一种内置控制器的智能照明配电控制箱
阅读说明：本技术 一种内置控制器的智能照明配电控制箱 (Intelligent lighting power distribution control box with built-in controller ) 是由 苏红军 李志平 赵立柱 于 2021-11-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及照明配电控制箱技术领域,尤其涉及一种内置控制器的智能照明配电控制箱,包括配电单元、直流电源单元、RS485继电器输出模组单元,主控单元、人机界面单元、4G/5G路由器、光照度传感器和金属结构箱体外壳,直流开关电源为将交流电源220V转换为直流电源24V/12V和将交流电源220V转换为直流电源5V的开关电源,通过以太网可连接计算机、PC终端,通过智慧云平台远程计算机、PC或手机终端对配电回路控制参数进行修改,人机界面触摸屏单元为4.3寸或5寸带有HDMI接口的触摸屏,光照度传感器为带有485通信的普通通用照度传感器,4G/5G路由器为普通通用路由器。本发明方便安装,方便实现智能管控,可有效降低能耗和运管成本,同时方便对传统控制箱进行改造升级。(The invention relates to the technical field of lighting power distribution control boxes, in particular to an intelligent lighting power distribution control box with a built-in controller, which comprises a power distribution unit, a direct-current power supply unit, an RS485 relay output module unit, a main control unit, a human-computer interface unit, a 4G/5G router, a illuminance sensor and a metal structure box body shell, wherein a direct-current switch power supply is a switch power supply for converting 220V of an alternating-current power supply into 24V/12V of a direct-current power supply and converting 220V of the alternating-current power supply into 5V of the direct-current power supply, the intelligent cloud platform power distribution system comprises a computer and a PC terminal which can be connected through an Ethernet, and power distribution loop control parameters are modified through a remote computer, a PC or a mobile phone terminal of an intelligent cloud platform, a human-computer interface touch screen unit is a 4.3-inch or 5-inch touch screen with an HDMI (high-definition multimedia interface), a illuminance sensor is a common general illuminance sensor with 485 communication, and a 4G/5G router is a common general router. The intelligent control box is convenient to install, intelligent control is convenient to realize, energy consumption and management cost can be effectively reduced, and meanwhile, the traditional control box is convenient to modify and upgrade.)
