CN113840430A - 一种路灯集中控制***及方法 - Google Patents

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栗瑶瑶
李晓静
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Abstract

本发明涉及了一种路灯集中控制***及方法，所述控制***包括：集中控制装置和多个单灯控制装置；所述集中控制装置包括控制主机、GPS定位模块和环境参数检测模块，所述GPS定位模块和所述环境参数检测模块均与所述控制主机连接；多个所述单灯控制装置分别一一对应的与多个路灯连接。本发明通过日出和日落时间切换路灯的工作模式，并根据环境参数信息对路灯进行调节，实现了按需开关路灯和调节路灯的亮度，节约能源，克服了粗放型控制的缺陷。

Description

一种路灯集中控制***及方法
技术领域
本发明涉及智能路灯控制领域，特别是涉及一种路灯集中控制***及方法。
背景技术
路灯是不可或缺的基础设施之一，承担着城市道路照明的重要功能。路灯控制技术是整个路灯***的核心技术，既关系着路灯***照明功能能否充分发挥，也是城市路灯节能减排的关键环节。路灯控制技术发展历史较长，随着科技的进步而不断发展，从早期的纯人工开关控制、照明亮度固定的模式到简单的定时开、关控制，都不能实现按需开关路灯和调节路灯亮度，能源消耗大，属于粗放型的路灯控制方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种路灯集中控制***及方法，以实现按需开关路灯和调节路灯的亮度，节约能源。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种路灯集中控制***，所述控制***包括：集中控制装置和多个单灯控制装置；
所述集中控制装置包括控制主机、GPS定位模块和环境参数检测模块，所述GPS定位模块和所述环境参数检测模块均与所述控制主机连接；
多个所述单灯控制装置分别一一对应的与多个路灯连接；
所述控制主机与每个所述单灯控制装置连接；所述控制主机用于根据GPS定位模块输出的经纬度信息和所述控制主机当天日期信息计算日出时间和日落时间，并根据所述日出时间、所述日落时间和所述控制主机当前时间信息，生成路灯工作模式切换指令，并将路灯工作模式切换指令发送给每个路灯的单灯控制装置，控制路灯工作模式的切换；
所述控制主机还用于在当前路灯工作模式下根据所述环境参数检测模块输出的环境参数信息对当前路灯工作模式下的每个路灯的工作状态进行调整，产生不同路灯的调整指令，并将不同路灯的调整指令分别发送给不同所述路灯的单灯控制装置，对路灯的工作状态进行调整。
可选的，所述环境参数检测模块包括光照检测模块、温湿度检测模块和颗粒物检测模块。
可选的，所述光照检测模块、所述温湿度检测模块、所述颗粒物检测模块和所述GPS定位模块均连接Modbus总线，所述控制主机的第一串口通过第一TTL/485转换模块转换后接入到Modbus总线。
可选的，所述集中控制装置还包括：第二TTL/485转换模块和第一LoRa通信模块；
所述控制主机的第二串口与所述第二TTL/485转换模块连接，所述第二TTL/485转换模块与所述第一LoRa通信模块连接；
所述第一LoRa通信模块分别与每个所述单灯控制装置连接。
可选的，所述集中控制装置还包括网络模块，所述控制主机通过所述网络模块与网络交换机连接。
可选的，所述单灯控制装置包括第二LoRa通信模块、单灯控制器、LED驱动模块、电源适配器和交流电源；
所述第二LoRa通信模块与所述集中控制装置连接，所述第二LoRa通信模块还与所述单灯控制器的RS-485接口连接；
所述电源适配器的输入端与所述交流电源连接，所述电源适配器的输出端与所述第二LoRa通信模块连接；
所述单灯控制器与所述LED驱动模块的控制端连接；
所述LED驱动模块的电源输入端与单灯控制器连接，由单灯控制器进行供电，所述LED驱动模块的输出端与路灯连接。
可选的，所述控制主机为STM32控制主机。
