本實用新型涉及嵌入式技術、路由算法、短距離無線通信技術和GPRS無線通訊技術，屬于電力電子領域，具體是一種路燈無線控制系統。

背景技術：

隨著我國城市化水平的不斷提高，城市的路燈照明系統的不斷擴大，節約電能、提高路燈系統管理水平，已經是急需要解決的課題。然而傳統路燈開關方式落后，如采用手動、光控、鐘控等方式，這些控制方式受季節、天氣和人為因素等影響，自動化管理水平低，極易造成極大的能源和人力浪費，已無法滿足當今照明管理范圍日益擴大化和道路照明技術要求更高化等要求。目前，各大城市路燈能源利用率仍然不高，使得路燈電費和管理費用仍是政府的一項巨大的財政支出。由于路燈設備在使用過程中存在著多種不確定因素，具有難以預料的特性，路燈無線監控系統作為一個監控路燈設備的系統，隨著當今社會越來越重視安全生產，該系統的安全和可靠性就顯的尤為重要。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，而提供一種路燈無線控制系統，這種控制系統與傳統的路燈監控系統相比，能提高系統的實時性、靈活性和安全性、實現低成本、綠色照明以及高效管理。

實現本實用新型目的的技術是：

一種路燈無線控制系統，包括

監控管理系統：所述監控管理系統實現的功能為：數據采集、數據管理、遠程控制、故障管理、負荷分析和預測、異常用電分析、電能質量數據統計、維護及故障記錄、遠程升級、打印服務；

數據集中器：所述數據集中器實現的功能為：通訊、智能主動上報、參數設置、數據讀取、路燈節點狀態及告警事件、重點路燈設備用電監測、自動線損分析、數據采集和處理、數據補抄、報警、自診斷和異常信息記錄、遠程控制、遠程和現場升級、日線損計算；

路燈監控器：所述路燈監控器實現的功能為：通信、計量、計時、測量及監測、事件記錄、顯示、報警、凍結、脈沖輸出、讀寫IC卡、投幣、合閘控制、電壓輸出；

監控管理系統與據集中器無線連接，數據集中器與路燈監控器無線連接。

所述的監控管理系統包括PC機和與之電連接的數據服務器、第一GPRS模塊和打印機， PC機為第一GPRS模塊提供監控短信命令。

所述的PC機是為管理者提供各種管理界面、發送短信命令以及其他服務等。

所述的數據服務器為設有數據庫服務器的計算機，是用來存儲監控管理系統的相關數據。

所述的數據集中器包括第一MCU和與之相連的第二GPRS模塊、第一計量模塊、可充電電池模塊、第一電源模塊、第一聲光報警模塊、第一433MHz無線通信模塊、第一設置按鍵模塊、安全模塊、第一LCD顯示模塊和第一數據存儲模塊，第二GPRS模塊與監控管理系統進行無線數據通信，第一電源模塊、第一計量模塊外接電力線，實現電源供應和電能計量。

所述的為第一MCU為STM32，STM32是數據集中器的核心，負責對各個模塊傳送來的數據進行處理。

所述的第二GPRS模塊，為數據集中器與監控管理系統或者不同區域的數據集中器的GPRS模塊進行遠程通信，提高路燈的監控范圍。

所述的第一計量模塊可對電力線的電壓、電流、功率、用電量、功率因數等數據進行測量，并把這些測量出來的數據轉化為數字信號，這些數字信號保存在計量芯片內部的寄存器中，第一MCU通過SPI接口可對這些寄存器進行讀或者寫操作。

所述的可充電電池模塊是當連接數據集中器的電力線斷電時，可充電電池能夠向數據集中器的各個模塊提供相應的電壓，以讓數據集中器在電力線斷電的情況下仍然能夠正常工作。

所述的第一電源模塊，主要由AC轉DC電路和各種穩壓器組成，它能夠輸出不同的電壓，以提供相應的電源給數據集中器的各個模塊。

所述的第一聲光警報模塊，是當數據集中器工作異常時，則發出聲光報警。

所述的第一433MHz無線通信模塊的作用是用來實現路燈監控器和數據集中器間的通信。

所述的第一設置按鍵模塊設有六個按鍵，四個按鍵是用來設置左、右、上、下、兩個按鍵是用來設置確認和取消，可用于設置數據集中器的區域號、ID號、查詢路燈節點狀態、參數設置與查看和路燈節點的管理與維護。

