CN105554979A - 一种室内照明节能控制和人群活动监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种室内照明节能控制和人群活动监控装置，装置主要由PLC感应式智能灯具，PLC网关和计算机监控终端组成。系统装置采用电力载波通信和灯联网技术，将室内传统的人体感应式灯具连接起来组成一个通信网络，PLC感应式智能灯具之间通过电力线相互发送控制信息，从而实现一个区域内多个灯具协同照明控制，可以在不影响照明体验的情况下实现节能优化控制。同时，所有的智能灯具的感应触发和复位信息通过PLC网关和WiFi网络实时的传送至计算机监控终端的数据库中，通过对所有灯具的感应触发和复位信息及对应的时间信息大数据进行统计分析，可以有效的获取任意时间点的室内公共场所的人群活动热点分布状况。

Description

一种室内照明节能控制和人群活动监控装置

技术领域

本发明面向室内照明节能控制、人群流量监控和灯联网三个技术领域，提出了一种室内照明节能控制和人群活动监控装置。

背景技术

目前，室内公共场所（例如：大型建筑室内走廊、停车场、地铁站通道等）的照明灯具大部分采用“全天候亮灯、恒照度”的模式，即使某些时段行人非常稀少，照明灯具仍然全功率运作，这种模式造成了电能的巨大浪费。为了解决此问题，有部分室内照明灯具采用了“分时段功率亮度调节”模式，这种模式对单个灯具进行功率参数设置，使得单个灯具在某个时段按照设定的功率进行亮灯，例如18:00-23:00全功率亮，23:00-6:00半功率亮，但是这种节能模式仍然不是最优。由于室内公共场所的灯具是为通道和走廊上的行人提供照明，但通道和走廊上并不是每时每刻都有行人。因此灯具节能的最优策略是当有行人时亮灯，没有行人时熄灯。要想实现“节能最优策略”模式，灯具必须像人一样具有智慧，能够识别出行人并及时做出反应亮灯，目前通用的解决方法是在单个灯具上安装红外感应模块或微波雷达感应模块，这种人体感应式灯具在楼道中已经得到了很好的应用，但是如果将这种人体感应式灯具应用在大型室内公共场所的环境中，由于这些灯具之间是独立的，相互之间互不影响关联，行人的行进前方仍然会处于非照明状态，这会影响行人的方向判断和整体照明体验。

发明内容

为了克服上述技术中的缺陷与不足，本发明基于灯联网技术的思想，采用电力载波通信(PLC)技术将室内所有的人体感应式灯具连接起来组成一个通信网络，使得相邻的人体感应式灯具之间可以相互发送控制信息，从而实现一个区域内多个灯具协同照明控制，可以在不影响照明体验的情况下实现最优化节能控制。由于每个灯具均安装有一个人体感应模块，将其与灯具控制模块相关联，可实现人群活动热点监控功能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种室内照明节能控制和人群活动监控装置，包括多个PLC感应式智能灯具、PLC网关、低压电力线、WiFi网络和计算机监控终端；

所述的PLC感应式智能灯具由平板灯具、人体感应探头、人体感应模块、灯具驱动电源、单片机系统模块、开关管控制模块、PLC电力载波数据收发模块和AC/DC电源组成。人体感应探头安装在平板灯灯罩上，用于感知行人，人体感应探头通过驱动控制线路与人体感应模块相连，人体感应模块通过驱动控制线路与单片机系统模块的I/O口引脚相连，单片机系统模块的收发数据引脚与PLC电力载波数据收发模块相连，PLC电力载波数据收发模块的数据收发端与220V低压电力线相连，单片机系统模块接收到的人体感应触发信息通过PLC电力载波数据收发模块传输至电力线上；单片机系统模块通过驱动控制线路与开关管控制模块连接，开关管控制模块的一端与灯具驱动电源的负极相连接，另一端与灯具光源的负极相连接，单片机系统模块通过驱动开关管控制模块实现平板灯具的开关控制，灯具驱动电源的AC端口分别与220V市电的火线和零线相连；单片机系统模块的PWM引脚与灯具驱动电源的PWM端相连，单片机系统模块通过驱动灯具驱动电源实现灯具功率亮度的调节；AC/DC电源的AC端与220V市电相连，DC端与单片机控制模块和PLC电力载波数据收发模块的供电引脚相连，为两模块提供合适的工作电压。每个PLC感应式智能灯具拥有唯一的地址编码（PLC-ID）。