一种路灯集中控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
获取经纬度信息、当天日期、当前时间和环境参数信息；
根据所述经纬度信息和当天日期计算日出时间和日落时间；
根据所述日出时间、所述日落时间和当前时间，生成路灯工作模式切换指令，控制路灯工作模式的切换，获取切换后的路灯工作模式更新为当前路灯工作模式；
在当前路灯工作模式下，根据所述环境参数信息生成不同路灯的调整指令，对路灯的工作状态进行调整。
可选的，所述根据所述日出时间、所述日落时间和当前时间，生成路灯工作模式切换指令，具体包括：
若当前时间已到达日出时间并且当前路灯工作模式为日落状态工作模式，生成从日落状态工作模式切换到日出状态工作模式的路灯工作模式切换指令；
若当前时间已到达日落时间并且当前路灯工作模式为日出状态工作模式，则生成从日出状态工作模式切换到日落状态工作模式的路灯工作模式切换指令。
可选的，所述在当前路灯工作模式下，根据所述环境参数信息生成不同路灯的调整指令，对路灯的工作状态进行调整，具体包括：
若当前路灯工作模式为日出状态工作模式，则生成如下调整指令：
如果路灯的开关状态为路灯打开状态，则生成根据环境光照强度调节路灯亮度的调整指令，直到环境光照强度超过光强关灯阈值时，生成关闭路灯的调整指令；
如果路灯的开关状态为路灯关闭状态，当环境光照强度小于光强开灯阈值或颗粒物含量大于颗粒物含量开灯阈值时，生成以最低一级亮度点亮路灯的调整指令；
若当前路灯工作模式为日落状态工作模式，则生成如下调整指令：
在日落状态工作模式，生成根据环境光照强度调节路灯亮度的调整指令；
如果当前时间已到达车流人流低峰时间，则生成奇数灯关闭或偶数灯关闭的调整指令；
如果当前时间已到达车流人流高峰时间，则生成所有被关闭路灯打开为中等亮度的调整指令。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种路灯集中控制***及方法，所述控制***包括：集中控制装置和多个单灯控制装置；所述集中控制装置包括控制主机、GPS定位模块和环境参数检测模块，所述GPS定位模块和所述环境参数检测模块均与所述控制主机连接；多个所述单灯控制装置分别一一对应的与多个路灯连接。本发明通过日出和日落时间切换路灯的工作模式，并根据环境参数信息对路灯进行调节，实现了按需开关路灯和调节路灯的亮度，节约能源，克服了粗放型控制的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的集中控制装置的结构示意图；
图2为本发明提供的单灯控制装置的结构示意图；
图3为本发明提供的STM32控制主机嵌入式应用软件的结构图；
图4为本发明提供的集中控制装置的控制主机的主程序模块的软件流程图；
图5为本发明提供的路灯集中控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种路灯集中控制***及方法，以实现按需开关路灯和调节路灯的亮度，节约能源。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
随着信息技术的发展和智慧城市建设的推进，路灯控制逐步具备了一定的智能功能，比如通过检测路灯使用的环境信息，根据环境亮度来开关路灯和调节路灯的照明亮度，或者人、车通过时的路灯亮度跟没有人流、车流的路灯亮度有差异，以达到按需照明、节约能耗的目的。
然而，随着互联网、云计算、物联网、大数据技术的发展，路灯控制的智能化水平还是体现了一定的滞后和差距，急需一种能实现个性化控制、能精准控制到每一个路灯、照明性能和能源消耗最佳匹配、能实现智能故障报警的智能路灯***及智能路灯控制方法，为城市海量路灯的节能减排提供一个良好的解决方案。当前，信息技术进入了崭新的发展阶段，可以充分利用互联网+、云计算、物联网、大数据、人工智能、区块链等技术，将路灯控制智能化提高到一个较高的水平。
实施例1
参照图1和图2，本发明的路灯集中控制***包括一个集中控制装置和若干个分布安装的单灯控制装置，集中控制装置和单灯控制装置之间通过LoRa通信方式进行无线通信。