所述的安全模塊為芯片處理器，用于完成安全數據的存儲、認證和安全數據的加密、解密，當數據集中器的程序開始時，通過DES加密算法，得到臨時密鑰和認證密鑰，如果兩者相等，則程序往下運行，不等則停止運行，這樣就防止數據集中器的版權被無償盜用，起到安全保密的作用。

所述的第一LCD顯示屏模塊可顯示數據集中器的區域號、參數設置與查看、終端管理與維護等界面。

所述的第一數據儲存模塊的作用是存儲數據集中器用來采集和處理路燈節點狀態信息、歷史情況以及程序運行時所需要的數據等。

所述的路燈監控器包括第二MCU和與之相連的第二433MHz無線通信模塊、第二設置按鍵模塊、第二計量模塊、第二電源模塊、雙向繼電器驅動模塊、第二聲光警報模塊、第二數據儲存模塊、第二LCD顯示模塊、第二MCU、溫度傳感器、濕度傳感器和亮度傳感器及電源輸出模塊，電源輸出模塊與雙向繼電器驅動模塊相連接，第二計量模塊和第二電源模塊外接電力線，實現電源供應和電能計量。

所述的第二MCU為STM32，STM32是路燈監控器的核心，負責對各個模塊傳送來的數據進行處理。

所述的第二設置按鍵模塊有六個按鍵，四個按鍵是用來設置左、右、上、下；兩個按鍵是用來設置確認和取消，第二設置按鍵模塊用于設置路燈監控器的區域號、ID號、查詢路燈節點狀態、參數設置與查看和路燈節點的管理與維護。

所述的第二計量模塊可對電力線的電壓、電流、功率、用電量、功率因數等數據進行測量，并把這些測量出來的數據轉化為數字信號，這些數字信號保存在計量芯片內部的寄存器中，第二MCU通過SPI接口可對這些寄存器進行讀或者寫操作。

所述的第二電源模塊，主要由AC轉DC電路和各種穩壓器組成，它能夠輸出不同的電壓，以提供相應的電源給路燈監控器。

所述雙向繼電器驅動模塊為可產生兩路相位可變的反相高低電平的驅動磁保持繼電器。

所述的第二聲光警報模塊，是當路燈監控器設置參數錯誤或者電路異常時，發出警報聲與LED閃爍；或者是當路燈監控器的工作電流超過設定的上限值時，發出急速的警報聲與LED快速閃爍，并且通過第二MCU-STM32控制雙向繼電器驅動模塊控制磁保持繼電器，使路燈斷電。

所述的第二數據儲存模塊，是存儲充電終端的用電量信息以及程序運行時所需要的數據。

所述的第二LCD顯示模塊顯示路燈監控器周圍環境的溫度、濕度、亮度以及該路燈節點的用電量、警告。

監控管理系統通過Internet或者第一GPRS模塊與據集中器中第二GPRS模塊進行無線數據通信，而數據集中器則通過數據集中器中的第一433MHz無線通信模塊與路燈監控器中的第二433MHz無線通信模塊進行短距離無線通信。

在數據集中器的參與下，監控管理系統、數據集中器和路燈監控器之間可以互相通信，交換信息，其起到了監控管理系統和路燈監控器之間通信橋梁的作用。系統工作時，主要分為3種工作方式，第1種工作方式是監控管理系統往數據集中器發信息；第2種工作方式是數據集中器往監控管理系統或者路燈監控器發信息；第3種工作方式是路燈監控器往數據集中器發信息。