所述的PLC网关由嵌入式处理器最小系统、PLC电力载波数据收发模块、WiFi无线数据传输模块、数据存储模块和AC/DC电源组成。PLC电力载波数据收发模块的的收发引脚与嵌入式处理器最小系统相连，嵌入式处理器最小系统与WiFi无线数据传输模块和数据存储模块相连，PLC网关的功能是将PLC电力载波数据转换成WiFi无线通信数据，同时将一些实时数据存储在数据存储模块中；AC/DC电源一端与220V市电相连，一端与嵌入式处理器最小系统、PLC电力载波数据收发模块、WiFi无线数据传输模块的供电引脚相连，为三模块提供合适的工作电压。

所述的计算机监控终端包括前台监控操作界面和数据库两大部分。数据库用来存储PLC感应式智能灯具的地址编码，灯具的工作状态（亮或熄）、灯具触发信息的起始时间和结束时间。前台监控操作界面用来显示每个PLC感应式智能灯具所在位置的人群热点信息，从而可以跟踪任意时间点的室内公共场域的人群分布状态；前台监控操作界面可以对所有智能灯具进行区域分组和关联，实现多个灯具协同照明控制，还以操作数据库查看灯具过去任意时刻的工作状态和触发信息。

通过以上电路和系统结构设计，本发明的工作原理为：

PLC感应式智能灯具和PLC网关被分配一个独一无二的PLC-ID号，每一个PLC感应式智能灯具均有一组多个智能灯具与之相关联，当行人经过一个PLC灯具下方，灯具的人体感应探头会产生一个感应触发信息交由单片机系统模块处理，单片机系统模块会驱动开关管控制模块控制灯具光源亮灯，同时将感应触发信息交给PLC电力载波数据收发模块，PLC电力载波数据收发模块将感应触发信息传送至电力线上，感应触发信息通过电力线传送至与本灯具相关联的智能灯具，从而触发相关联的多个智能灯具亮灯，感应触发信息通过电力线传送至PLC网关，PLC网关将信息转换成WiFi信息，将信息传至WiFi网络中，联网的计算机监控终端接收到此感应触发信息，立即关联对应的时间，将感应触发信息和时间存储至数据库中。当行人离开此灯具下方，灯具的人体感应探头会产生一个感应复位信息，此时，单片机系统模块会产生一个延时时钟信号控制灯具光源延时熄灯或者通过PWM引脚驱动灯具驱动电源逐渐降低光源亮度进行延时熄灯，同时将感应复位信息交给PLC电力载波数据收发模块，PLC电力载波数据收发模块将感应复位信息传送至电力线上，感应复位信息通过电力线传送至与本灯具相关联的智能灯具，从而触发相关联的多个智能灯具进行延时熄灯操作，感应复位信息通过电力线传送至PLC网关，PLC网关将信息转换成WIFI信息，将信息传至WIFI网络中，联网的计算机监控终端接收到此感应复位信息，立即关联对应的时间，将感应复位信息和时间存储至数据库中。用户可以通过对数据库中的所有灯具的感应触发和复位信息及对应时间进行统计分析获取任意时间点的区域内的人群活动热点分布状况。

