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【发明授权】一种新型节能LED灯_宁波索拉彼工贸有限公司_201811211536.2 

申请/专利权人:宁波索拉彼工贸有限公司

申请日:2018-10-17

公开(公告)日:2020-07-24

公开(公告)号:CN109595535B

主分类号:H05B33/08(20200101)

分类号:H05B33/08(20200101);F21V23/00(20150101);H04W84/18(20090101);F21Y115/10(20160101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.07.24#授权;2019.05.03#实质审查的生效;2019.04.09#公开

摘要:本发明提供了一种新型节能LED灯,其位于设定的节能LED灯监测区域内,所述节能LED灯包括LED灯本体、用于支撑LED灯本体的支撑杆、用于采集环境参数的传感器节点、用于调节LED亮度的亮度调节模块,所述的传感器节点设置于支撑杆上,所述的环境参数包括节能LED灯所处环境的照度;所述设定的节能LED灯监测区域内还设置有单个汇聚节点,各支撑杆上的传感器节点与汇聚节点构建成无线传感器网络,传感器节点采集的环境参数最终发送至汇聚节点,进而由汇聚节点发送至服务器;所述亮度调节模块与所述服务器通信连接,以根据服务器发送的指令调节对应LED的亮度。

主权项:1.一种新型节能LED灯,其位于设定的节能LED灯监测区域内,其特征是,所述节能LED灯包括LED灯本体、用于支撑LED灯本体的支撑杆、用于采集环境参数的传感器节点、用于调节LED亮度的亮度调节模块,所述的传感器节点设置于支撑杆上,所述的环境参数包括节能LED灯所处环境的照度;所述设定的节能LED灯监测区域内还设置有单个汇聚节点,各支撑杆上的传感器节点与汇聚节点构建成无线传感器网络,传感器节点采集的环境参数最终发送至汇聚节点,进而由汇聚节点发送至服务器;所述亮度调节模块与所述服务器通信连接,以根据服务器发送的指令调节对应LED的亮度;网络初始化时,传感器节点接收汇聚节点的广播信息,通过广播信息进行网络泛洪,传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表,其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点;在环境参数传输阶段,传感器节点与汇聚节点的距离为单跳距离时,直接将采集的环境参数发送至汇聚节点,传感器节点与汇聚节点的距离不为单跳距离时,传感器节点通过多跳的形式将采集的环境参数发送至汇聚节点;传感器节点通过信息交互获取邻居表中各邻居节点的相关信息,所述相关信息包括到汇聚节点的跳数、当前剩余能量、初始能量;设传感器节点i到汇聚节点的跳数为hi,传感器节点i通过多跳的形式将采集的环境参数发送至汇聚节点时,传感器节点i计算其邻居表中各邻居节点的权值,并将权值大于0的邻居节点作为备选中继节点,构建备选中继节点列表并定期更新;其中,设定权值的计算公式为: 式中,hij为传感器节点i的第j个邻居节点到汇聚节点的跳数,Eij为所述第j个邻居节点的当前剩余能量,Eik0为传感器节点i的第k个邻居节点的当前剩余能量,ni为传感器节点i的邻居节点数量,Emin为预设的最小能量值;为取值函数,当时,当时,当备选中继节点的数目为0且传感器节点i具有与hi相同跳数的邻居节点时,传感器节点i在与hi相同跳数的邻居节点中选择当前剩余能量最高的邻居节点作为下一跳;当备选中继节点的数目为0且传感器节点i没有与hi相同跳数的邻居节点时,传感器节点将采集的环境参数丢弃;当备选中继节点的数目不为0时,传感器节点i随机选择一个备选中继节点作为下一跳;其中,备选中继节点列表的定期更新,具体为:定期计算备选中继节点的权值,将计算出的权值小于0的备选中继节点信息从备选中继节点列表中删除。

