一种光控自治路灯系统的控制方法

1.一种光控自治路灯系统的控制方法，其特征是所述光控自治路灯系统包括多个路灯节点、一个网关节点和一个监控中心，所述路灯节点安装在路灯杆面对路面的一侧，安装高度以不受路灯周围地面绿化带遮挡为准，由节点盒、控制电路板、节点ZigBee无线收发模块、节点ZigBee天线和光照传感器组成，控制电路板、节点ZigBee无线收发模块和光照传感器设置在节点盒内，光照传感器的输出连接控制电路板，控制电路板与节点ZigBee无线收发模块连接，并与路灯控制装置电连接，节点ZigBee无线收发模块连接节点ZigBee天线；所述网关节点由安装盒、网关电路板、GPRS无线收发模块、GPRS天线、网关ZigBee无线收发模块和网关ZigBee天线组成，网关电路板、GPRS无线收发模块、网关ZigBee无线收发模块设置在安装盒内，网关电路板与GPRS无线收发模块、网关ZigBee无线收发模块连接，GPRS无线收发模块连接GPRS天线，网关ZigBee无线收发模块连接网关ZigBee天线；所述监控中心由服务器和显示器组成；各路灯节点与网关节点通过ZigBee无线连接，网关节点通过GPRS与监控中心通信连接；所述路灯节点设有5个光照传感器，节点盒为长方体，其中一个面为安装面，另外五个面上分别安装一个光照传感器，光照传感器感测光照的表面朝节点盒向外并与节点盒表面重合；所述光控自治路灯系统还设有备用网关节点，备用网关节点与网关节点硬件相同，备用网关节点与网关节点具有不同的网络号，备用网关节点与各个路灯节点之间通过ZigBee无线连接，通过GPRS与监控中心通信连接；
所述光控自治路灯系统的控制方法包括以下步骤：
1)、将所述路灯节点安装在已有路灯控制装置的路灯控制装置上，根据路灯所处的周围环境情况确定该路灯的投票权重，得到n个路灯的投票权重值λi＝0.2*Mi，i＝1，2…，n，n为路灯节点总数，Mi为路灯节点i的输出正常的光照传感器的数目，Mi大于等于0，小于等于5，λi大于等于0,小于等于1，λi保存到监控中心的路灯节点信息数据库里面，同时保存在网关节点和备用网关节点的存储芯片里面；
2)、开启监控中心服务器，开启网关节点和备用网关节点，开启所有路灯节点，网关节点与备用网关节点组成基于ZigBee协议的物联网；
3)、所有n个路灯节点在五个面上的光照传感器感知五个方向来的光照度，路灯节点将这五个方向的光照信息进行融合从而确定开灯或者关灯的投票值ζi，i＝1，2…，n，ζi为0或者1，0表示关灯，1表示开灯，所述融合的方法是：若有一个路灯节点上有3个及3个以上的光照传感器感知的光强低于设置的开灯的光强的阈值，则ζi为1，若有3个及3个以上的传感器都感知的光强高于设置的关灯的光强的阈值，则ζi为0；
4)、所有路灯节点循环检测光照传感器数据，并周期性的通过ZigBee无线网络发送各自的开关灯投票值给网关节点，网关节点融合这些投票信息，决定所连接的路灯开灯还是关灯，具体方法为：计算投票数，V＝∑ζi*λi，并将V与阈值T相比，T是预先在网关节点中设置的一个开关灯票数的阈值；
5)、网关节点根据投票数V与T的比较结果决定开灯或者关灯，如果V大于T，则开灯，反之则关灯，此时网关节点将开关灯的决策命令通过ZigBee广播给所有在ZigBee无线网络中的路灯节点，路灯节点根据收到的开关灯命令控制其所在路灯的相应动作。
2.根据权利要求1所述的一种光控自治路灯系统的控制方法，其特征是网关节点故障时，切换至备用网关节点，网关节点与备用网关节点的切换具体为：
