基于WSN的城市路灯节能控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种基于ＷＳＮ的城市路灯节能控制装置，该控制装置包括节点模块、控制模块和协调器，节点模块和控制模块安装在每个路灯上，节点模块包括射频模块和微处理器，射频模块和微处理器均通过插针的方式连接到控制模块上，一个区域内的路灯上的各个节点模块与一个协调器采用无线接力方式通信连接，控制模块包含一个变压器和继电器，各个协调器通过ＧＰＲＳ与通用ＲＴＵ（远程终端控制系统）进行通信连接。本实用新型专利技术控制实现方便，有效降低路灯能耗，实现对路灯故障及线路老化的主动报警，有效减少对路灯巡检人员的工作量，且体积小，极大地方便了工作人员的安装。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及路灯节能控制系统，属于城市路灯节能

技术介绍
传统的路灯控制器只能实现对一条线路的控制，也就是只能实现线控，不能对单个路灯 进行控制，比如路灯的隔一亮一等控制模式非常麻烦，需要人为进行各灯杆控制或者在布线 的时候单独走线，这非常不利于对现有的路灯系统进行节能改造。现有的路灯控制系统是在 每个路灯变压器位置处放置控制装置和GPRS (通用无线分组业务)通信模块，控制中心通过 发指令将整条线路的灯进行开启或关闭的控制，也不能实现对路灯的调光控制。无法真正实 现"分时间、分路段、分情景"的按需亮灯模式。另一方面，随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系统(S0C， System on Chip)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络 (Wireless Sensor Networks, WSNs),并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来 了信息感知的一场变革。WSN (无线传感器网络)为大规模、无线、自组织、多瑕L无分区、 无基础设施支持的网络，其中节点是同构的、成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被 散布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间，是由"无所不能"的嵌入式智能传 感器硬件+ "无所不在"的新型无线个人局域通信网+ "无所不包"的信息分析处理系统软件 三部分，组成的实时测控数据采集处理系统。
技术实现思路
本技术针对现有路灯控制技术存在的不足，提供一种实现分时间、分路段、分情景 按需亮灯模式的基于WSN的城市路灯节能控制装置。本技术的基于WSN的城市路灯节能控制装置采用以下技术方案基于WSN的城市路灯节能控制装置包括节点模块、控制模块和协调器，节点模块和控制 模块安装在每个路灯上，节点模块包括射频模块和微处理器(CPU),射频模块和微处理器均 通过插针的方式连接到控制模块上， 一个区域内的路灯上的各个节点模块与一个协调器采用 无线接力方式通信连接，控制模块包含一个变压器和继电器，各个协调器通过GPRS与通用 RTU (Remote Terminal Unit,远程终端控制系统)进行通信连接。协调器实质上就是一台嵌入式计算机，利用射频模块与各个节点连接通信，完成网络内 节点的初始长地址的分配，作为整个网络的中心管理节点负责维护和管理网络。本技术将无线传感器网络技术应用于城市路灯节能控制领域，不需要增加过多的资 金和人力投入，只需要在每个灯杆上加装此控制器，在原有的路灯变压器处安装协调器，就 可顺利实现对路灯的单灯控制。可大大降低对原来线路的改造投入，且技术先进，控制实现 方便，有效降低路灯能耗，实现对路灯故障及线路老化的主动报警，有效减少对路灯巡检人 员的工作量，且体积小，极大地方便了工作人员的安装。附图说明图1是本技术的原理示意图。图2是本技术中的节点模块中的射频模块电路原理图。图3是节点模块中的微处理器(CPU)电路原理图。图4是控制模块中的电源模块原理图。图5是控制模块中的继电器电路原理图。图6是控制模块中的控制板互感器采样电路原理图。图7是协调器的电路原理图。