全文数据:一种新型节能LED灯技术领域本发明涉及节能LED灯监控领域,具体涉及一种新型节能LED灯。背景技术目前,街道上通常设置有多个用于照明道路的节能LED灯。相关技术中,通常采用时控方式控制节能LED灯,时控方式以时间为唯一的开、关依据,不论在任何季节和气象条件下,均只能在规定的统一时刻开、关路灯,不能实现节能LED灯的节能;另外,由于用于照明道路的节能LED灯数量众多,安装时需要大量布线,一旦某几个节能LED灯出现故障,检测维修相当困难。无线传感器网络技术是近年来发展最快的信息技术之一,被广泛应用于不宜布线和布线成本较高的场所。本发明采用的节能LED灯不需要铺设电缆,如果要对整个节能LED灯系统进行实时控制,采用无线传感器网络进行监测和控制是一种有效途径。发明内容针对上述问题,本发明提供一种新型节能LED灯。本发明的目的采用以下技术方案来实现:本发明的第一方面提供了一种新型节能LED灯,所述节能LED灯包括LED灯本体、用于支撑LED灯本体的支撑杆、用于采集环境参数的传感器节点、用于调节LED亮度的亮度调节模块,所述的传感器节点设置于支撑杆上,所述的环境参数包括节能LED灯所处环境的照度;所述设定的节能LED灯监测区域内还设置有单个汇聚节点,各支撑杆上的传感器节点与汇聚节点构建成无线传感器网络,传感器节点采集的环境参数最终发送至汇聚节点,进而由汇聚节点发送至服务器;所述亮度调节模块与所述服务器通信连接,以根据服务器发送的指令调节对应LED的亮度。其中,服务器接收到汇聚节点发送的环境参数后,对环境参数进行分析处理,当某一个传感器节点对应的环境参数没有达到预设的要求时,向该传感器节点所在的LED灯本体上的亮度调节模块发送对应的指令,以调节节能LED灯的亮度到合适的状态。在一种能够实现的方式中,所述LED灯本体包括多组LED,每三只LED串联为一组,在每个LED旁边都并联了一个稳压二极管,所述亮度调节模块通过控制LED开启的组数来调节节能LED灯的亮度。在一种能够实现的方式中,所述的传感器节点包括一只控制芯片,在所述控制芯片的输入端连接有照度信号采样模块。本发明的第二方面提供了一种新型节能LED灯监控系统,该系统包括如上所述的节能LED灯、汇聚节点、服务器。进一步地,所述节能LED灯监控系统还包括与服务器通信连接的用户终端,所述用户终端通过登录服务器查看数据。本发明的有益效果为:本发明的节能LED灯能够根据所在环境的照度变化智能调节亮度,实现节能LED灯的节能;利用无线传感器网络技术进行环境参数的采集,无需大量布线,实现了对整个区域的节能LED灯的集中监控。附图说明利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本发明一个示例性实施例的节能LED灯的结构示意框图;图2是本发明一个示例性实施例的实现节能LED灯的LED亮度调节的数据流示意框图;图3是本发明一个示例性实施例的节能LED灯监控系统的结构示意框图。附图标记:LED灯本体1、支撑杆2、传感器节点3、亮度调节模块4、节能LED灯5、汇聚节点6、服务器7。具体实施方式结合以下实施例对本发明作进一步描述。图1示出了本发明一个示例性实施例的节能LED灯的结构示意框图。图2示出了本发明一个示例性实施例的实现节能LED灯亮度调节的数据流示意框图。如图1、图2所示,本发明的第一方面实施例提供了一种新型节能LED灯,所述节能LED灯包括LED灯本体1、用于支撑LED灯本体1的支撑杆2、用于采集环境参数的传感器节点3、用于调节LED亮度的亮度调节模块4,所述的传感器节点3设置于支撑杆2上,所述的环境参数包括节能LED灯所处环境的照度;所述设定的节能LED灯监测区域内还设置有单个汇聚节点6,各支撑杆2上的传感器节点3与汇聚节点6构建成无线传感器网络,传感器节点3采集的环境参数最终发送至汇聚节点6,进而由汇聚节点6发送至服务器7;所述亮度调节模块4与所述服务器7通信连接,以根据服务器7发送的指令调节节能LED灯的亮度。其中,亮度调节模块4可设置于LED灯本体1上,或者设置于支撑杆2上。每个传感器节点3对应一个亮度调节模块4。