技术领域
本发明涉及照明配电控制箱技术领域，尤其涉及一种内置控制器的智能照明配电控制箱。
背景技术
随着国民经济的高速发展，高速公路里程越来越长，隧道作为高速度公路的组成部分，数量越来越多，里程也越来越长，随之而来的是公路隧道内照明需要解决的主要问题是，行车安全视觉问题：白天晴天，当驾驶员从隧道外驶入隧道时，由于内外的亮度差别极大，从隧道外部看照明很不充分的隧道入口时，只会看到一个黑洞或一个黑框。为了消除这种黑洞或黑框现象，必须在隧道入口使路面的亮度达到必要的水平，无论是白天还是黑夜，隧道内汽车行使排出的废气几乎无法消散，而形成较大的烟雾，烟雾除了吸收汽车前灯发出的光线，使照度降低外，还使光线发生漫反射、散射而形成透明度不同的光幕，从而降低了道路前方障碍物及其周围环境的亮度，所以隧道内部保证基本照明，在白天当车辆通过较长的隧道接近出口时，由于洞外的亮度远高于洞内，隧道的出口好像一个白色的洞，与黑洞效应类似，人眼同样会产生视觉滞后，而且强烈的光线会形成强烈的眩光效应。后方驾驶员看前方的车辆，只能看到一个很暗的轮廓，而且不能准确判断距前方车辆的距离。
为了消除这种白洞现象，必须在隧道出口使路面的亮度达到必要的水平，夜间，其效果正好与白天相反，驾驶员在隧道内看到的是黑洞而不是亮洞，在这种情况下，驾驶员难以辨别洞外的道路线形、路上交通情况及道路上的任何障碍物，也是一个视觉盲区，所以隧道出口进口要保持基本照基本照明。
再一个是节能问题，由于控制方式不合理产生的电能浪费：目前隧道照明控制方式主要按晴天、云天、阴雨天、夜间、深夜五级分回路控制，由于现行控制装置不能实现智能跟踪实时控制，导致照明效果较差，或电能浪费较大，关于设计维护系数和冗余产生的电能浪费：通常在设计灯具功率时，必须考虑一定的养护系数，以确保运营过程中当光源亮度衰减和灯具受到污染而使亮度下降到30%以上时，其照明强度依旧能够满足规范要求，因此，为了确保隧道照明始终能够满足规范要求，通常设计时还要考虑一定的冗余，这样设计计算功率为100W的灯要选用150~170W，在实际运营期间，如果单侧开灯，则亮度不够，如双侧开灯，则过度照明严重，不但造成电能的较大浪费，还将导致行车安全视觉问题。
目前，我国的城市及园区美化亮化和路灯照明管理现状主要是：依靠人工管理，开关灯都需要工作人员定点开关，在凌晨以后依然需要工作人员值班守侯，当路灯出现故障时，不能及时的处理，无形中增加了大量的人力、物力和财力。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种内置控制器的智能照明配电控制箱。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种内置控制器的智能照明配电控制箱，包括配电单元、直流电源单元、RS485继电器输出模组单元，主控单元、人机界面单元、4G/5G路由器、光照度传感器和金属结构箱体外壳，所述配电单元包括进出线接线端子排、配电断路器和交流接触器，所述直流开关电源为将交流电源220V转换为直流电源24V/12V和将交流电源220V转换为直流电源5V的开关电源，所述RS485继电器输出模组单元为与主控单元通过485连接通信，接收主控单元命令控制继电器的接通与断开，从而控制配电回路的通电与断电，同时将配电回路的运行参数反馈，所述主控单元包括Raspberrypi4B主板和Raspberrypi扩展板，其与RS485继电器输出模组单元通过485连接通信，与人机界面单元通过HDMI端口和USB端口连接，与光照度传感器通过485连接通信，与4G/5G路由器通过以太网连接，通过以太网可连接计算机、PC终端，同时通过Raspberrypi4B无线端口可现场连接手机终端，通过智慧云平台远程计算机、PC或手机终端对配电回路控制参数进行修改，并下达命令，主控单元执行并下发命令，同时将配电回路的运行参数汇聚、计算、整理形成报表，所述人机界面触摸屏单元为4.3寸或5寸带有HDMI接口的触摸屏，所述光照度传感器为带有485通信的普通通用照度传感器，所述4G/5G路由器为普通通用路由器；