集中控制装置包括STM32控制主机、2个TTL/485转换模块、GPS定位模块、光照检测模块、温湿度检测模块、颗粒物检测模块、LoRa通信模块(第一LoRa通信模块)、网络模块、LED显示屏、网络交换机和电源模块，STM32控制主机以STM32系列ARM微控制器为核心辅以LCD显示屏、***电路等构建，ARM微控制器采用STM32F103ZET6。STM32控制主机、GPS定位模块、光照检测模块、温湿度检测模块、颗粒物检测模块之间组建Modbus总线进行通信，STM32控制主机支持Modbus RTU主站协议，其串口3(第一串口)通过TTL/485转换模块转换后接入到Modbus总线，GPS定位模块、光照检测模块、温湿度检测模块、颗粒物检测模块都具有RS-485接口并支持Modbus RTU从站协议，直接接入Modbus总线。STM32控制主机的串口2(第二串口)通过TTL/485转换模块转换后连接到LoRa通信模块，LoRa通信模块与单灯控制装置的LoRa通信模块进行无线通信，从而实现集中控制装置与多个单灯控制装置之间进行无线通信。STM32控制主机通过网络模块转接后连接到网络交换机，实现集中控制装置接入到计算机网络。LED显示屏连接到网络交换机，STM32控制主机通过计算机网络与LED显示屏进行通信。电源模块为集中控制装置的各个模块进行供电。
单灯控制装置包括单灯控制器、LED驱动模块、LED路灯、LoRa通信模块(第二LoRa通信模块)和电源适配器。单灯控制器连接到LED驱动模块，LED驱动模块连接到LED路灯，单灯控制器通过控制LED驱动模块的输出实现LED路灯的开、关控制和亮度调节。单灯控制器与LoRa通信模块连接，实现与集中控制装置之间进行无线通信。电源适配器与LoRa通信模块连接，为LoRa通信模块进行供电。
基于该路灯集中控制***的结构，所述的STM32控制主机采用Modbus RTU协议采集各个检测模块的数据，通过LoRa通信方式与单灯控制装置进行无线通信以采集LED路灯工作状态和发送控制命令，STM32控制主机通过计算机网络与LED显示屏进行通信，实现LED显示屏显示方式控制和显示内容更新，STM32控制主机通过计算机网络与远端控制中心进行通信，上传数据和接收下传命令，STM32控制主机以从检测模块采集的信息为依据，结合当天日期、当前时间、是否车流人流高峰，采用智能控制方法对路灯进行智能控制，为实现集中控制装置的功能，编写嵌入式应用软件并固化到ARM微控制器片内Flash存储器中。
参照图3，图3所示为一种路灯集中控制***的STM32控制主机嵌入式应用软件的结构图，所述的STM32控制主机嵌入式应用软件包括主程序模块、串口2中断处理程序模块、串口3中断处理程序模块、LoRa通信程序模块、网络通信程序模块、路灯智能控制程序模块、LED显示屏管理程序模块、人机交互程序模块等软件功能模块。所述的STM32控制主机嵌入式应用软件是专门为路灯集中控制***的STM32控制主机开发的嵌入式软件，该软件基于嵌入式操作***进行开发，实现的功能为通过Modbus总线循环采集GPS定位模块、光照强度检测模块、温湿度检测模块、颗粒物检测模块的检测信息到STM32控制主机，采集到的信息经过处理后作为路灯智能控制程序模块控制路灯开、关和亮度调节的重要依据，STM32控制主机嵌入式应用软件还实现与远端控制中心通信、与单灯控制装置无线通信以及对LED显示屏显示内容进行管理的功能。主程序模块用于实现程序开机初始化，以及通过Modbus总线发送命令读取各检测模块的数据，并对各个软件功能模块的运行进行总体调度管理。串口2中断处理程序模块负责接收处理单灯控制器发送给STM32控制主机的信息，串口3中断处理程序模块负责接收和处理检测模块回传的采集信息。LoRa通信程序模块用于实现集中控制装置和单灯控制装置之间的无线通信。网络通信程序模块用于实现将STM32控制主机接入到计算机网络。路灯智能控制程序模块主要用于路灯集中控制***的智能路灯控制方法的实现，根据从检测模块采集的信息并结合当天日期、当前时间、是否车流人流高峰对集中控制装置管理的路灯进行无线控制。LED显示屏管理程序模块用于实现对LED显示屏进行管理，包括开、关LED显示屏，显示方式设置和显示内容更新等。人机交互程序模块用于通过触摸屏操作实现对路灯集中控制***的相关参数进行设置等操作。