所有路灯节点存储网关节点与备用网关节点的网络号，网关节点的网络号是A，备用网关节点的网络号是B，开始工作时，所有路灯节点先加入到网络号为A的网关节点中，与网关节点组成网络进行路灯控制工作，如果网关节点出现故障，所有路灯节点在尝试加入到网关节点失败设定的次数后，开始尝试加入到网络号为B的备用网关节点所组成的网络中，与备用网关节点组成网络进行路灯控制工作；监控中心服务器与网关节点和备用网关节点的周期性通信，获取它们的工作状态，以及所有路灯节点的工作状态，如果网关节点或者备用网关节点与监控中心服务器失去联系，则服务器发出相应的声音警告，提示监控人员进行现场维护，更换网关节点时只需要设置与原来网关节点相同的网络号即可；如果有路灯节点长时间不将投票数据发送给网关节点或者备用网关节点，则网关节点或备用网关节点将该路灯节电的工作状态发送给监控中心服务器，服务器发出相应的声音警告，提示监控人员进行现场维护；如果备用网关节点出现故障，则由网关节点代替备用网关节点对路灯节点进行控制，备用网关节点进行维修或者更换。

一种光控自治路灯系统的控制方法 \n技术领域\n[0001] 本发明涉及物联网、群体决策、光照控制、路灯控制等技术领域，为一种光控自治路灯系统及其控制方法。\n背景技术\n[0002] 路灯控制系统的发展已经经历了从有线到无线，从集中式控制到分布式控制的历程。使用控制电缆的有线控制存在系统设备成本高、安装复杂、维护不便、故障检测困难等缺点，因此无线控制方法被应用到了路灯控制系统中。无线控制路灯系统安装维护容易，控制灵活。集中式控制需要控制中心，并需要人员管理，进行开关灯控制。分布式控制采用单个路灯安装光照传感器等感知环境信息从而完成单个路灯的自主控制。单纯使用无线控制的路灯系统其智能性和自主能力不够高，需要人为监控等。单纯使用光照传感器等的分布式控制容易受到环境因素如障碍物遮挡、汽车或周围建筑物等灯光的干扰而出现误动作。\n[0003] 随着物联网理念的发展，其在各个领域已经开始得到应用。光照传感器提供的光照信息是路灯这种照明设备进行反馈控制的有用信息。如中国专利CN201120355872.1和中国专利CN201120179739.5均将光控的方法应用在其路灯控制系统中，但它们都没有考虑实际实用环境的复杂，光照传感器被障碍物遮挡，被其它照明物体干扰等的现实情况。本发明将路灯节点上光照传感器的光照信息进行路灯节点和整个系统两个层面的融合，结合物联网和群体决策方法，实现路灯系统的自治、稳定开关灯控制，提升了光照控制的实用价值和智能性。这种分布式信息融合的控制方法也可为其它类似的控制系统所借鉴。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是：克服现有的各种路灯控制系统及方法的缺陷和不足，设计一种自治路灯控制系统及方法。\n[0005] 本发明的技术方案为：一种光控自治路灯系统，包括多个路灯节点、一个网关节点和一个监控中心，所述路灯节点安装在路灯杆面对路面的一侧，安装高度以不受路灯周围地面绿化带遮挡为准，由节点盒、控制电路板、节点ZigBee无线收发模块、节点ZigBee天线和光照传感器组成，控制电路板、节点ZigBee无线收发模块和光照传感器设置在 节点盒内，光照传感器的输出连接控制电路板，控制电路板与节点Zigbee无线收发模块连接，并与路灯控制装置电连接，节点Zigbee无线收发模块连接节点ZigBee天线；所述网关节点由安装盒、网关电路板、GPRS无线收发模块、GPRS天线、网关ZigBee无线收发模块和网关ZigBee天线组成，网关电路板、GPRS无线收发模块、网关ZigBee无线收发模块设置在安装盒内，网关电路板与GPRS无线收发模块、网关ZigBee无线收发模块连接，GPRS无线收发模块连接GPRS天线，网关Zigbee无线收发模块连接网关ZigBee天线；所述监控中心由服务器和显示器组成；各路灯节点与网管节点以及备用网关节点通过Zigbee无线连接，网关节点通过GPRS与监控中心通信连接。