所述配电单元包括进出线接线端子排、小型断路器和交流接触器，所述直流开关电源单元，所述RS485继电器输出模组单元，所述主控单元Raspberrypi4B主板、Raspberrypi扩展板和人机界面触摸屏集中安装盒，所述4G/5G路由器均安装在机箱内固定板上。
进一步的，所述主控单元采用Raspberrypi4B主板和Raspberrypi扩展板，其与继电器输出模组单元通过RS485连接通信，与人机界面单元通过HDMI端口和USB端口连接，与光照度传感器通过485通信连接，与4G/5G路由器通过以太网端口连接，通过以太网可连接计算机、PC2终端，同时可通过Raspberrypi4B无线端口现场连接手机终端，用户还可通过智慧云平台连接远程计算机、PC或手机终端对配电回路控制参数进行调整修改，并下达命令，主控单元执行并下发命令，同时智慧云平台将配电回路的运行参数汇聚、计算、整理形成报表等。
进一步的，所述主控单元Raspberrypi4B主板内置控制程序软件。
进一步的，所述RS485继电器输出模组单元与主控单元采用RS485通信连接。
进一步的，所述直流开关电源有两种，分别将交流电源220V转换为直流电源24V/12V和将交流电源220V转换为直流电源5V的开关电源。
进一步的，所述人机界面触摸屏有两种，分别为4.3寸和5寸带有HDMI接口的触摸屏。
进一步的，所述光照度传感器为带有485通信的普通通用照度传感器。
进一步的，所述4G/5G路由器为普通通用路由器，路由器与主控单元通过以太网端口连接。
进一步的，所述控制箱还包括配电单元，配电单元包括进出线接线端子排、小型断路器、交流接触器。
进一步的，所述配电单元包括进出线接线端子排、小型断路器和交流接触器，直流开关电源，RS485继电器输出模组单元，主控单元包括Raspberrypi4B主板和Raspberrypi扩展板，人机界面触摸屏，4G/5G路由器均安装在机箱内固定板上。
与现有技术相比，本发明提出了一种内置控制器的智能照明配电控制箱，具有以下有益效果：
该内置控制器的智能照明配电控制箱，将配电单元和控制单元一体化集成在同一机箱内，并配置形成系列化标配产品；现行的做法是箱体、配电开关、控制器等为独立的器件采购后成套，且成套环节需要专业的厂商来完成，由于是非标箱，价格高质量不稳定是常有，最终给用户带来的是使用运行效果差。本智能照明配电控制箱配置形成系列化产品，设计者或用户只需要明确配电回路数量、电流、相数即可选择对应的智能照明配电控制箱产品，还可备选经济型或标配型或旗舰型。既方便安装，又方便实现智能管控，可有效降低能耗和运管成本，同时方便对传统控制箱进行改造升级。
该内置控制器的智能照明配电控制箱，技术主控单元采用Raspberrypi4B主板和Raspberrypi扩展板，且基于Raspberrypi4B主控板和B/S架构设计编制控制程序软件，通过Raspberrypi4B主控板的千兆以太网端口可以与4G路由器链接或移动PC、电脑终端连接，通过Raspberrypi4B主板的802.11ac（2.4/5GHz）蓝牙5.0无线可以链接手机终端。通过手机APP、移动PC、电脑终端进行控制参数的设定和调整，同时，可通过智慧云平台进行监控管理；非常方便、有效的实现“按需照明”和“数字化”的美化、亮化、景观照明。
该内置控制器的智能照明配电控制箱，通过设置有定时照度模式，可以在设定时间段内由照度控制回路开闭；照度控制具有学习、自适应功能；经纬定时照度模式，可以在日出日落时间前后（时间段可设定）内由照度控制回路开闭，同时可设置半夜开关灯时间段；每个回路可以设置不同的模式（手动、定时、定时照度、经纬度、经纬度定时、经纬定时照度）和独立的参数，互相不影响；可以用手机或连接网络进行时间校准；可以查看回路动作记录（日志）、控制器运行日志；定时模式可设置的时间段不受限制，时间段最小跨度3秒；可配置为有/无显示器、有/无照度传感器；任何时候控制器重启不影响回路的正确状态。