参照图4，图4为一种路灯集中控制***的STM32控制主机嵌入式应用软件主程序模块的软件流程图。所述的主程序模块在集中控制装置开机上电后开始运行，首先对串口2、串口3和网络模块进行初始化，进行操作***初始化，创建用户任务，变量赋初值；然后启动路灯集中控制***智能路灯控制方式；接着按照Modbus RTU协议循环向检测模块发送读取数据命令，每次向一个检测模块发送命令；接着判断各检测模块是否工作正常，是否能够接收到检测模块回传的数据，如果是，则对接收到的数据进行处理；接着调用LoRa通信程序模块，通过与单灯控制器进行通信，读取各个路灯的工作状态；然后判断是否接收到远端控制中心发送的数据帧，如果是则对接收到的数据帧进行处理，响应命令，上传***和路灯的工作状态；接着调用路灯智能控制程序模块，判断是否需要发送控制命令，如需要则用无线方式向相关路灯发送控制命令；调用完路灯智能控制程序模块后，又转到读取检测模块数据部分，如此周而复始。
实施例2
图5为一种路灯集中控制方法的流程图。所述的路灯集中控制方法可以应用于路灯集中控制***的集中控制装置，所述集中控制装置采用LoRa通信方式与若干个分布安装的单灯控制装置进行无线通信连接。在上述基础上，所述方法可以包括以下步骤S11-步骤S16所描述的内容。
步骤S11，依次向所述的多个检测模块发送读数命令，实时读取路灯工作场所的环境监控信息，包括地理位置、环境光照强度、温湿度、颗粒物含量等信息，向各个单灯控制器发送读数命令，实时读取各个路灯的工作状态信息，包括电压、电流、功率等。
步骤S12，基于采集的地理位置信息，根据经纬度和当天日期计算出路灯工作地点的日出时间和日落时间。
步骤S13，取得***当前时间，然后进行如下操作：如果当前时间已到达日出时间并且***当前为日落状态，则将***状态从日落状态切换到日出状态，如果当前时间已到达日落时间并且***当前为日出状态，则将***状态从日出状态切换到日落状态，向所有单灯装置发送开灯命令并以最低一级亮度点亮路灯，将路灯开关状态切换到路灯打开状态。
步骤S14，在日出状态下，如果路灯开关状态为路灯打开状态，则根据环境光照强度调节路灯亮度，当环境光照强度超过光强关灯阈值时，向所有单灯装置发送关灯命令并切换到路灯关闭状态，在日落状态下，如果环境光照强度发生变化，则根据环境光照强度调节路灯亮度。
步骤S15，在日出状态下并且路灯开关状态为路灯关闭状态时，当环境光照强度小于光强开灯阈值或颗粒物含量大于颗粒物含量开灯阈值时，向所有单灯装置发送开灯命令并以最低一级亮度点亮路灯，将路灯开关状态切换到路灯打开状态。
步骤S16，如果路灯开关状态为路灯打开状态，则读取***当前时间并进行如下操作：如果当前时间已到达车流人流低峰时间，则由***随机选择奇数灯点亮模式或偶数灯点亮模式，采用奇数灯点亮模式则向所有偶数单灯装置发送关灯命令，采用偶数灯点亮模式则向所有奇数单灯装置发送关灯命令，如果当前时间已到达车流人流高峰时间，则向所有被关闭的单灯装置发送开灯命令并设置为中等亮度。
一种路灯集中控制方法按照以上步骤S11-步骤S16周期性地对路灯进行控制，能够智能化地对路灯的开关时间、照明亮度进行按需控制，达到最佳照明和节约能源兼顾的目的。
与常规的路灯***及控制方法相比，本发明所述的一种路灯集中控制***及方法实现了多要素智能路灯控制，还具有远程精准控制、智能报警、环境参数监测等功能，为智慧城市建设智能路灯控制提供了一个很好的解决方案，具有良好的实用价值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种路灯集中控制***，其特征在于，所述控制***包括：集中控制装置和多个单灯控制装置；
所述集中控制装置包括控制主机、GPS定位模块和环境参数检测模块，所述GPS定位模块和所述环境参数检测模块均与所述控制主机连接；
多个所述单灯控制装置分别一一对应的与多个路灯连接；
所述控制主机与每个所述单灯控制装置连接；所述控制主机用于根据GPS定位模块输出的经纬度信息和所述控制主机当天日期信息计算日出时间和日落时间，并根据所述日出时间、所述日落时间和所述控制主机当前时间信息，生成路灯工作模式切换指令，并将路灯工作模式切换指令发送给每个路灯的单灯控制装置，控制路灯工作模式的切换；