本发明的有益效果在于：所提出的一种室内照明节能控制和人群活动监控装置，采用PLC灯联网技术将传统的感应式灯具连接起来，实现了一个灯具和与之相关联的灯具协同照明的功能，在不影响行人的照明体验的情况下实现了节能优化，同时，由于所有的智能灯具的感应触发和复位信息会实时的传送至计算机监控终端中的数据库中，通过对感应触发和复位信息及对应的时间大数据进行统计分析，可以有效的获取任意时间点的室内公共场所的人群活动热点分布状况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

图1是一种室内照明节能控制和人群活动监控装置整体架构和方法示意图。

图2是一种室内照明节能控制和人群活动监控装置中的PLC感应式智能灯具电路结构图。

图3是一种室内照明节能控制和人群活动监控装置中的PLC网关电路结构图。

图中：100、PLC感应式智能灯具，200、PLC网关，300、低压电力线，400、WiFi无线网络，500、计算机监控软件系统，600、行人，700、室内公共场所，101、平板灯具，102、人体感应探头，103、人体感应模块，104、灯具驱动电源，105、单片机系统模块，106、开关管控制模块，107、PLC电力载波数据收发模块，108、AC/DC电源，110、驱动控制线路，120、交流电导线，130、低压直流电导线，140、220V电力线，201、嵌入式处理器最小系统，202、WiFi无线数据传输模块，203、数据存储模块，210、数据传输和控制线路。

具体实施方式

图1所示为一种室内照明节能控制和人群活动监控装置整体架构和方法示意图。本实施例由室内公共场所700上的多个PLC感应式智能灯具100、PLC网关200、低压电力线300、WiFi无线网络400和计算机监控软件系统500组成，多个PLC感应式智能灯具100和PLC网关200挂接在一条低压电力线300上，PLC感应式智能灯具100和PLC网关200通过低压电力线300相互通信，相互发送控制信息。每个PLC感应式智能灯具100均被分配一个独一无二的PLC-ID编号。计算机监控终端500可以通过PLC网关200对低压电力线300上挂载的所有灯具100进行关联参数设置，如图1虚线方框内所示，本实施例中的PLC-ID编号为L006的灯具100的关联灯具100编号为L003、L004、L005、L007、L008、L009。本实施例中的PLC-ID编号为L007的灯具100的关联灯具100编号为L004、L005、L006、L008、L009、L010；当行人600行至L006号灯具下方，会触发L006号灯具100的人体感应探头102产生感应触发信息，此时，L006号灯具100会通过低压电力线300向L003-L009之间的所有灯具100发出亮灯控制信号，L003-L009之间的所有灯具100进入亮灯状态，同时会向PLC网关200发送L006号灯具100的感应触发信息，PLC网关200会将L006号灯具100感应触发信息通过WiFi无线网络400发送至计算机监控终端500，计算机监控终端500接收到L006号灯具100感应触发信息后，会将此感应触发信息和对应的时间存储在数据库中的L006号灯具100对应的表中；当行人600离开L006号灯具100时，L006号灯具100探头会产生感应复位信息，此时，L006号灯具100会通过低压电力线300向L003-L009之间的所有灯具100发出延时熄灯信号，L003-L009之间的所有灯具100会进入延时熄灯状态，同时会向PLC网关200发送L006号灯具100的感应复位信息，PLC网关200会将此信息通过WiFi无线网络400发送至计算机监控终端500，计算机监控终端500接收到L006号灯具100感应复位信息后，会将此感应复位信息和对应的时间存储在数据库中的L006号灯具100对应的表中。当行人600继续行至L007号灯具100下方，会触发L007号灯具100探头产生感应触发信息，此时，L007号灯具100会通过低压电力线300向L004-L010之间的所有灯具100发出亮灯控制信号，L004-L010之间的所有灯具100进入亮灯状态，而L003号灯具100仍然处于延时熄灯状态。计算机监控终端500通过对数据库中的所有灯具100的感应触发信息和感应复位信息所对应的时间进行统计分析计算，可在前台操作监控界面上显示出任意时间点的人群活动热点分布示意图。