附图说明
图1为本发明的器件配置与连线拓扑图；
图2为本发明的器件配置安装接线图；
图3智能照明配电控制箱系统配置拓扑图；
图4为本发明的管控平台“首页”界面；
图5为本发明的管控平台回路“模式选择”界面；
图6为本发明的管控平台选择“手动控制”模式界面；
图7为本发明的管控平台第1回路手动控制_开灯界面；
图8为本发明的管控平台“定时设置”模式界面；
图9为本发明的管控平台“定时设置_开关灯时间”修改界；
图10为本发明的管控平台“定时和照度设置”模式界面；
图11为本发明的管控平台“定时和照度设置_开关灯时间照度”修改界面；
图12为本发明的管控平台“经纬度”模式界面；
图13为本发明的管控平台“经纬度和定时设置”界面；
图14为本发明的管控平台“经纬度和定时和照度设置”界面；
图15为本发明的手机终端管控“首页”界面；
图16为本发明的手机终端管控回路控制“模式选择”界面；
图17为本发明的手机终端管控“定时和照度”参数设置界面；
图18为本发明的手机终端管控“经纬和定时”参数设置界面。
图中：1、进出线接线端子排；2、配电断路器；3、交流接触器；4、开关电源；5、RS485继电器输出模组单元；6、Raspberrypi4B主板；7、Raspberrypi扩展板；8、触摸屏；9、4G/5G路由器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参照图1-18，一种内置控制器的智能照明配电控制箱，包括配电单元、直流电源单元、RS485继电器输出模组单元，主控单元、人机界面单元、4G/5G路由器、光照度传感器和金属结构箱体外壳，配电单元包括进出线接线端子排1、配电断路器2和交流接触器3，直流开关电源为将交流电源220V转换为直流电源24V/12V和将交流电源220V转换为直流电源5V的开关电源4，RS485继电器输出模组单元5为与主控单元通过485连接通信，接收主控单元命令控制继电器的接通与断开，从而控制配电回路的通电与断电，同时将配电回路的运行参数接通时间、电流值等反馈，主控单元包括Raspberrypi4B主板6和Raspberrypi扩展板7，其与RS485继电器输出模组单元通过485连接通信，与人机界面单元通过HDMI端口和USB端口连接，与光照度传感器通过485连接通信，与4G/5G路由器通过以太网连接，通过以太网可连接计算机、PC终端，同时通过Raspberrypi4B无线端口可现场连接手机终端，通过智慧云平台远程计算机、PC或手机终端对配电回路控制参数进行修改，并下达命令，主控单元执行并下发命令，同时将配电回路的运行参数汇聚、计算、整理形成报表，人机界面触摸屏单元为4.3寸或5寸带有HDMI接口的触摸屏8，光照度传感器10为带有485通信的普通通用照度传感器，4G/5G路由器9为普通通用路由器；
配电单元包括进出线接线端子排1、小型断路器2和交流接触器3，直流开关电源单元4，RS485继电器输出模组单元5，主控单元Raspberrypi4B主板6、Raspberrypi扩展板7和人机界面触摸屏8集中安装盒，4G/5G路由器9均安装在机箱内固定板上。
主控单元采用Raspberrypi4B主板6和Raspberrypi扩展板7，其与继电器输出模组单元通过RS485连接通信，与人机界面单元通过HDMI端口和USB端口连接，与光照度传感器通过485通信连接，与4G/5G路由器通过以太网端口连接，通过以太网可连接计算机、PC2终端，同时可通过Raspberrypi4B无线端口现场连接手机终端，用户还可通过智慧云平台连接远程计算机、PC或手机终端对配电回路控制参数进行调整修改，并下达命令，主控单元执行并下发命令，同时智慧云平台将配电回路的运行参数汇聚、计算、整理形成报表等。
主控单元Raspberrypi4B主板6内置控制程序软件。
RS485继电器输出模组单元5与主控单元采用RS485通信连接。
直流开关电源4有两种，分别将交流电源220V转换为直流电源24V/12V和将交流电源220V转换为直流电源5V的开关电源。