其中,服务器7接收到汇聚节点6发送的环境参数后,对环境参数进行分析处理,当某一个传感器节点3对应的环境参数没有达到预设的要求时,向该传感器节点3对应的亮度调节模块4发送对应的指令,以调节LED的亮度到合适的状态。具体地,在一种实施方式中,服务器7对各节能LED灯所处环境的照度进行分析,当任意传感器节点3对应发送的环境参数中,照度小于设定的第一阈值时,向该传感器节点3对应的亮度调节模块4发送“调至最亮”的指令;所述照度在设定的第一阈值和第二阈值之间时,向该传感器节点3对应的亮度调节模块4发送“调至次亮”的指令;所述照度在设定的第二阈值和第三阈值之间时,向该传感器节点3对应的亮度调节模块4发送“调至最低亮度”的指令。其中,第一阈值、第二阈值、第三阈值可以根据实际情况进行设定。在一种实施方式中,所述的“调至最亮”、“调至次亮”、“调至最低亮度”的指令可通过调节LED开启的数目来调节亮度。所述的指令信息可包括LED开启的数目信息。在一种实施方式中,服务器7上存储有各亮度调节模块4和传感器节点3的身份标识信息,其中同一节能LED灯上的亮度调节模块4和传感器节点3的身份标识信息相对应。在一种能够实现的方式中,LED灯本体1上还安装有用于启闭节能LED灯的电源开关,所述的亮度调节模块4与电源开关连接,以根据服务器7的指令控制电源开关的启闭。在另一种能够实现的方式中,所述的环境参数还包括节能LED灯温度,LED灯本体1上还安装有温度控制单元,所述服务器7在节能LED灯的温度值达到设定的温度阈值上限时,向该节能LED灯的温度控制单元发送指令,温度控制单元接收指令后关闭该电源开关,从而使节能LED灯的电源关闭。在一种能够实现的方式中,所述LED灯本体1包括多组LED,每三只LED串联为一组,在每个LED旁边都并联了一个稳压二极管,所述亮度调节模块4通过控制LED开启的组数来调节节能LED灯的亮度。在一种能够实现的方式中,所述的传感器节点3包括一只控制芯片,在所述控制芯片的输入端分别连接有温度信号采样模块、照度信号采样模块。本发明上述实施例的节能LED灯能够根据所在环境的照度变化智能调节亮度,实现节能LED灯的节能;利用无线传感器网络技术进行环境参数的采集,无需大量布线,实现了对整个区域的节能LED灯的集中监控。本发明上述实施例对传感器节点的设置,实现了环境参数的采集,从而能够进一步保障节能LED灯在亮度上、开关上的智能调节效果。在一种能够实现的方式中,网络初始化时,传感器节点接收汇聚节点的广播信息,通过广播信息进行网络泛洪,传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表,其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点;在环境参数传输阶段,传感器节点与汇聚节点的距离为单跳距离时,直接将采集的环境参数发送至汇聚节点,传感器节点与汇聚节点的距离不为单跳距离时,传感器节点通过多跳的形式将采集的环境参数发送至汇聚节点。在一种实施方式中,传感器节点通过信息交互获取邻居表中各邻居节点的相关信息,所述相关信息包括到汇聚节点的跳数、当前剩余能量、初始能量;设传感器节点i到汇聚节点的跳数为hi,传感器节点i通过多跳的形式将采集的环境参数发送至汇聚节点时,传感器节点i计算其邻居表中各邻居节点的权值,并将权值大于0的邻居节点作为备选中继节点,构建备选中继节点列表并定期更新;其中,设定权值的计算公式为:式中,hij为传感器节点i的第j个邻居节点到汇聚节点的跳数,Eij为所述第j个邻居节点的当前剩余能量,Eik0为传感器节点i的第k个邻居节点的当前剩余能量,ni为传感器节点i的邻居节点数量,Emin为预设的最小能量值;为取值函数,当时,当时,当备选中继节点的数目为0且传感器节点i具有与hi相同跳数的邻居节点时,传感器节点i在与hi相同跳数的邻居节点中选择当前剩余能量最高的邻居节点作为下一跳;当备选中继节点的数目为0且传感器节点i没有与hi相同跳数的邻居节点时,传感器节点将采集的环境参数丢弃;当备选中继节点的数目不为0时,传感器节点i随机选择一个备选中继节点作为下一跳。其中,备选中继节点列表的定期更新,具体为:定期计算备选中继节点的权值,将计算出的权值小于0的备选中继节点信息从备选中继节点列表中删除。