CN112788820A - 基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,用于控制电厂内照明设备的状态,照明***包括现场端、通信模块和监控终端;所述现场端为有照明设备的智能电厂,智能电厂内采用Zigbee协议传输通信报文;现场端将检测的所述照明设备的环境信息通过Zigbee协议发送给监控终端;监控终端采用MQTT协议传输通信报文并根据照明设备的环境信息作出控制指令,控制指令在监控终端通过MQTT协议发送给所述现场端;现场端和监控终端之间通信连接的通信模块能够完成不同协议格式通信报文的传输和转换。本发明能够实现采用MQTT协议的智能物联网***控制现场端以Zigbee协议通信传输的智能物联网照明设备。
Description
技术领域
本发明属于物联网技术领域,具体涉及一种基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***。
背景技术
目前,随着物联网技术的不断发展以及5G通信技术的普及,智能物联网设备不仅走进了很多普通家庭,更在很多商业场合例如办公楼、厂房、仓储物流等方面得以应用。但是物联网技术发展仍然存在诸多问题,比如各大品牌所提供的服务大部分只支持自家产品,无法与其他品牌的产品兼容。无论智能家居还是商业化物联网***设计,跨平台、跨***的硬件布局都很难实现,局限性强。在物联网技术层面,各种协议标准繁多,各有优缺点和适合的应用场景,难以做出最优选择。
目前主流的物联网物理层协议有蓝牙、Wi-Fi和Zigbee协议。蓝牙设备传输距离有限,无法远程访问,不适合在商用场景使用。Wi-Fi协议具有技术成熟、传输距离远、传输带宽大速度快等优点,但是其能耗大、容易受网络不稳定的影响。Zigbee协议相比于Wi-Fi更加轻量化,具备自组网,低功耗,安全可靠等优点,在智能家居领域得到了广泛的使用;但是覆盖范围和传输距离不够的缺点使其无法在厂房、办公楼等场景中应用。物联网应用层协议有HTTP、COAP和MQTT等,其中,MQTT是基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议,具有轻量、简单、开放和易于实现的特点,非常适用于大型场景;但是MQTT协议属于TCP协议,需要与支持Wi-Fi物理协议的设备对接,然而大量的Wi-Fi硬件设备会有增加功耗和路由器的负担,并且会有不稳定的隐患。
综上所述,目前物联网设备在大规模场景应用中仍存在很多限制,因此,需要提供一种针对上述现有技术中不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,用以克服上述现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,用于控制电厂内照明设备的状态,所述照明***包括现场端、通信模块和监控终端;
所述现场端为有照明设备的智能电厂,所述智能电厂内采用Zigbee协议传输通信报文;所述现场端将检测的所述照明设备的环境信息通过Zigbee协议发送给所述监控终端;
所述监控终端采用MQTT协议传输通信报文,所述监控终端根据所述照明设备的环境信息作出控制指令,所述控制指令在所述监控终端通过MQTT协议发送给所述现场端;
所述现场端和所述监控终端之间通信连接的所述通信模块能够完成不同协议格式通信报文的传输和转换。
进一步的,所述现场端和所述监控终端之间通信连接的所述通信模块能够完成通信报文不同协议格式的传输和转换包括:
所述通信模块将所述现场端的所述照明设备的环境信息的Zigbee协议格式转换成MQTT协议格式后发送给所述监控终端;
所述通信模块将所述监控终端的所述控制指令的MQTT协议格式转换成Zigbee协议格式后发送给所述现场端。
进一步的,所述现场端包括主控模块,所述主控模块包括主机和LCD显示器;所述主机采用标准Linux***,所述主机包括HDMI接口和第一通信接口,主机通过HDMI接口与LCD显示器电连接。
进一步的,所述通信模块包括协议转换模块、第一传输模块和第二传输模块;
所述第一传输模块采用Zigbee协议传输通信报文;
所述第二传输模块采用MQTT协议传输通信报文;
所述协议转换模块连接在所述第一传输模块和所述第二传输模块之间,用于完成通信报文的协议格式的转换。
进一步的,所述协议转换模块为MQTT服务器,所述MQTT服务器包括Arm Corte-A72处理器和Zigbee2mqtt开源***。
进一步的,所述MQTT服务器还包括主控开发板和驱动电源,所述主控开发板上设置有电源端口和第三通信接口,所述电源端口与所述驱动电源电连接。
进一步的,所述第二传输模块包括路由器,所述路由器的第二通信接口与所述第三通信接口通过通信线连接。
进一步的,所述Arm Corte-A72处理器设置在所述主控开发板上。
进一步的,所述现场端包括检测设备和控制设备,所述检测设备用于检测照明设备的环境信息;所述控制设备电连接所述照明设备,用于控制所述照明设备的状态。
进一步的,所述检测设备包括人体运动传感器和光线强度传感器;所述人体运动传感器用于检测是否有人经过照明设备的环境信息,所述光线强度传感器用于检测照明设备附近明亮程度的环境信息。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有如下优异效果:
