技术进行环境参数的采集，无需大量布线，实现了对整个区域的LED灯具的集中监控；所述用户终端通过登录监控中心7查看数据，便于管理人员及时了解各LED灯具的情况。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种可调节的LED灯具，其位于设定的LED灯具监测区域内，其特征是，所述LED灯具包括LED灯具本体、用于采集环境参数的传感器节点、用于调节LED灯具亮度的亮度调节单元，所述的传感器节点和亮度调节单元安装于LED灯具本体上，所述的环境参数包括LED灯具所处环境的照度；

所述设定的LED灯具监测区域内还设置有单个汇聚节点和四个中继节点，四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，并能与汇聚节点直接通信；

LED灯具本体上的传感器节点与中继节点、汇聚节点构建成无线传感器网络，传感器节点采集的环境参数由中继节点发送至汇聚节点，进而由汇聚节点发送至监控中心；

所述亮度调节单元与所述监控中心通信连接，以根据监控中心发送的指令调节LED灯具的亮度。

2.根据权利要求1所述的一种可调节的LED灯具，其特征是，所述LED灯具本体包括多组LED，每三只LED串联为一组，在每个LED旁边都并联了一个稳压二极管，所述亮度调节单元通过控制LED开启的组数来调节LED灯具的亮度。

3.根据权利要求2所述的一种可调节的LED灯具，其特征是，所述LED灯具本体还包括灯杆，所述的传感器节点安装在所述灯杆上。

4.根据权利要求1所述的一种可调节的LED灯具，其特征是，所述的传感器节点包括一只控制芯片，在所述控制芯片的输入端连接有照度信号采样模块。

5.根据权利要求1所述的一种可调节的LED灯具，其特征是，各LED灯具本体上的传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，当与距离最近的中继节点的距离小于该通信距离时，传感器节点与该距离最近的中继节点直接通信，否则传感器节点在其邻居节点中选择下一跳，与该下一跳进行直接通信，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他LED灯具的传感器节点。

6.根据权利要求5所述的一种可调节的LED灯具，其特征是，设各LED灯具本体上的传感器节点可调节的通信距离范围为[S_min，S_max]，S_min为传感器节点可调节的最小通信距离，S_max为传感器节点可调节的最大通信距离，各LED灯具本体上传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，包括：

(1)传感器节点在初始时调节自己的通信距离为S_max；

(2)传感器节点定期根据当前剩余能量更新自身的通信距离，更新公式为：

式中，S_i(t)为传感器节点i在第t个周期更新后的通信距离，S_i(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新后的通信距离，E_i(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新时的当前剩余能量，E_i(t)为传感器节点i在第t个周期更新时的当前剩余能量，E_i0为传感器节点i的初始能量，E_min为预设的最小能量值，ρ为预设的能量因子，且0＜ρ＜1；

(3)若更新的通信距离小于S_min时，调节传感器节点的通信距离为S_min，并不再更新通信距离。

7.根据权利要求6所述的一种可调节的LED灯具，其特征是，传感器节点在其邻居节点中选择下一跳，包括：

(1)传感器节点确定其各个邻居节点的通信权值：

式中，Q_ij表示传感器节点i的第j个邻居节点的通信权值，d_jk为所述第j个邻居节点与第k个中继节点的距离，d_ik为传感器节点i与第k个中继节点的距离，S_j为所述第j个邻居节点的当前通信距离，S_min为传感器节点可调节的最小通信距离，S_max为传感器节点可调节的最大通信距离，α₁、α₂为预设的权重系数；

(2)在各个邻居节点中，选择通信权值最大的邻居节点作为下一跳。

8.根据权利要求5所述的一种可调节的LED灯具，其特征是，各中继节点具有移动功能，汇聚节点定期收集各中继节点以及各传感器节点的能量信息，并根据能量信息计算中继节点及与其直接通信的传感器节点的能量密度；当任意中继节点a的能量密度小于与其直接通信的传感器节点的平均能量密度时，汇聚节点计算与中继节点a直接通信的所有传感器节点的平均剩余能量，在与中继节点a直接通信的传感器节点中，将当前剩余能量大于该平均剩余能量的传感器节点作为基准节点，计算所有基准节点的重心位置，并向中继节点a发送移动指令，所述的移动指令包括所述重心位置的信息，所述中继节点a接收到所述移动指令后移动至该重心位置。

9.一种LED灯具监控***，其特征是，包括如权利要求1-8任一项所述的LED灯具、汇聚节点、中继节点、监控中心。

10.如权利要求9所述的一种LED灯具监控***，其特征是，还包括与监控中心通信连接的用户终端，所述用户终端通过登录监控中心查看数据。