所述控制主机还用于在当前路灯工作模式下根据所述环境参数检测模块输出的环境参数信息对当前路灯工作模式下的每个路灯的工作状态进行调整，产生不同路灯的调整指令，并将不同路灯的调整指令分别发送给不同所述路灯的单灯控制装置，对路灯的工作状态进行调整。
2.根据权利要求1所述的路灯集中控制***，其特征在于，所述环境参数检测模块包括光照检测模块、温湿度检测模块和颗粒物检测模块。
3.根据权利要求2所述的路灯集中控制***，其特征在于，所述光照检测模块、所述温湿度检测模块、所述颗粒物检测模块和所述GPS定位模块均连接Modbus总线，所述控制主机的第一串口通过第一TTL/485转换模块转换后接入到Modbus总线。
4.根据权利要求1所述的路灯集中控制***，其特征在于，所述集中控制装置还包括：第二TTL/485转换模块和第一LoRa通信模块；
所述控制主机的第二串口与所述第二TTL/485转换模块连接，所述第二TTL/485转换模块与所述第一LoRa通信模块连接；
所述第一LoRa通信模块分别与每个所述单灯控制装置连接。
5.根据权利要求1所述的路灯集中控制***，其特征在于，所述集中控制装置还包括网络模块，所述控制主机通过所述网络模块与网络交换机连接。
6.根据权利要求1所述的路灯集中控制***，其特征在于，所述单灯控制装置包括第二LoRa通信模块、单灯控制器、LED驱动模块、电源适配器和交流电源；
所述第二LoRa通信模块与所述集中控制装置连接，所述第二LoRa通信模块还与所述单灯控制器的RS-485接口连接；
所述电源适配器的输入端与所述交流电源连接，所述电源适配器的输出端与所述第二LoRa通信模块连接；
所述单灯控制器与所述LED驱动模块的控制端连接；
所述LED驱动模块的电源输入端与所述单灯控制器连接，所述LED驱动模块的输出端与路灯连接。
7.根据权利要求1所述的路灯集中控制***，其特征在于，所述控制主机为STM32控制主机。
8.一种路灯集中控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
获取经纬度信息、当天日期、当前时间和环境参数信息；
根据所述经纬度信息和当天日期计算日出时间和日落时间；
根据所述日出时间、所述日落时间和当前时间，生成路灯工作模式切换指令，控制路灯工作模式的切换，获取切换后的路灯工作模式更新为当前路灯工作模式；
在当前路灯工作模式下，根据所述环境参数信息生成不同路灯的调整指令，对路灯的工作状态进行调整。
9.根据权利要求8所述的路灯集中控制方法，其特征在于，所述根据所述日出时间、所述日落时间和当前时间，生成路灯工作模式切换指令，具体包括：
若当前时间已到达日出时间并且当前路灯工作模式为日落状态工作模式，生成从日落状态工作模式切换到日出状态工作模式的路灯工作模式切换指令；
若当前时间已到达日落时间并且当前路灯工作模式为日出状态工作模式，则生成从日出状态工作模式切换到日落状态工作模式的路灯工作模式切换指令。
10.根据权利要求8所述的路灯集中控制方法，其特征在于，所述在当前路灯工作模式下，根据所述环境参数信息生成不同路灯的调整指令，对路灯的工作状态进行调整，具体包括：
若当前路灯工作模式为日出状态工作模式，则生成如下调整指令：
如果路灯的开关状态为路灯打开状态，则生成根据环境光照强度调节路灯亮度的调整指令，直到环境光照强度超过光强关灯阈值时，生成关闭路灯的调整指令；
如果路灯的开关状态为路灯关闭状态，当环境光照强度小于光强开灯阈值或颗粒物含量大于颗粒物含量开灯阈值时，生成以最低一级亮度点亮路灯的调整指令；
若当前路灯工作模式为日落状态工作模式，则生成如下调整指令：
在日落状态工作模式，生成根据环境光照强度调节路灯亮度的调整指令；
如果当前时间已到达车流人流低峰时间，则生成奇数灯关闭或偶数灯关闭的调整指令；
如果当前时间已到达车流人流高峰时间，则生成所有被关闭路灯打开为中等亮度的调整指令。
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