第1種工作方式：監控管理系統PC機通過Internet或者GPRS給數據集中器發送短信命令，集中器接收并解析PC機發來的命令，如果PC機發來的命令是要讀取路燈監控器的相關信息或者控制路燈通斷，則集中器就通過其433MHz無線通信模塊把集中器接收并解析PC機發來的命令由無線信號經路燈節點自組網傳送到目的路燈監控器，目的路燈監控器接收并解析集中器發來的數據幀，根據數據幀的相關指令，執行相應的操作或者經多個路燈節點的上級路由返回相對應的數據幀，集中器接受到路燈監控器返回的數據幀后，便通過GPRS模塊發送給監控管理系統相對應的數據幀。

第2種工作方式：則是與第1種情況剛好相反，即路燈監控器接收到外界信號如環境、電路異常等信號時，則路燈監控器通過433MHz無線通信模塊給數據集中器發送相應的數據幀，集中器接收并解析路燈監控器發來的數據幀，如果路燈監控器發來的數據幀是要讀取監控管理系統的相關信息，則集中器就通過其433MHz無線通信模塊接收并解析路燈監控器發來的數據幀，并通過GPRS模塊發送到監控管理系統，監控管理系統接收并解析集中器發來的數據幀，根據數據幀的相關指令，返回相對應的數據幀或者執行相應的操作。

第3種工作方式：集中器接收到外界信號如環境、電路異常等信號時，則集中器通過GPRS模塊給路燈監控器或者監控管理系統發送相應的數據幀，路燈監控器或者監控管理系統接收并解析集中器發來的數據幀，根據數據幀的相關指令，返回相對應的數據幀或者執行相應的操作。

這種控制系統與傳統的路燈監控系統相比，基于自組網技術的433MHz工業頻段無線路燈控制系統，采用無線通信與嵌入式技術相結合，提高了系統的實時性、靈活性和安全性、實現了低成本、綠色照明以及高效管理。

本實用新型的有益效果是：

采用多個433MHz無線通信模塊與少量GPRS模塊組成無線通信系統，安裝施工簡易快捷，無需鋪設專線, 模塊化安裝，降低了系統的成本和難度；

具有電量、電流、電壓、功率、功率因數、計時等計量參數并可在LCD顯示，方便工作人員現場了解路燈監控系統各節點的用電情況；

具有自動控制和警報功能。可保證工作日、節假日按不同的時間自動通、斷電，并且當路燈因某種原因引起電流過大時可自動斷電和發出警報功能，保護路燈設備；

路燈監控器之間采用自組網方式進行通信，大大提高了系統的抗毀能力，以及自適應能力，同時自組網方式還具有組網快速和可靠性高等特點；

本實用新型可廣泛應用于小區、機關單位、公司、學校、市區等場所的路燈監控。

這種控制系統與傳統的路燈監控系統相比，能提高系統的實時性、靈活性和安全性、實現低成本、綠色照明以及高效管理。

附圖說明

圖1是實施例監控管理系統的結構示意圖；

圖2是實施例監控管理系統的主程序工作流程示意圖；

圖3是實施例數據集中器的主程序工作流程示意圖；

圖4是實施例路燈監控器的主程序工作流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型內容作進一步的闡述，但不是對本實用新型的限定。

參見圖1，一種路燈無線控制系統，包括

監控管理系統：所述監控管理系統實現的功能為：數據采集、數據管理、遠程控制、故障管理、負荷分析和預測、異常用電分析、電能質量數據統計、維護及故障記錄、遠程升級、打印服務；

數據集中器：所述數據集中器實現的功能為：通訊、智能主動上報、參數設置、數據讀取、路燈節點狀態及告警事件、重點路燈設備用電監測、自動線損分析、數據采集和處理、數據補抄、報警、自診斷和異常信息記錄、遠程控制、遠程和現場升級、日線損計算；