图2是一种室内照明节能控制和人群活动监控装置中的PLC感应式智能灯具100电路结构图，PLC感应式智能灯具100由平板灯具101、人体感应探头102、人体感应模块103、灯具驱动电源104、单片机系统模块105、开关管控制模块106、PLC电力载波数据收发模块107和AC/DC电源108组成。人体感应探头102安装在平板灯具101灯罩上，用于感知行人600，人体感应探头102通过驱动控制线路110与人体感应模块103相连，人体感应模块103通过驱动控制线路110与单片机系统模块105的I/O口引脚相连，单片机系统模块105的收发数据引脚通过驱动控制线路110与PLC电力载波数据收发模块107相连，PLC电力载波数据收发模块107的数据收发引脚与220V电力线140相连，单片机系统模块105接收到的人体感应触发信息通过PLC电力载波数据收发模块107传输至电力线上；单片机系统模块105通过驱动控制线路110与开关管控制模块106连接，开关管控制模块106的一端通过低压直流电导线130与灯具驱动电源104的负极相连接，另一端与平板灯具101的负极相连接，单片机系统模块105通过驱动开关管控制模块实现平板灯具101的开关控制，灯具驱动电源104的输入端分别与220V电力线140的火线和零线相连；单片机系统模块105的PWM引脚与灯具驱动电源104的PWM端相连，单片机系统模块105通过驱动灯具驱动电源104实现灯具功率亮度的调节；AC/DC电源108的AC端口通过交流电导线120与220V电力线140相连，DC端口通过低压直流电导线130与单片机系统模块105和PLC电力载波数据收发模块107的供电引脚相连，为两模块提供合适的工作电压。

图3是一种室内照明节能控制和人群活动监控装置中的PLC网关200电路结构图，PLC网关200由嵌入式处理器最小系统201、PLC电力载波数据收发模块107、WiFi无线数据传输模块202、数据存储模块203和AC/DC电源108组成。PLC电力载波数据收发模块107的收发引脚通过驱动控制线路110与嵌入式处理器最小系统201相连，嵌入式处理器最小系统201通过数据传输和控制线路210与WiFi无线数据传输模块202和数据存储模块203相连，PLC网关200的功能是将PLC电力载波数据转换成WiFi无线通信数据，同时将一些实时数据存储在数据存储模块中；AC/DC电源108的AC端口通过交流电导线120与220V电力线140相连，DC端口与嵌入式处理器最小系统201、PLC电力载波数据收发模块107、WiFi无线数据传输模块202的供电引脚相连，为三模块提供合适的工作电压。

一种室内照明节能控制和人群活动监控装置中的计算机监控终端由前台监控操作界面和数据库两大部分组成。数据库用来存储PLC感应式智能灯具的地址编码，灯具的工作状态（亮或熄）、灯具触发信息的起始时间和结束时间。前台监控操作界面用来显示每个PLC感应式智能灯具所在位置的人群热点信息；前台监控操作界面可以对所有智能灯具进行区域分组和关联，实现多个灯具协同照明控制，还可以操作数据库查看灯具过去任意时刻的工作状态和触发信息。