本实施例提出了一种新的路由协议,传感器节点根据该路由协议将采集的环境参数发送至汇聚节点。该路由协议简单,拓展性强,其中,本实施例提出了权值的计算公式,并将权值大于0的邻居节点作为备选中继节点,使得传感器节点根据备选中继节点的数量来选择合适的下一跳中继节点,有利于使得网络中的所有传感器节点的能量能够按照近似相同的比例减小,进一步延长无线传感器网络的生命周期。在一个实施例中,初始时,传感器节点设定对其下一跳的信任度为1,每经过一个时间段Δt,传感器节点与其下一跳进行信息交互,获取该下一跳的能量信息以及能量信息的反馈时间,并根据获取的信息更新对其下一跳的信任度,当更新后信任度低于设定的信任度下限时,传感器节点重新选择下一跳,其中设定信任度的更新公式为:式中,Tial表示传感器节点i在第l个时间段Δt后更新的对其下一跳a的信任度,Tial-1表示传感器节点i在第l-1个时间段Δt后更新的对其下一跳a的信任度,ΔEmin为预设的单位时间段能耗下限,Emax为预设的能量最大值,Emin为预设的能量最小值,tia为下一跳a向传感器节点i反馈能量信息的时间,tmin为预设的反馈时间下限,σ1为基于能量的信任度衰减因子,σ2为基于反馈速率的信任度衰减因子,σ1∈0.1,0.2],σ2∈0.05,0.1]。本实施例基于能量和反馈速率两方面因素,创新性地提出了信任度的更新公式,该更新公式能够较好地反映能量衰减以及反馈速率对信任度的影响。传感器节点基于时间的推移不断更新其对下一跳节点的信任度,具有一定的鲁棒性。根据该更新公式更新下一跳节点的信任度,将有利于促使传感器节点选择能耗速率较小且响应速度更高的邻居节点作为下一跳,进而避免承担中继任务的下一跳节点快速失效,且有效提高环境参数转发的速率,进一步提高环境参数传输至汇聚节点的可靠性。在一个实施例中,传感器节点定期根据当前剩余能量计算其通信距离阈值,当计算的通信距离阈值小于其与上一跳传感器节点的距离时,传感器节点向上一跳传感器节点发送信息,以使上一跳传感器节点重新选择下一跳;其中,设定通信距离阈值的计算公式为:式中,Git为传感器节点i在第t个周期计算的通信距离阈值,为传感器节点i可调节的最大通信距离,为传感器节点i可调节的最小通信距离,Ei为传感器节点i的当前剩余能量,Ei0为传感器节点i的初始能量,b为预设的调节因子,b的取值范围为[0.85,0.95]。本实施例中传感器节点定期根据当前剩余能量计算其通信距离阈值,当计算的通信距离阈值小于其与上一跳传感器节点的距离时,传感器节点向上一跳传感器节点发送信息,以使上一跳传感器节点重新选择下一跳,其中根据传感器节点的当前剩余能量设定了通信距离阈值的设定公式。本实施例通过让能量较低的传感器节点避免承担中继转发的任务,有利于降低传感器节点消耗能量的速率,避免传感器节点快速失效,有效延长了传感器节点的工作周期。在一种能够实现的方式中,所述LED灯本体1还包括光伏电池,所述控制芯片的输入端还分别连接有用于采集所述光伏电池电压信号的电压采样模块、用于采集所述光伏电池电流信号的电流采样模块。通过这样设置,管理人员可以在服务器7上实时查看到节能LED灯电源的工作状态,从而能够根据电流电压信息及时发现节能LED灯工作的异常状况,进而及时对节能LED灯进行检修。图3示出了本发明一个示例性实施例的节能LED灯监控系统的结构示意框图。如图3所示,本发明的第二方面实施例还提供了一种新型节能LED灯监控系统,该系统包括如上所述的节能LED灯5、汇聚节点6、服务器7。进一步地,所述节能LED灯监控系统还包括与服务器7通信连接的用户终端,所述用户终端通过登录服务器7查看数据。本发明的节能LED灯监控系统能够根据所在环境的照度变化智能调节各节能LED灯的亮度,实现节能LED灯的节能;利用无线传感器网络技术进行环境参数的采集,无需大量布线,实现了对整个区域的节能LED灯的集中监控;所述用户终端通过登录服务器7查看数据,便于管理人员及时了解各节能LED灯的情况。最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