路燈監控器：所述路燈監控器實現的功能為：通信、計量、計時、測量及監測、事件記錄、顯示、報警、凍結、脈沖輸出、讀寫IC卡、投幣、合閘控制、電壓輸出；

監控管理系統與據集中器無線連接，數據集中器與路燈監控器無線連接。

所述的監控管理系統包括PC機和與之電連接的數據服務器、第一GPRS模塊和打印機， PC機為第一GPRS模塊提供監控短信命令。

所述的PC機是為管理者提供各種管理界面、發送短信命令以及其他服務等。

所述的數據服務器為設有數據庫服務器的計算機，是用來存儲監控管理系統的相關數據。

所述的數據集中器包括第一MCU和與之相連的第二GPRS模塊、第一計量模塊、可充電電池模塊、第一電源模塊、第一聲光報警模塊、第一433MHz無線通信模塊、第一設置按鍵模塊、安全模塊、第一LCD顯示模塊和第一數據存儲模塊，第二GPRS模塊與監控管理系統進行無線數據通信，第一電源模塊、第一計量模塊外接電力線，實現電源供應和電能計量。

所述的為第一MCU 為STM32，STM32是數據集中器的核心，負責對各個模塊傳送來的數據進行處理。

所述的第二GPRS模塊，為數據集中器與監控管理系統或者不同區域的數據集中器的GPRS模塊進行遠程通信，提高路燈的監控范圍。

所述的第一計量模塊可對電力線的電壓、電流、功率、用電量、功率因數等數據進行測量，并把這些測量出來的數據轉化為數字信號，這些數字信號保存在計量芯片內部的寄存器中，第一MCU通過SPI接口可對這些寄存器進行讀或者寫操作。

所述的可充電電池模塊是當連接數據集中器的電力線斷電時，可充電電池能夠向數據集中器的各個模塊提供相應的電壓，以讓數據集中器在電力線斷電的情況下仍然能夠正常工作。

所述的第一電源模塊，主要由AC轉DC電路和各種穩壓器組成，它能夠輸出不同的電壓，以提供相應的電源給數據集中器的各個模塊。

所述的第一聲光警報模塊，是當數據集中器工作異常時，則發出聲光報警。

所述的第一433MHz無線通信模塊的作用是實現路燈監控器和數據集中器間的通信

所述的第一設置按鍵模塊設有六個按鍵，四個按鍵是用來設置左、右、上、下、兩個按鍵是用來設置確認和取消，可用于設置數據集中器的區域號、ID號、查詢路燈節點狀態、參數設置與查看和路燈節點的管理與維護。

所述的安全模塊為芯片處理器，用于完成安全數據的存儲、認證和安全數據的加密、解密，當數據集中器的程序開始時，通過DES加密算法，得到臨時密鑰和認證密鑰，如果兩者相等，則程序往下運行，不等則停止運行，這樣就防止數據集中器的版權被無償盜用，起到安全保密的作用。

所述的第一LCD顯示屏模塊可顯示數據集中器的區域號、參數設置與查看、終端管理與維護等界面。

所述的第一數據儲存模塊的作用是存儲數據集中器用來采集和處理路燈節點狀態信息、歷史情況以及程序運行時所需要的數據等。

所述的路燈監控器包括第二MCU和與之相連的第二433MHz無線通信模塊、第二設置按鍵模塊、第二計量模塊、第二電源模塊、雙向繼電器驅動模塊、第二聲光警報模塊、第二數據儲存模塊、第二LCD顯示模塊、第二MCU、溫度傳感器、濕度傳感器和亮度傳感器及電源輸出模塊，電源輸出模塊與雙向繼電器驅動模塊相連接，第二計量模塊和第二電源模塊外接電力線，實現電源供應和電能計量。

所述的第二MCU為STM32，STM32是路燈監控器的核心，負責對各個模塊傳送來的數據進行處理。

所述的第二設置按鍵模塊有六個按鍵，四個按鍵是用來設置左、右、上、下；兩個按鍵是用來設置確認和取消，第二設置按鍵模塊用于設置路燈監控器的區域號、ID號、查詢路燈節點狀態、參數設置與查看和路燈節點的管理與維護。

所述的第二計量模塊可對電力線的電壓、電流、功率、用電量、功率因數等數據進行測量，并把這些測量出來的數據轉化為數字信號，這些數字信號保存在計量芯片內部的寄存器中，第二MCU通過SPI接口可對這些寄存器進行讀或者寫操作。

