一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备，包括控制中心、LTE公共电信网和若干个ZigBee无线局域网；所述ZigBee无线局域网包括一个网关和若干个单灯控制器；所述网关北向通过LTE公共电信网与控制中心进行数据通信，网关南向通过ZigBee网络与单灯控制器进行数据通信；所述单灯控制器加入网关创建的ZigBee局域网进行数据通信，对路灯进行远程开灯或关灯、调光控制、工况监测和故障报警。本发明专利技术解决了传统ZigBee单灯控制系统响应时间长和通信盲点的问题，再结合一定内相邻网关不分配相同频点和错峰应答的机制，提高了ZigBee单灯控制器的通信效率和实用性。灯控制器的通信效率和实用性。灯控制器的通信效率和实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备及方法


[0001]本专利技术涉及城市照明智能化
，尤其涉及采用ZigBee和LTE通信的单灯控制系统。

技术介绍

[0002]目前基于ZigBee通信的城市照明单灯控制系统，大多是采用系统平台、集中控制器和单灯控制器的三层架构，在控制中心或云平台部署平台软件，在路灯配电柜安装集中控制器，在路灯灯杆安装单灯控制器，单灯控制器须经过集中控制器中转才能实现与平台间的通信。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗无线局域网协议，有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等特点，但受ZigBee芯片片上资源的限制，ZigBee户外实际应用的组网能力要远小于它的理论值。通常一个路灯配电柜供电和管控的路灯数可达几百个，最大供电半径可达1公里，而ZigBee通信在户外环境下点到点的有效通信距离为300～500米，因此每个配电柜设置集中控制器的ZigBee单灯控制系统需要采用多级中继，才能使所有路灯的单灯控制器加入网络实现有效通信。如遇到建筑等遮挡物导致的ZigBee通信盲点，也需要增加中继才能实现有效通信。
[0003]因此，传统的、依托配电柜设置集中控制器的ZigBee单灯控制系统响应时间长且有通信盲点，亟待专利技术新的技术方法，提高ZigBee单灯通信的有效性和实用性。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术提供了一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备及方法，本专利技术解决了传统ZigBee单灯控制系统响应时间长和通信盲点的问题，大大提高了ZigBee单灯控制器的通信效率和实用性。
[0005]技术方案：
[0006]一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备，包括控制中心、LTE公共电信网和若干个ZigBee无线局域网；所述ZigBee无线局域网包括一个网关和若干个单灯控制器；所述网关北向通过LTE公共电信网与控制中心进行数据通信，网关南向通过ZigBee网络与单灯控制器进行数据通信；所述单灯控制器加入网关创建的ZigBee局域网进行数据通信，对路灯进行远程开灯或关灯、调光控制、工况监测和故障报警等。
[0007]进一步地，所述控制中心可以替换为云平台。
[0008]进一步地，所述网关包括第一电源模块、第一处理单元、第一ZigBee通信模块、LTE通信模块、第一监测单元、第一输出控制单元、第一天线、第二天线和第一外壳；其中，第一ZigBee通信模块与第一处理单元的第一串口连接，LTE通信模块与第一处理单元的第二串口连接，监测单元与第一处理单元的SPI接口连接，输出控制单元与第一处理单元通过普通I/O口连接，第一天线与ZigBee通信模块连接，第二天线与LTE通信模块连接，第一电源模块对第一处理单元、第一ZigBee通信模块、LTE通信模块、第一监测单元和第一输出控制单元进行供电；所述单灯控制器包括第二电源模块、第二处理单元、第二ZigBee通信模块、第二
监测单元、第二输出控制单元、第三天线和第二外壳；其中，第二ZigBee通信模块与第二处理单元的串口连接，第二监测单元与第二处理单元的SPI接口连接，第二输出控制单元与第二处理单元的普通I/O口连接，第三天线连接到第二ZigBee通信模块上，第二电源模块给第二处理单元、第二ZigBee通信模块、第二监测单元和第二输出控制单元供电。
[0009]进一步地，所述网关和单灯控制器可安装在灯头上或者安装在灯杆检修口内。
[0010]进一步地，在每个ZigBee无线局域网中，平台根据户外环境下ZigBee的有效通信距离和ZigBee局域网的有效节点数对路灯进行分组；ZigBee户外有效通信距离为ZigBee点对点或通过一级中继可达到的最远通信距离，实测结果表明户外有效通信距离约为400米；有效节点数为ZigBee局域网中子节点的数量，当超过该数量容易导致网络堵塞，实测结果表明有效节点数约为40个；网关部署在本ZigBee局域网所有路灯地理空间的中心位置。
[0011]一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的方法，包括如下步骤：
[0012]步骤1、控制中心或云平台对路灯进行分组，建立以网关为中心的ZigBee无线局域网，网关通过LTE公网与控制中心或云平台进行数据通信；
[0013]步骤2、控制中心或云平台分配网关的通信频点；
[0014]步骤3、控制中心或云平台将已分好组的单灯控制器的全球唯一ID关联至所属的网关中；