\n[0006] 所述路灯节点设有5个光照传感器，节点盒为长方体，其中一个面为安装面，另外五个面上分别安装一个光照传感器，光照传感器感测光照的表面朝节点盒向外并与节点盒表面重合。\n[0007] 所述光控自治路灯系统还设有备用网关节点，备用网关节点与网关节点硬件相同，备用网关与网关具有不同的网络号，备用网关节点与各个路灯节点之间通过Zigbee无线连接，通过GPRS与监控中心通信连接。\n[0008] 上述一种光控自治路灯系统的控制方法，包括以下步骤：\n[0009] 1）、将所述路灯节点安装在已有路灯控制装置的路灯控制装置上，根据路灯所处的周围环境情况确定该路灯的投票权重，得到n个路灯的投票权重值λi=0.2*Mi，i＝1，\n2…，n，n为路灯节点总数，Mi为路灯节点i的输出正常的光照传感器的数目，Mi大于等于0，小于等于5，λi大于等于0，小于等于1，λi保存到监控中心的路灯节点信息数据库里面，同时保存在网关和备用网关的存储芯片里面；\n[0010] 2）、开启监控中心服务器，开启网关和备用网关，开启所有路灯节点，网关与备用网关组成基于ZigBee协议的物联网；\n[0011] 3）、所有n个路灯节点在五个面上的光照传感器感知五个方向来的光照度，路灯节点将这五个方向的光照信息进行融合从而确定开灯或者关灯的投票值ζi，i＝1，2…，n，ζi为0或者1，0表示关灯，1表示开灯，所述融合的方法是：若有一个路灯节点上有3个及\n3个以上的光照传感器感知的光强低于设置的开灯的光强的阈值，则ζi为1，若有3个及3个以上的传感器都感知的光强高于设置的关灯的光强的阈值，则ζi为0；\n[0012] 4）、所有路灯节点循环检测光照传感器数据，并周期性的通过Zigbee无线网络发送各自的开关灯投票值给网关节点，网关节点融合这些投票信息，决定所连接的路灯开灯还是关灯，具体方法为：计算投票数，V=∑ζi*λi，并将V与阈值T相比，T是预先在 网关中设置的一个开关灯票数的阈值；\n[0013] 5）、网关节点根据投票数V与T的比较结果决定开灯或者关灯，如果V大于T，则开灯，反之则关灯，此时网关节点将开关灯的决策命令通过Zigbee广播给所有在该网络中的路灯节点，路灯节点根据收到的开关灯命令控制其所在路灯的相应动作。\n[0014] 网关节点故障时，切换至备用网关节点，网关节点与备用网关节点的切换具体为：\n[0015] 所有路灯节点存储网管节点与备用网关节点的网络号，网关节点的网络号是A，备用网关节点的网络号是B，开始工作时，所有路灯节点先加入到网络号为A的网关节点中，与网关节点组成网络进行路灯控制工作，如果网关节点出现故障，所有路灯节点在尝试加入到网关节点失败设定的次数后，开始尝试加入到网络号为B的备用网关节点所组成的网络中，与备用网关节点组成网络进行路灯控制工作；监控中心服务器与网关节点和备用网关节点的周期性通信，获取它们的工作状态，以及所有路灯节点的工作状态，如果网关节点或者备用网关节点与监控中心服务器失去联系，则服务器发出相应的声音警告，提示监控人员进行现场维护，更换网关节点时只需要设置与原来网关节点相同的网络号即可；如果有路灯节点长时间不将投票数据发送给网关节点或者备用网关节点，则网关节点或备用网关节点将该路灯节电的工作状态发送给监控中心服务器，服务器发出相应的声音警告，提示监控人员进行现场维护；如果备用网关节点出现故障，则由网关节点代替备用网关节点对路灯节点进行控制，备用网关节点进行维修或者更换。