本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以扩展到更多的场景。例如为了进一步提高整体照明效果，一个PLC智能灯具可以关联更多的相邻的智能灯具，人体感应模块如果采用可以判断行人移动方向的微波雷达，可以将关联的灯具和行人运动方向相结合，仅仅控制行人的行进前方的灯具亮灯，进一步优化节能，等等。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种室内照明节能控制和人群活动监控装置，包括多个PLC感应式智能灯具100、PLC网关200、低压电力线300、WiFi无线网络400和计算机监控终端500；其特征在于，室内公共场所700上的所有PLC感应式智能灯具100通过低压电力线300通信互相发送照明协同控制信号，每个PLC感应式智能灯具100均被分配一个独一无二的PLC-ID编号，计算机监控终端500通过WiFi无线网络400和PLC网关200对电力线300上挂载的所有智能灯具100进行关联参数设置；当行人600进入某个PLC感应式智能灯具100的探测范围内，触发灯具的人体感应探头102产生感应触发信息，灯具100会通过电力线300向与之关联的所有灯具100发出亮灯控制信号，灯具100和其关联的多个灯具100进入亮灯状态，同时向PLC网关200发送此灯具100的感应触发信息，PLC网关200将灯具100感应触发信息通过WiFi无线网络400发送至计算机监控终端500，计算机监控终端500接收到灯具100感应触发信息后，将此感应触发信息和对应的时间存储在数据库中的此灯具100对应的表中；当行人600离开某个灯具100时，灯具100的人体感应探头102产生感应复位信息，灯具100通过电力线300向与其关联的所有灯具100发出延时熄灯信号，此灯具100和其关联的所有灯具100会进入延时熄灯状态，同时向PLC网关200发送感应复位信息，PLC网关200将此信息通过WiFi无线网络400发送至计算机监控终端500，计算机监控终端500接收到此灯具100感应复位信息后，将此感应复位信息和对应的时间存储在数据库中的此灯具100对应的表中，计算机监控终端500通过对数据库中的所有灯具100的感应触发信息和感应复位信息所对应的时间进行统计分析计算，在前台操作监控界面上显示出任意时间点的人群活动热点分布状况。

2.一种室内照明节能控制和人群活动监控装置中的PLC感应式智能灯具100，其特征在于，PLC感应式智能灯具100由平板灯具101、人体感应探头102、人体感应模块103、灯具驱动电源104、单片机系统模块105、开关管控制模块106、PLC电力载波数据收发模块107和AC/DC电源108组成，人体感应探头102安装在平板灯具101灯罩上，人体感应探头102通过驱动控制线路110与人体感应模块103相连，人体感应模块103通过驱动控制线路110与单片机系统模块105的I/O口引脚相连，单片机系统模块105的收发数据引脚通过驱动控制线路110与PLC电力载波数据收发模块107相连，PLC电力载波数据收发模块107的数据收发引脚与220V电力线140相连；单片机系统模块105通过驱动控制线路110与开关管控制模块106连接，开关管控制模块106的一端通过低压直流电导线130与灯具驱动电源104的负极相连接，另一端与平板灯具101的负极相连接，灯具驱动电源104的输入端分别与220V电力线140的火线和零线相连；单片机系统模块105的PWM引脚与灯具驱动电源104的PWM端相连；AC/DC电源108的AC端口通过交流电导线120与220V电力线140相连，DC端口通过低压直流电导线130与单片机系统模块105和PLC电力载波数据收发模块107的供电引脚相连。

3.一种室内照明节能控制和人群活动监控装置中的PLC网关200，其特征在于，PLC网关200由嵌入式处理器最小系统201、PLC电力载波数据收发模块107、WiFi无线数据传输模块202、数据存储模块203和AC/DC电源108组成，PLC电力载波数据收发模块107的收发引脚通过驱动控制线路110与嵌入式处理器最小系统201相连，嵌入式处理器最小系统201通过数据传输和控制线路210与WiFi无线数据传输模块202和数据存储模块203相连；AC/DC电源108的AC端口通过交流电导线120与220V电力线140相连，DC端口与嵌入式处理器最小系统201、PLC电力载波数据收发模块107、WiFi无线数据传输模块202的供电引脚相连。

4.一种室内照明节能控制和人群活动监控装置中的计算机监控终端500，其特征在于，包括前台监控操作界面和数据库两大部分，数据库用来存储PLC感应式智能灯具的地址编码，灯具的工作状态（亮或熄）、灯具触发信息的起始时间和结束时间，前台监控操作界面用来显示每个PLC感应式智能灯具所在位置的人群热点信息；前台监控操作界面通过对所有智能灯具进行区域分组和关联设置，实现多个灯具协同照明控制，还可以操作数据库查看灯具过去任意时刻的工作状态和触发信息。