人机界面触摸屏8有两种，分别为4.3寸和5寸带有HDMI接口的触摸屏。
光照度传感器10为带有485通信的普通通用照度传感器。
4G/5G路由器9为普通通用路由器，路由器与主控单元通过以太网端口连接。
控制箱还包括配电单元，配电单元包括进出线接线端子排1、小型断路器2、交流接触器3。
配电单元包括进出线接线端子排1、小型断路器2和交流接触器3，直流开关电源4，RS485继电器输出模组单元5，主控单元包括Raspberrypi4B主板6和Raspberrypi扩展板7，人机界面触摸屏8，4G/5G路由器9均安装在机箱内固定板上。
具体实施例：
如图1所示，一种内置控制器的智能照明配电控制箱，包括配电单元的接线端子排1、小型断路器2、交流接触器3，直流电源单元4，RS485继电器输出模组单元5，主控单元的主控板6、扩展板7，人机界面触摸屏单元8，光照度传感器10、4G/5G路由器9和金属结构箱体外壳。配电单元由接线端子排1、小型断路器2、交流接触器3组成，电源接入接线端子排的进线端子，之后到达断路器上端，合上断路器，电源经断路器到达交流接触器，交流接触器触点闭合或继电器输出模组中的继电器触点闭合由主控单元命令，电源到达接线端子排的出线端子，经配电线路到达照明灯具，控制照明灯具的亮灯；
如图3所示，主控单元由Raspberrypi4B或pi3B加主板6和Raspberrypi扩展板7组成，是系统的控制中枢，同时主控单元的Raspberrypi4B主板带有TF卡存储控制程序软件，通过485与继电器输出模组连接通信，实现主控单元与输出模组间的数据和命令传递，主控单元将某回路的接通或断开命令下达继电器输出模组，继电器输出模组执行命令接通或断开继电器，从而接通或断开回路电源。人机界面触摸屏为4.3寸或5寸带有HDMI接口的触摸屏，通过HDMI接口和USB接口与主控单元连接通信，用户在现场可通过使用触摸屏对所有配电回路控制模式和参数进行调整修改，操作步骤和设置参数：
1、进入“智能照明管控平台”：输入“用户密码”直接进入“智能照明管控平台”。
2、“控制模式”选择：
如图4所示，控制模式选择：点击“模式选择”，进入各回路“模式选择”界面；
如图5所示，点击“读取设置”可查看最新已设定的控制模式，点击“模式选择”进入回路“模式选择”界面，点击选择确认控制模式；
如图6所示，选择“手动控制模式”，之后，点击“修改”完成，点击“保存设置”。
3、“手动控制”操作：点击“手动控制”进入控制界面，如图7所示点击“开关”，即实现开灯或关灯。
4、“定时”控制模式设置：
进入“模式选择”界面，
如图5所示，点击“模式选择”进入回路“模式选择”界面，点击选择“定时”控制模式之后，点击“修改”完成，点击“保存设置”；
修改“定时设置”参数：点击“设置”进入设置页面，
如图8所示，可“增加开关灯时间”段无数，之后，点击“保存设置”完成，“定时开关灯时间”修改界面如图9所示，
5、“定时加照度”控制模式设置：
进入“模式选择”界面，
如图5所示，点击“模式选择”进入回路“模式选择”界面，点击选择“定时加照度”控制模式之后，点击“修改”完成，点击“保存设置”；
修改“定时加照度设置”参数：点击“设置”进入设置页面，
如图10所示，点击“参数设置”可修改“修改开灯条件”参数和“修改关灯条件”参数，之后，点击“修改”完成；
“定时加照度开关灯条件”修改界面如图11所示，在“开灯时间段”由设定照度值决定是否开灯，到达“开灯时间段”末端值，则强制开灯，在“关灯时间段”由设定照度值决定是否关灯，到达“关灯时间段”末端值，则强制关灯，同时，在控制程序软件设计上，增加了可实现深夜关灯，且时间可调，凌晨开灯，且时间可调；如图10所示，此控制方式的实现，目前为仅有。
6、“经纬度”控制模式设置：
进入“模式选择”界面，
如图5，点击“模式选择”进入回路“模式选择”界面，点击选择“经纬度”控制模式之后，点击“修改”完成，点击“保存设置”，在“经纬度”控制模式下，可根据实际情况需要，在“日落时间”提前或推后一定的时间进行开灯，在“日出时间”提前或推后一定的时间进行关灯，如图12所示设置“开灯时间偏移”或“关灯时间偏移”。