\n[0016] 有益效果\n[0017] （1）本发明将路灯节点的五个方向的光照强度进行节点层的信息融合，对路灯周围环境进行全面检测，从而确定开关灯的投票，这大大提升了单个方向光照信息控制路灯的抗干扰能力；\n[0018] （2）本发明的路灯系统结合物联网和群体决策的方法，实现的路灯控制方法，将所有路灯节点的开关灯投票运用物联网技术进行信息融合，运用群体决策的思想进行路灯开关的最终投票表决，这大大减少了路灯开关灯的不一致性，并且多个路灯节电的光照传感器扩大了对光线的检测范围，提高了不易受到局部环境干扰，路灯控制系统的抗干扰能力，增强了路灯控制系统的自主性和智能性；\n[0019] （3）本发明的物联网使用网关节点和备用网关节点两个网关同时工作的方法，避免因网关故障对整个路灯系统造成的影响，同时将网关节点、备用网关节点、以及路灯节点所可能出现的故障信息向监控中心上报的方法保证了整个系统的稳定工作。\n附图说明\n[0020] 图1是本发明实施例的路灯系统组成示意图。\n[0021] 图2是本发明实施例的路灯节点组成示意图。\n[0022] 图3是本发明实施例的路灯节点立体示意图1。\n[0023] 图4是本发明实施例的路灯节点立体示意图2。\n[0024] 图5是本发明实施例的网关组成示意图。\n[0025] 图6是本发明实施例的网关立体示意图。\n[0026] 图7是本发明实施例的路灯控制方法描述图。\n[0027] 图8是本发明实施例的网关和备用网关自动替换方法描述图。\n具体实施方式\n[0028] 下面结合附图和实施例，对本发明的系统组成、工作原理和工作过程作进一步详细说明。\n[0029] 参照图1，一种基于物联网和群体决策的光控自治路灯系统由多个路灯节点1、网关节点2，备用网关节点3，监控中心4组成。参照图2、图3、图4，所述的路灯节点1安装在路灯杆面对路面的一侧，高度尽量高，要防止地面绿化带的影响，由节点盒、控制电路板1-3、节点ZigBee无线收发模块1-4、节点ZigBee天线1-5和5个光照传感器1-6-1、\n1-6-2、1-6-3、1-6-4、1-6-5、组成，光照传感器感测光照的表面朝节点盒向外并与节点盒表面重合，一方面保证光照传感器的正常感光，一方面保证光照传感器本体可以被节点盒所保护，节点盒由节点盒下盖1-1、节点盒上盖1-2组成，控制电路板、节点ZigBee无线收发模块和光照传感器设置在节点盒内，光照传感器的输出连接控制电路板，控制电路板与节点Zigbee无线收发模块连接，并与路灯控制装置电连接，节点Zigbee无线收发模块连接节点ZigBee天线。参照图5和图6，所述的网关节点2由安装盒、电路板2-3、GPRS无线收发模块2-4、GPRS天线2-5、网关ZigBee无线收发模块2-6和网关ZigBee天线2-7组成，安装盒包括安装盒下盖2-1及安装盒上盖2-2，网关电路板、GPRS无线收发模块、网关ZigBee无线收发模块设置在安装盒内，网关电路板与GPRS无线收发模块、网关ZigBee无线收发模块连接，GPRS无线收发模块连接GPRS天线，网关Zigbee无线收发模块连接网关ZigBee天线；所述监控中心由服务器和显示器组成；各路灯节点与网管节点以及备用网关节点通过Zigbee无线连接，网关节点通过GPRS与监控中心通信连接。所述的备用网关与网关的硬件组成相同，结果如图5和图 6所示，它们的区别是网络号不同，网络号用来区分不同的物联网网络。参照图1，所述的监控中心4由一台服务器和显示器组成。