权利要求:1.一种新型节能LED灯,其位于设定的节能LED灯监测区域内,其特征是,所述节能LED灯包括LED灯本体、用于支撑LED灯本体的支撑杆、用于采集环境参数的传感器节点、用于调节LED亮度的亮度调节模块,所述的传感器节点设置于支撑杆上,所述的环境参数包括节能LED灯所处环境的照度;所述设定的节能LED灯监测区域内还设置有单个汇聚节点,各支撑杆上的传感器节点与汇聚节点构建成无线传感器网络,传感器节点采集的环境参数最终发送至汇聚节点,进而由汇聚节点发送至服务器;所述亮度调节模块与所述服务器通信连接,以根据服务器发送的指令调节对应LED的亮度。2.根据权利要求1所述的一种新型节能LED灯,其特征是,所述的传感器节点包括一只控制芯片,在所述控制芯片的输入端连接有照度信号采样模块。3.根据权利要求1所述的一种新型节能LED灯,其特征是,所述LED灯本体包括多组LED,每三只LED串联为一组,在每个LED旁边都并联了一个稳压二极管,所述亮度调节模块通过控制LED开启的组数来调节节能LED灯的亮度。4.根据权利要求3所述的一种新型节能LED灯,其特征是,所述的环境参数还包括节能LED灯温度,LED灯本体上还安装有温度控制单元,所述服务器在节能LED灯的温度值达到设定的温度阈值上限时,向该节能LED灯的温度控制单元发送指令,温度控制单元接收指令后关闭该电源开关,从而使节能LED灯的电源关闭。5.根据权利要求1所述的一种新型节能LED灯,其特征是,网络初始化时,传感器节点接收汇聚节点的广播信息,通过广播信息进行网络泛洪,传感器节点添加所有邻居节点到自身的邻居表,其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点;在环境参数传输阶段,传感器节点与汇聚节点的距离为单跳距离时,直接将采集的环境参数发送至汇聚节点,传感器节点与汇聚节点的距离不为单跳距离时,传感器节点通过多跳的形式将采集的环境参数发送至汇聚节点。6.根据权利要求5所述的一种新型节能LED灯,其特征是,传感器节点通过信息交互获取邻居表中各邻居节点的相关信息,所述相关信息包括到汇聚节点的跳数、当前剩余能量、初始能量;设传感器节点i到汇聚节点的跳数为hi,传感器节点i通过多跳的形式将采集的环境参数发送至汇聚节点时,传感器节点i计算其邻居表中各邻居节点的权值,并将权值大于0的邻居节点作为备选中继节点,构建备选中继节点列表并定期更新;其中,设定权值的计算公式为:式中,hij为传感器节点i的第j个邻居节点到汇聚节点的跳数,Eij为所述第j个邻居节点的当前剩余能量,Eik0为传感器节点i的第k个邻居节点的当前剩余能量,ni为传感器节点i的邻居节点数量,Emin为预设的最小能量值;为取值函数,当时,当时,当备选中继节点的数目为0且传感器节点i具有与hi相同跳数的邻居节点时,传感器节点i在与hi相同跳数的邻居节点中选择当前剩余能量最高的邻居节点作为下一跳;当备选中继节点的数目为0且传感器节点i没有与hi相同跳数的邻居节点时,传感器节点将采集的环境参数丢弃;当备选中继节点的数目不为0时,传感器节点i随机选择一个备选中继节点作为下一跳。其中,备选中继节点列表的定期更新,具体为:定期计算备选中继节点的权值,将计算出的权值小于0的备选中继节点信息从备选中继节点列表中删除。7.根据权利要求6所述的一种新型节能LED灯,其特征是,初始时,传感器节点设定对其下一跳的信任度为1,每经过一个时间段Δt,传感器节点与其下一跳进行信息交互,获取该下一跳的能量信息以及能量信息的反馈时间,并根据获取的信息更新对其下一跳的信任度,当更新后信任度低于设定的信任度下限时,传感器节点重新选择下一跳。8.根据权利要求7所述的一种新型节能LED灯,其特征是,其中设定信任度的更新公式为:式中,Tial表示传感器节点i在第l个时间段Δt后更新的对其下一跳a的信任度,Tial-1表示传感器节点i在第l-1个时间段Δt后更新的对其下一跳a的信任度,ΔEmin为预设的单位时间段能耗下限,Emax为预设的能量最大值,Emin为预设的能量最小值,tia为下一跳a向传感器节点i反馈能量信息的时间,tmin为预设的反馈时间下限,σ1为基于能量的信任度衰减因子,σ2为基于反馈速率的信任度衰减因子,σ1∈0.1,0.2],σ2∈0.05,0.1]。9.一种新型节能LED灯监控系统,其特征是,包括如权利要求6-8任一项所述的节能LED灯、汇聚节点、服务器。10.如权利要求9所述的一种新型节能LED灯监控系统,其特征是,还包括与服务器通信连接的用户终端,所述用户终端通过登录服务器查看数据。

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