7、“经纬度加定时”控制模式设置：进入“模式选择”界面，如图5所示，点击“模式选择”进入回路“模式选择”界面，点击选择“经纬度加定时”控制模式之后，点击“修改”完成，点击“保存设置”，在“经纬度加定时”控制模式下，可根据实际情况需要，在“日落时间”提前或推后一定的时间进行开灯，在“日出时间”提前或推后一定的时间进行关灯；
如图13所示设置“开灯时间偏移”或“关灯时间偏移”，同时，在控制程序软件设计上，增加了可实现深夜关灯，且时间可调，凌晨开灯，且时间可调。
8、“经纬度加定时加照度”控制模式设置：
进入“模式选择”界面，
如图5所示，点击“模式选择”进入回路“模式选择”界面，点击选择“经纬定时照度”控制模式之后，点击“修改”完成，点击“保存设置”，在“经纬定时照度”控制模式下，可根据实际情况需要，在“日落时间”提前至推后一定的时间，此时间段由设定照度值决定是否开灯，到达“日落时间”推后时间值，则强制开灯，在“日出时间”提前至推后一定的时间，此时间段由设定照度值决定是否关灯，到达“日出时间”推后时间值，则强制关灯；
如图14所示设置“开灯时间范围”或“关灯时间范围”决定“日出时间”或“日落时间”前后偏移值，同时，在控制程序软件设计上，增加了可实现深夜关灯，且时间可调，凌晨开灯，且时间可调。
主控单元的Raspberrypi4B或pi3B加主板带有802.11ac2.4/5GHz蓝牙5.0无线端口，通过程序软件设置，用户在现场可通过手机终端对所有配电回路控制参数进行调整修改，操作步骤和设置参数：
1、进入“智能照明管控平台”：
用户连接Raspberrypi4B主板WiFi也就是智能照明配电控制箱的特定WiFi，浏览器进入“智能照明管控平台” ，如图15所示。
2、控制模式选择：
点击“模式选择”，进入各回路“模式选择”界面，如图16所示，操作“设置”与触摸屏相同。
3、“手动控制”操作：操作“设置”与触摸屏相同。
4、“定时”控制模式设置：操作“设置”与触摸屏相同。
5、“定时加照度”控制模式设置：操作“设置”与触摸屏相同；如图17所示。
6、“经纬度”控制模式设置：操作“设置”与触摸屏相同。
7、“经纬度加定时”控制模式设置：操作“设置”与触摸屏相同；如图18所示。
8、“经纬度加定时加照度”控制模式设置：操作“设置”与触摸屏相同。
4G/5G路由器为普通通用型R300，一方面与Raspberrypi4B主板的千兆以太网端口连接，通过路由器实现有线网络、无线GPRS、无线WiFi的云平台链接，实现远程计算机终端、PC终端、手机终端的链接，通过智慧云平台进行监控管理，实现主要功能：
1、有节能、控制、管理、运营、维护五大业务板块；
2、运行管理、系统管理、数据统计、报警工单、地图监控、大屏监控六大模块功能；
3、基于人工智能的单灯或回路可调可控，实现“按需照明”；
4、具备完善的时控机制、光控机制、联动机制等自动化控制机制；
5、支持每日循环、每周循环、节假日、天文钟经纬度以及各种时控机制的逻辑组合；
6、支持光控和其它输入信号触发的联动控制，支持场景控制功能，可通过关联灯具开关、灯具亮度、回路开关、部署范围设置不同的亮灯场景，例如平日模式、节假日模式、重大活动模式、节能模式等，实现一键控制，按需开灯，节电节能；
7、支持遥测、遥控、遥信、遥调等远程监控功能；
8、支持图文、声光、短信等多种形式的故障报警，具备开/关灯异常、灯具故障、通信中断、电流电压越限、温度过高、配电箱异常、雨水渗入等报警功能；
9、支持GIS电子地图管理，每盏灯具均在电子地图显示定位和工作状态针对单灯可调可控，同时故障GIS地图定位；
10、亮灯率统计，能耗统计和能耗图表分析，数据存储与查询，具备海量数据分析处理能力，具备数据分析、数据图表、数据查询和报表打印功能；
11、支持系统日志，自动生成用户操作记录以及开关灯记录，可作为异常现象远程排查的重要依据。
光照度传感器为带有485通信的普通通用型，主要是将环境的光照度数据传递给计算控制单元，按设定条件参数实现智能控制。
直流开关电源单元为将交流电源220V转换为直流24V供电给继电器输出模组和路由器使用，将交流电源220V转换为直流5V供电给主控单元使用，将交流电源220V转换为直流12V供电给路由器使用。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。