图中1、节点模块，2、射频模块，3、微处理器(CPU), 4、控制模块，5、协调器，6、 RTU， 7、变压器，8、继电器，9、 RTU (Remote Terminal Unit,远程终端控制系统)，具体实施方式如图1所示，本技术的基于WSN的城市路灯节能控制装置包括节点模块1、控制模 块4和协调器5，每个路灯上均安装有节点模块1和控制模块4，节点模块1包括射频模块2 和微处理器(CPU) 3，射频模块2和微处理器3均通过插针的方式连接到控制模块4上。各 个节点模块与协调器5之间采用无线接力方式通信，控制模块4包含一个变压器7和继电器 8。 一个区域内的路灯上的各个节点模块与一个协调器5采用无线接力方式通信连接，各个协 调器通过GPRS通信模块6与通用的RTU (远程终端控制系统)9进行通信连接。射频模块2的电路原理如图2所示，采用的是2.4GHz的ISM (工业、科学、医疗)免执 照频段。射频芯片采用Chipcon公司的CC2500，数据传输具有高灵敏度和可靠性，支持数率 L2Kbps—250Kbps，且有多个信道可进行切换，配合倒"F"型微带天线，进行数据的发送和 接收。有效传输距离为80—120m，可满足无线传感器网络内的各种通信需要。CC2500中可对 254个地址进行地址辨识，如果实际中满足不了需要，可将此功能关闭，在CPU中进行64位 长地址的分配，保证全球唯一的节点地址，完全可满足任何地址分配的需要。射频部分完成 无线传感器网络物理层的一些任务。微处理器(CPU) 3的电路原理如图3所示，采用的是Microchip公司的低功耗PIC24F 系列芯片，并加入了嵌入式实时操作系统(RT0S),可保证节点的可靠运行。CPU部分是整个 节点的心脏，它管理着整个节点，完成数据的采集、处理等功能。此芯片具有多路1/0，接 不同传感器，可实现对信息的采集，经过处理后，可将有用数据通过射频部分发射出去，也 可输出到控制模块4，使继电器8执行相应的动作，从而完成对路灯的开启调光等控制。根 据实际应用的需要，可使节点工作于休眠等模式。在本装置中，它还可完成对节点地址的自 动分配功能，大大减轻了烧写程序的负担。节点模块1有一路模拟输入，采集路灯的工作电流值， 一方面可检测到路灯是否出现故 障，另一方面可根据电流的大小判断路灯的老化情况。且可对故障进行主动检测，主动报警。 节点模块l与协调器5之间的通信采用无线接力即多跳的方式进行，由于两个同侧相临的路 灯灯杆之间距离为30m—50m，为了保证数据的可靠传输，万一有邻居节点模块1出现通信故 障，采用相对面一侧的邻居节点转发数据包，并将数据准确送达目的灯杆的方式。控制模块4中的电源模块如图4所示，通过变压器7取路灯灯杆上的高压电，转换成节 点模块1和控制模块4所需要的电压。图5给出了控制模块中的继电器电路原理图，继电器 8实现对路灯的各种控制功能如开启、调光等。控制模块4放置在每个路灯灯杆的控制槽部 位，就地取电源，并在目前的变压器位置放置协调器5。图6给出了控制模块中的控制板互 感器采样电路原理图。协调器5的电路原理图如图7.所示，协调器5实质上就是一台嵌入式计算机，利用射频模块2与各个节点连接通信，完成网络内节点的初始长地址的分配，作为 整个网络的中心管理节点负责维护和管理网络。管理和维护网络的工作主要包括发现网络内 存在的节点，节点的工作状态。发送对路灯的控制命令，定时维护网络。协调器5除了完成 对路口各路灯的集中控制外，可与通用的RTU接口，比如GPRS、 RS485或RS232方式与主控 制中心相联系，实现对路灯的控制方式有集中控制，分散控制，故障诊断与主动报警。协 调器的故障检测可由上一级的系统管理中心实现。各个路灯的控制模块4有两路输出控制， 一路为开关量，控制副道的灯光，即不用的时 候可直接关掉； 一路为调光输出，实现对主干道的调光控制。无线节点模块1和控制模块4安装在每个路灯的灯头位置，然后将协调器5安装在现有 的变压器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＷＳＮ的城市路灯节能控制装置，包括节点模块、控制模块和协调器，其特征是：节点模块和控制模块安装在每个路灯上，节点模块包括射频模块和微处理器，射频模块和微处理器均通过插针的方式连接到控制模块上，一个区域内的路灯上的各个节点模块与一个协调器采用无线接力方式通信连接，控制模块包含一个变压器和继电器，各个协调器通过ＧＰＲＳ与通用ＲＴＵ进行通信连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓通，王雷，艾茂良，
申请(专利权)人：王雷，
类型：实用新型
国别省市：88[中国|济南]