\n[0030] 参照图7，所述基于物联网和群体决策的光控自治路灯系统方法如下面几个步骤所示：\n[0031] 步骤S1，步骤S1-1，将所设计的路灯节点安装在已经有继电器等常规路灯控制装置的路灯上。步骤S1-2，根据路灯所处的周围环境情况确定该路灯的投票权重，具体做法是：路灯周围有树木等障碍物过多遮挡,导致有三个及三个以上的光照传感器输出比没有障碍物遮挡的路灯节点的光照传感器输出偏小，则该路灯节点的投票权重则小，反之则大；\n观察预测路灯周围建筑物灯光，会干扰夜晚路灯节点某个方向光照传感器工作的路灯节点其投票权重则小，反之则大，最终得到n个路灯的投票权重值λi=0.2*Mi，i＝1，2…n，Mi为路灯节点i的输出正常的光照传感器的数目，Mi大于等于0，小于等于5，λi大于等于0，小于等于1；步骤S1-3，将λi保存到监控中心的路灯节点信息数据库里面，同时将其保存在网关和备用网关的存储芯片里面；\n[0032] 步骤S2，步骤S2-1，开启监控中心服务器；步骤S2-2，开启网关和备用网关，网关与备用网关组成基于ZigBee协议的物联网；步骤S2-3，开启所有路灯节点；\n[0033] 步骤S3，步骤S3-1，所有n个路灯节点在五个面上的光照传感器可以感知五个方向来的光照度；步骤S3-2，路灯节点将这五个方向的光照信息进行融合从而确定开灯或者关灯的投票ζi，i＝1，2…n，ζi为0或者1，0表示关灯，1表示开灯，融合的方法是：若有\n3个及3个以上的传感器都感知到光线黑暗，低于设置的开灯的光强的阈值则ζi为1，若有3个及3个以上的传感器都感知到光线很亮，高于设置的关灯的光强的阈值则ζi为0；\n[0034] 步骤S4，步骤S4-1，所有路灯节点循环检测传感器数据，并周期性的通过物联网网络发送它们的开关灯投票给网关；步骤S4-2，网关融合这些投票信息，结合各路灯节点的投票权重值，决定开灯还是关灯，具体方法是，计算投票数，V=∑ζi*λi，并将V与阈值T相比，T是预先在网关中设置的一个开关灯投票数的阈值。\n[0035] 步骤S5，步骤S5-1，网关根据投票数V与T的比较结果决定开灯或者关灯，如果V大于T，则开灯，反之则关灯；步骤S5-2，网关将开关灯的决策命令广播给所有在该网络中的路灯节点；步骤S5-3，路灯节点根据收到的开关灯命令控制其路灯的相应动作。\n[0036] 参照图8，网关与备用网关的在系统中的交互工作方法步骤如下所示：\n[0037] 步骤P1，所有路灯节点存储了一个网络号A和一个网络号B，网络号是固化在路 灯节点的flash存储器中的。网关的网络号通过软件设置为A，备用网关的网络号通过软件设置为B。\n[0038] 步骤P2，开始工作时，所有路灯节点会先加入到网络号为A的网关所建立的网络中，与网关组成网络进行路灯控制工作。\n[0039] 步骤P3，如果网关出现故障，所有路灯节点多次尝试加入到网关失败后就开始尝试加入到网络号为B的备用网关所组成的网络中，与备用网关组成网络进行路灯控制工作。\n[0040] 步骤P4，监控中心服务器与网关和备用网关的周期性通信，了解它们的工作状态，以及所有路灯节点的工作状态。如果网关或者备用网关与监控中心服务器失去联系，则服务器发出相应的声音警告，提示监控人员需要进行现场检查维护，若需要更换网关时只需要设置与原来网关相同的网络号即可；如果有路灯节点长时间不将投票数据发送给网关或者备用网关，则它们将该消息发送给监控中心服务器，服务器发出相应的声音警告，提示监控人员需要进行现场维护。\n[0041] 步骤P5，如果备用网关出现故障，则网关代替备用网关与路灯节点进行工作，而备用网关会被维修或者更换。