本发明基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,用于控制电厂内照明设备的状态,照明***监控终端采用MQTT协议传输通信报文,监控终端根据所述照明设备的环境信息作出控制指令,控制指令在所述监控终端通过MQTT协议发送给所述现场端;现场端为有照明设备的智能电厂,所述智能电厂内采用Zigbee协议传输通信报文;现场端将检测的所述照明设备的环境信息通过Zigbee协议发送给所述监控终端;所述现场端和所述监控终端之间通信连接的所述通信模块能够完成不同协议格式通信报文的传输和转换。通过通信模块能够使采用MQTT协议的智能物联网***控制现场端以Zigbee协议通信传输的智能物联网照明设备。本申请的照明***充分利用了Zigbee协议设备稳定性高,低功耗,对网络稳定行要求极低和MQTT协议轻量化、覆盖广、易于实现的优点,并且避免了二者的缺点和局限性,使得整个智能化照明***的硬件成本,布局成本以及后期运行成本大大降低,同时最大化的实现了***的稳定性和开放性,为后期更多智能设备的加入提供可能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。其中:
图1为本发明智能电厂的照明***的原理图;
图2为本发明智能电厂的照明***的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提出的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***如图1-2所示,用于控制电厂内照明设备的状态,所述照明***包括现场端、通信模块和监控终端。
在本申请实施例中,现场端为有照明设备的智能电厂,智能电厂内采用Zigbee协议传输通信报文;在本申请实施例中,智能电厂包括至少两层,每层都有照明设备,例如,可调光LED照明灯。在智能电厂的照明设备附近安装有检测设备和控制设备,检测设备用于检测照明设备的环境信息,控制设备用于控制照明设备的状态。在现场端,智能电厂内照明设备的环境信息和状态的控制信息都是采用Zigbee协议格式进行传输。
在本申请实施例中,监控终端采用MQTT协议进行传输报文。MQTT是一个基于发布/订阅模式的消息传输协议。监控终端设置在主控机房,包括主控模块,所述主控模块对现场端的照明设备的环境信息进行处理得到对应的控制指令,由于在监控终端采用的是MQTT协议传输报文,因此,产生的控制指令报文的格式为MQTT协议格式。
通信模块通信连接现场端和监控终端,通信模块能够完成不同协议格式通信报文的传输和转换。
本申请通过MQTT与Zigbee协议的通过通信模块的通信对接,实现通过MQTT协议控制智能电厂内Zigbee智能物联网照明设备。
在本申请实施例中,所述现场端和所述监控终端之间通信连接的所述通信模块能够完成通信报文不同协议格式的传输和转换包括:
所述通信模块将所述现场端的所述照明设备的环境信息的Zigbee协议格式转换成MQTT协议格式后发送给所述监控终端;
所述通信模块将所述监控终端的所述控制指令的MQTT协议格式转换成Zigbee协议格式后发送给所述现场端。
通过通信模块将在现场端的以Zigbee协议格式传输的所述照明设备的环境信息转换成MQTT协议格式后发送监控终端进行处理,在监控终端对转换成MQTT协议格式的所述照明设备的环境信息进行处理后产生对应的控制指令,产生的控制指令为MQTT协议格式,通信模块将监控终端MQTT协议格式的控制指令转换为Zigbee协议格式后发送至现场端的智能电厂,由智能电厂按照Zigbee协议格式的控制指令控制照明设备的状态。
在本申请实施例中,通信模块包括第一传输模块、第二传输模块和协议转换模块。第一传输模块采用Zigbee协议传输通信报文;第二传输模块采用MQTT协议传输通信报文;协议转换模块用于完成所述第一传输模块和所述第二传输模块之间通信报文的协议格式的转换。具体的:
第一传输模块包括无线中继器,无线中继器将照明设备的环境信息发送给协议传输模块;无线中继器也可以说是无线AP,AP即Access Point(无线访问节点)的简称,具备无线信号发射功能的集线器。
第二传输模块包括路由器,路由器接收协议传输模块进行协议格式转换后的通信报文,实现路由器传输MQTT协议格式的通信报文。
在本申请实施例中,第一传输模块(无线中继器)以Zigbee协议格式将照明设备的环境信息发送至第二传输模块(路由器),但是需要协议转换模块将Zigbee协议格式的照明设备的环境信息转换成MQTT协议格式的照明设备的环境信息,然后第二传输模块(路由器)再将MQTT协议格式的照明设备的环境信息传输至主控模块,由主控模块对MQTT协议格式的照明设备的环境信息进行处理,并作出对应的MQTT协议格式的控制指令,MQTT协议格式的控制指令需要通过第二传输模块(路由器)发送至现场端,当MQTT协议格式的控制指令发送至第二传输模块(路由器)后,会通过协议转换模块先将MQTT协议格式的控制指令转换成Zigbee协议格式的控制指令,再通过第一传输模块(无线中继器)发送至现场端。本申请的通信模块通过分分别通过第一传输模块(无线中继器)和第二传输模块(路由器)分别传输不同协议格式的通信报文,而不同协议格式的通信报文通过协议转换模块实现对接和转换,从而有效的实现监控终端以MQTT协议控制智能电厂内Zigbee协议通信传输的智能物联网照明设备。