[0015]步骤4、网关与单灯控制器间的下行数据通信采用广播方式发送，上行数据通信采用分时方式发送。
[0016]进一步地，步骤1具体为：控制中心或云平台根据ZigBee的有效通信距离和ZigBee局域网的有效节点数将发布在城市街道、广场和园区等处的路灯进行分组，每组部署一个网关和若干个单灯控制器，组成一个局域网，网关通过LTE公共电信网与平台进行数据通信。
[0017]进一步地，步骤2具体为：所述控制中心或云平台根据网关在地图上的地理位置，按照2千米内相邻网关不分配相同频点的原则，分配各个网关的ZigBee无线通信频点，ZigBee无线通信具有16个不同的工作频点，16个频点的值是11
‑
26。
[0018]进一步地，步骤3具体为，每个单灯控制器及网关出厂时都写入了一个全球唯一ID，控制中心或云平台将每组单灯控制器的ID通过LTE公共电信网下发至所属的网关中，网关将这些ID设置为白名单，每个单灯控制器只能加入到其关联网关所创建的ZigBee无线局域网中。
[0019]进一步地，步骤4包括如下步骤：
[0020]步骤4.1，控制中心或云平台以组为单位根据实际操作进行下行数据组帧，包括开或关灯控制、调光控制、工况查询、参数设置和查询、故障查询等指令，并将本组内需要操作的单灯控制器ID添加到数据帧中；
[0021]步骤4.2，将组好的数据帧通过LTE公网发送给网关；
[0022]步骤4.3，网关采用广播方式将接收到的数据帧发送至本组的所有单灯控制器，平台软件可对单个或多个单灯控制器同时进行操作；
[0023]步骤4.4，单灯控制器接收到数据帧后，将本地存储的ID与数据帧中所有被点名的单灯控制器ID进行逐一比对，如果本地存储的ID在被点名的单灯控制器ID队列中，则执行操作命令；否则不执行；如需要应答，单灯控制器则根据本地存储的ID在数据帧中单灯控制
器ID队列中的排序进行分时错峰应答，如：控制中心或云平台下发的工况查询命令中，单灯控制器ID队列的顺序如下所示：
[0024]ID1 ID2 ID3 ID4 ID5 ID6...IDn
[0025]而错峰时间间隔为t毫秒，50＜t＜1000，则第n个单灯控制器接收工况查询命令后，n≤40，等待n*t毫秒后发送应答帧，可以有效防止数据冲撞导致的应答失败，其中错峰时间间隔t可通过平台软件进行设置。
[0026]有益效果：针对基于ZigBee通信的单灯控制系统，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备，其特征在于：包括控制中心、LTE公共电信网和若干个ZigBee无线局域网；所述ZigBee无线局域网包括一个网关和若干个单灯控制器；所述网关北向通过LTE公共电信网与控制中心进行数据通信，网关南向通过ZigBee网络与单灯控制器进行数据通信；所述单灯控制器加入网关创建的ZigBee局域网进行数据通信，对路灯进行远程开灯或关灯、调光控制、工况监测和故障报警。2.根据权利要求1所述的一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备，其特征在于：所述控制中心可以替换为云平台。3.根据权利要求1或2所述的一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备，其特征在于：所述网关包括第一电源模块、第一处理单元、第一ZigBee通信模块、LTE通信模块、第一监测单元、第一输出控制单元、第一天线、第二天线和第一外壳；其中，第一ZigBee通信模块与第一处理单元的第一串口连接，LTE通信模块与第一处理单元的第二串口连接，监测单元与第一处理单元的SPI接口连接，输出控制单元与第一处理单元通过普通I/O口连接，第一天线与ZigBee通信模块连接，第二天线与LTE通信模块连接，第一电源模块对第一处理单元、第一ZigBee通信模块、LTE通信模块、第一监测单元和第一输出控制单元进行供电；所述单灯控制器包括第二电源模块、第二处理单元、第二ZigBee通信模块、第二监测单元、第二输出控制单元、第三天线和第二外壳；其中，第二ZigBee通信模块与第二处理单元的串口连接，第二监测单元与第二处理单元的SPI接口连接，第二输出控制单元与第二处理单元的普通I/O口连接，第三天线连接到第二ZigBee通信模块上，第二电源模块给第二处理单元、第二ZigBee通信模块、第二监测单元和第二输出控制单元供电。4.根据权利要求1或2所述的一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备，其特征在于：所述网关和单灯控制器可安装在灯头上或者安装在灯杆检修口内。5.根据权利要求1或2所述的一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的设备，其特征在于：在每个ZigBee无线局域网中，平台根据户外环境下ZigBee的有效通信距离和ZigBee局域网的有效节点数对路灯进行分组；ZigBee户外有效通信距离为ZigBee点对点或通过一级中继可达到的最远通信距离，有效节点数为ZigBee局域网中子节点的数量，当超过该数量容易导致网络堵塞，网关部署在本ZigBee局域网所有路灯地理空间的中心位置。6.一种提高ZigBee单灯控制器通信效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、控制中心或云平台对路灯进行分组，建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛靖，吴璇，陈前华，黎晓明，
申请(专利权)人：南京理控物联技术有限公司，
类型：发明
国别省市：