所述的第二電源模塊，主要由AC轉DC電路和各種穩壓器組成，它能夠輸出不同的電壓，以提供相應的電源給路燈監控器。

所述雙向繼電器驅動模塊為可產生兩路相位可變的反相高低電平的驅動磁保持繼電器。

所述的第二聲光警報模塊，是當路燈監控器設置參數錯誤或者電路異常時，發出警報聲與LED閃爍；或者是當路燈監控器的工作電流超過設定的上限值時，發出急速的警報聲與LED快速閃爍，并且通過第二MCU-STM32控制雙向繼電器驅動模塊控制磁保持繼電器，使路燈斷電。

所述的第二數據儲存模塊，是存儲充電終端的用電量信息以及程序運行時所需要的數據。

所述的第二LCD顯示模塊顯示路燈監控器周圍環境的溫度、濕度、亮度以及該路燈節點的用電量、警告。

監控管理系統通過Internet或者第一GPRS模塊與據集中器中第二GPRS模塊進行無線數據通信，而數據集中器則通過數據集中器中的第一433MHz無線通信模塊與路燈監控器中的第二433MHz無線通信模塊進行短距離無線通信。

在數據集中器的參與下，監控管理系統、數據集中器和路燈監控器之間可以互相通信，交換信息，其起到了監控管理系統和路燈監控器之間通信橋梁的作用。系統工作時，主要分為3種工作方式，第1種工作方式是監控管理系統往數據集中器發信息；第2種工作方式是數據集中器往監控管理系統或者路燈監控器發信息；第3種工作方式是路燈監控器往數據集中器發信息。

第1種工作方式：監控管理系統PC機通過Internet或者GPRS給數據集中器發送短信命令，集中器接收并解析PC機發來的命令，如果PC機發來的命令是要讀取路燈監控器的相關信息或者控制路燈通斷，則集中器就通過其433MHz無線通信模塊把集中器接收并解析PC機發來的命令由無線信號經路燈節點自組網傳送到目的路燈監控器，目的路燈監控器接收并解析集中器發來的數據幀，根據數據幀的相關指令，執行相應的操作或者經多個路燈節點的上級路由返回相對應的數據幀，集中器接受到路燈監控器返回的數據幀后，便通過GPRS模塊發送給監控管理系統相對應的數據幀。

第2種工作方式：則是與第1種情況剛好相反，即路燈監控器接收到外界信號如環境、電路異常等信號時，則路燈監控器通過433MHz無線通信模塊給數據集中器發送相應的數據幀，集中器接收并解析路燈監控器發來的數據幀，如果路燈監控器發來的數據幀是要讀取監控管理系統的相關信息，則集中器就通過其433MHz無線通信模塊接收并解析路燈監控器發來的數據幀，并通過GPRS模塊發送到監控管理系統，監控管理系統接收并解析集中器發來的數據幀，根據數據幀的相關指令，返回相對應的數據幀或者執行相應的操作。

第3種工作方式：集中器接收到外界信號如環境、電路異常等信號時，則集中器通過GPRS模塊給路燈監控器或者監控管理系統發送相應的數據幀，路燈監控器或者監控管理系統接收并解析集中器發來的數據幀，根據數據幀的相關指令，返回相對應的數據幀或者執行相應的操作。