在本申请实施例中,主控模块为主服务器,包括主机和LCD显示器。主机采用是标准Linux***,包括HDMI接口和第一通信接口,主机通过HDMI接口与LCD显示器电连接。HDMI是一种数字化视频/音频接口技术,是适合影像传输的专用型数字化接口,其可同时传送音频和影像信号,最高数据传输速度为2.25GB/s。本申请具体是通过主机对照明设备的环境信息进行处理后作出控制照明设备状态的控制指令。
在本申请实施例中,第二传输模块包括路由器,路由器的第二通信接口与所述主控模块的第一通信接口通过通信线(即网线)连接,从而实现路由器和主机之间的通信连接,也即主控模块与第二传输模块的通信连接;在主控机房内,通信报文按照MQTT协议通过通信线(即网线)进行传输。
在本申请实施例中,协议转换模块为MQTT服务器(即MQTT broker服务器),包括Arm Corte-A72的处理器和Zigbee2mqtt开源***,其中,Zigbee2mqtt的作用是控制和创建多合一控制***,对于本申请实施例来讲,是实现对电厂内多层厂房的照明设备的控制;开源***是指开放源代码,用户利用源代码在其基础上修改和学习。
在本申请实施例中,MQTT服务器还包括主控开发板和驱动电源,Arm Corte-A72的处理器设置在主控开发板上,主控开发板上设置有电源端口和第三通信接口,其中,电源端口与驱动电源电连接,通过驱动电源提供***工作的电能。第三通信接口为RJ45接口,通过RJ45接口与路由器的第二通信接口过通信线(即网线)实现通信连接。
在本申请实施例中,将协议转换模块设置在主控机房内,便于实现集中转换控制,能够对多层的照明设备的环境信息进行协议格式的转换;作为其他实施方式,也可以在智能电厂的每层分别设置一个,直接在现场端对通信报文进行协议格式的转换,实现通过无线中继器发送出的报文即为MQTT格式的报文,这样做会增加成本。
在本申请实施例中,现场端为有照明设备的智能电厂,智能电厂的每层都有照明设备,例如,LED照明灯。厂房的照明设备一般设置在天花板上,在每个照明设备的旁边安装有检测设备和控制设备,检测设备用于检测照明设备的环境信息,控制设备用于控制照明设备的状态。本申请主要是通过照明设备的环境信息控制照明设备的状态。
在本申请实施例中,检测设备包括人体运动传感器和光线强度传感器,人体运动传感器用于检测是否有人经过照明设备的环境信息,当有人经过照明设备附近时,人体运动传感器会检测到照明设备附近有人经过的环境信息。光线传感器用于检测照明设备附近明亮程度的环境信息;通过人体运动传感器和光线强度传感器实现对照明设备的环境信息的检测,通过双重判断指标便于更加准确的控制控制照明设备的状态。
在本申请实施例中,每个照明设备电连接智能开关,智能开关执行对应的控制指令实现对照明设备状态的控制。
根据检测的照明设备的环境信息做出控制指令的控制方法设置为:当根据检测到的照明设备的环境信息判断为有人经过的环境信息且为明亮程度为暗时,作出的控制指令打开该区域的照明设备且调直100%亮度;当五分钟内没有人且明亮程度为亮时,将该区域照明设备调至50%亮度;当十分钟内没有人且明亮程度为亮时,关闭该区域照明设备。
控制方法还可以设置为:当在夜间(22:00—6:00)有人移动,打开该区域照明设备且调至20%亮度,五分钟内未检测到有人移动就关闭照明设备。也就说智能控制的方式并不唯一,可以根据实际情况、合理设置明亮程度。通过上述控制方法,实现智能物联网***根据检测设备的信息做出对应的控制指令,从而实现对照明***的智能控制。
基于整个***的通信主要过程如下:
主服务器作为MQTT协议的发布端,通过有线网络连接路由器,向MQTT服务器(即MQTT broker服务器)发布消息;
MQTT服务器(即MQTT broker服务器)将主服务器发布的消息通过Zigbee2mqtt开源***转换为Zigbee协议格式的消息,使发布消息可以通过Zigbee通讯方式实现现场端各设备的控制和互联。
现场端的人体运动传感器、光线强度传感器和智能开关作为MQTT协议的订阅端,可以将各个传感器状态和开关状态等订阅信息先通过Zigbee协议转发给MQTT服务器(即MQTT broker服务器),再经由Zigbee2mqtt开源***转换为MQTT协议格式的消息并通过路由器转发给主服务器,从而实现主服务器的智能物联网***可根据传感器状态的订阅信息发布相应指令到制定订阅设备,实现对照明***的智能控制。
在本申请实施例中,处理器可以是通用处理器,包括中央处理器(centralprocessing unit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等,还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本发明技术方案的有益效果:
本发明基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,用于控制电厂内照明设备的状态,照明***监控终端采用MQTT协议传输通信报文,监控终端根据照明设备的环境信息作出控制指令,控制指令在监控终端通过MQTT协议发送给现场端;现场端为有照明设备的智能电厂,智能电厂内采用Zigbee协议传输通信报文;现场端将检测的所述照明设备的环境信息通过Zigbee协议发送给监控终端;而现场端和监控终端之间通信连接的通信模块能够完成不同协议格式通信报文的传输和转换。通过通信模块能够使采用MQTT协议的智能物联网***控制现场端以Zigbee协议通信传输的智能物联网照明设备。
基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***充分利用了Zigbee协议设备稳定性高,低功耗,对网络稳定行要求极低和MQTT协议轻量化、覆盖广、易于实现的优点,并且避免了二者的缺点和局限性,使得整个智能化照明***的硬件成本,布局成本以及后期运行成本大大降低,同时最大化的实现了***的稳定性和开放性,为后期更多智能设备的加入提供可能。
需要指出,根据实施的需要,可将本申请实施例中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤,也可以将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤,以实现本申请实施例的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,用于控制电厂内照明设备的状态,其特征在于,所述照明***包括现场端、通信模块和监控终端;
所述现场端为有照明设备的智能电厂,所述智能电厂内采用Zigbee协议传输通信报文;所述现场端将检测的所述照明设备的环境信息通过Zigbee协议发送给所述监控终端;
所述监控终端采用MQTT协议传输通信报文,所述监控终端根据所述照明设备的环境信息作出控制指令,所述控制指令在所述监控终端通过MQTT协议发送给所述现场端;
所述现场端和所述监控终端之间通信连接的所述通信模块能够完成不同协议格式通信报文的传输和转换。
2.根据权利要求1所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述现场端和所述监控终端之间通信连接的所述通信模块能够完成通信报文不同协议格式的传输和转换包括:
所述通信模块将所述现场端的所述照明设备的环境信息的Zigbee协议格式转换成MQTT协议格式后发送给所述监控终端;
所述通信模块将所述监控终端的所述控制指令的MQTT协议格式转换成Zigbee协议格式后发送给所述现场端。
3.根据权利要求1所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述现场端包括主控模块,所述主控模块包括主机和LCD显示器;所述主机采用标准Linux***,所述主机包括HDMI接口和第一通信接口,主机通过HDMI接口与LCD显示器电连接。
4.根据权利要求3所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述通信模块包括协议转换模块、第一传输模块和第二传输模块;
所述第一传输模块采用Zigbee协议传输通信报文;
所述第二传输模块采用MQTT协议传输通信报文;
所述协议转换模块连接在所述第一传输模块和所述第二传输模块之间,用于完成通信报文的协议格式的转换。
5.根据权利要求4所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述协议转换模块为MQTT服务器,所述MQTT服务器包括Arm Corte-A72处理器和Zigbee2mqtt开源***。
6.根据权利要求5所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述MQTT服务器还包括主控开发板和驱动电源,所述主控开发板上设置有电源端口和第三通信接口,所述电源端口与所述驱动电源电连接。
7.根据权利要求6所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述第二传输模块包括路由器,所述路由器的第二通信接口与所述第三通信接口通过通信线连接。
8.根据权利要求6所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述Arm Corte-A72处理器设置在所述主控开发板上。
9.根据权利要求3所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述现场端包括检测设备和控制设备,所述检测设备用于检测照明设备的环境信息;所述控制设备电连接所述照明设备,用于控制所述照明设备的状态。
10.根据权利要求9所述的基于MQTT与Zigbee协议的智能电厂的照明***,其特征在于,所述检测设备包括人体运动传感器和光线强度传感器;所述人体运动传感器用于检测是否有人经过照明设备的环境信息,所述光线强度传感器用于检测照明设备附近明亮程度的环境信息。
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