具體的：

對于路燈監控器，當出現以下三種情況：定時任務、電路、環境等情況異常、集中器請求數據幀，MCU便接收這三種情況的信息，MCU根據定時任務、異常情況、請求數據幀類型得出相應的控制信號。若定時任務，則MCU向LCD發送相應信息，通過LCD顯示路燈通斷、環境、電流、電壓等情況，同時打開雙向繼電器，使路燈通電變亮。當異常情況出現，如繼電器打開時，感光傳感器未檢測到光亮，則聲光報警模塊發出警報信號，并通過LCD顯示相應錯誤信息。當路燈通電變亮時，計量模塊對輸出到路燈上的電壓、電流、功率、電量等用電信息轉換為數字信號，這些數字信號通過SPI接口傳送給MCU，如果此時路燈的工作電流超過設定的上限值，則聲光報警模塊發出急速的警報聲與LED快速閃爍，并且LCD顯示相應警告信息，同時MCU控制雙向繼電器驅動模塊控制磁保持繼電器，使路燈斷電。如果路燈的工作電流正常，則MCU向LCD發送相應信息，通過LCD顯示用電信息等情況。在完成上述控制的同時路燈監控器的MCU向其433M無線通信模塊發送或接收相應的數據幀，通過事先由各路燈節點形成的自組網向數據集中器發送或接收無線信號，無線信號的收發都是以數據幀的格式進行。對于數據集中器，其433M無線通信模塊從路燈監控器接收或發送無線信號時，其MCU對接收或發送的無線信號進行解析、封裝，并通過GPRS模塊向監控管理系統發送或接收數據幀。對于監控管理系統，當其PC機的以太網模塊或者GPRS模塊接收集中器發送來的數據包或者發送數據包給集中器時，PC機根據接收或發送的數據包信息做出相對應的處理，并更新數據服務器的數據，同時通過PC機的監控管理軟件實時顯示各路燈的工作情況和用電信息等，從而達到實時監控，遠程控制的目的。

參見圖2，在步驟S201程序開始，接著執行步驟S202系統及各模塊初始化；初始化完之后，執行步驟S203系統有異常情況嗎，如果有執行步驟S204異常處理，如果沒有則執行步驟S205等待數據，如果有數據到來，則執行步驟S206數據中斷處理，由于數據的來源可能有三種：GPRS模塊接收到的數據經過串口傳給計算機的數據、Internet通過網線傳遞給計算機網卡的數據和計算機應用程序下發的命令數據所以當數據到來經過相對應的中斷處理后，執行步驟S207解析數據類型，當解析得到數據類型后，執行步驟S208監控管理系統任務。由于監控管理系統的程序以模塊化進行設計，根據數據類型執行相對應的系統任務數據收發處理、數據存儲處理、控制處理、故障警告處理，當執行相應的任務結束后，則后返回執行步驟S203，以便時刻檢查路燈監控系統的工作情況。

參見圖3，在步驟S301程序開始，接著執行步驟S302讀取參數，接著執行步驟S303集中器各個模塊初始化，初始化完成后，系統執行步驟S304 LCD顯示，接著執行步驟S305讀取系統時間，讀取完之后接著執行步驟S306系統有異常情況嗎，如果有則執行步驟S307異常處理程序，即判斷是那些情況出現異常，記錄相應的情況,并對其進行處理。如果否則執行步驟S308等待集中器任務的到來，由于該程序是以模塊化進行設計，主程序只需等待任務的到來，當任務到來時執行相應的操作，使得程序簡潔以及實時性更加強，根據不同的任務可執行計量處理、控制處理、數據收發處理、433M無線通信處理、按鍵處理、數據存儲處理、GPRS處理、故障警告處理，當執行相應的任務結束后，則后返回執行步驟S306，以便時刻檢查檢查路燈監控系統的工作情況。

參見圖4，在步驟S401程序開始，接著程序執行步驟S402讀取參數，接著執行步驟S403監控器各個模塊初始化，初始化完成后，執行步驟S404 LCD顯示，當上述初始化以及LCD顯示相關信息完成之后，執行步驟S405有異常情況嗎，如果有則執行步驟S406異常處理，即程序檢查相應的異常情況，判斷是那些異常情況出現，并對異常情況進行相應的處理；由于該程序是也是以模塊化進行設計，主程序只需等待任務的到來，如果任務到來，則執行相應的操作，所以如果無異常情況，則主程序則執行步驟S407等待路燈監控器任務的到來，當任務到來時執行相應的操作，使得程序簡潔以及實時性更加強，根據不同的任務可執行計量處理、控制處理、數據收發處理、433M無線通信處理、按鍵處理、數據存儲處理、故障警告處理，當執行相應的任務結束后，則后返回執行步驟S406，以便時刻檢查檢查路燈監控系統的工作情況。