УСТРОЙСТВО ТЕЛЕМЕТРИИ И УПРАВЛЕНИЯ УЛИЧНЫМ СВЕТИЛЬНИКОМ

Полезная модель относится к устройствам телеметрии и адаптивного управления уличным светильником, системам телеметрии и мониторинга инженерных конструкций на базе технологий беспроводной связи. [H05B 47/10, G05B19/00, F21V33/00].
Из уровня техники известна ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УЛИЧНОГО ФОНАРЯ [CN215647516, опубл. 25.01.2022]. Полезная модель раскрывает интегрированную систему управления на основе интеллектуального уличного фонаря, при этом система содержит клиент, который содержит модуль удаленного подключения, обеспечивающий удаленную передачу информации для клиента; и центральный процессор, который передает клиенту информацию в реальном времени и содержит модуль обнаружения источника света, модуль освещения, модуль хранения, модуль мониторинга и модуль сетевой передачи.
Недостатком аналога являются:
сложность реализации заявленного решения, из-за наличия модуля сетевой передачи и модуля хранения информации для ее дальнейшего отображения оператору;
ограниченные функциональные возможности по автоматической работе устройства без взаимодействия с операторами.
Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ УЛИЧНЫМ И ВНУТРЕННИМ ОСВЕЩЕНИЕМ [RU141039, опубл. 27.05.2014], содержащее не менее одного датчика освещенности, датчика движения, согласующий резистор, отличающееся тем, что содержит устройство связи с компьютером, функцией которого является преобразование интерфейса USB в канал передачи данных RS-485, по которому происходит обмен информации между управляющим компьютером и управляемыми светодиодными светильниками; содержит устройство ввода сигналов датчиков, имеющее функцию преобразования показания одного аналогового датчика и двух дискретных в цифровой код для его последующей передачи по физическому каналу RS-485; через действующую линию питания проведена линия нагрузки для электронных приемных блоков (ЭПБ) светодиодных светильников, а их управление (220 В, 50 Гц) через дополнительную линию в виде канала интерфейса RS-485 и по протоколу Modbus RTU через устройство связи с компьютером.
Основной технической проблемой прототипа является его ограниченные функциональные возможности, а именно, в техническом решении отсутствует возможность одновременного функционирования как в ручном режиме работы при управлении работой непосредственно с компьютером (сервером), так и автоматической работы по расписанию.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства, а именно обеспечения возможности как автоматического, так и ручного управления светильником.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство телеметрии и управления уличным светильником содержит блок приема и передачи данных по радиоканалу, отличающееся тем, что первый выход блока инициализации и выход блок расписания и параметров конфигурации соединены с входами блока определения параметров конфигурации и расписания, первый выход которого соединен с блоком комплексного анализа и обработки данных, блок комплексного анализа и обработки данных соединен с блоком формирования команд светильнику, который соединён с устройством управления светильником, второй и третий выходы блока инициализации соединены со входами устройства датчиков и внешних входов, устройства опроса состояния светильника, выходы которых соединены со входом блока анализа состояния светильника, датчиков и входов, первый выход блока анализа состояния светильника, датчиков и входов соединен со входом блока комплексного анализа и обработки данных, второй выход блока анализа состояния светильника, датчиков и входов соединен со входом блока формирования сообщения для сервера, выход блока комплексного анализа и обработки данных соединен со входом блока формирования сообщения для сервера выход которого, соединен со входом блока приема и передачи данных по радиоканалу, который соединен с блоком обработки команды от сервера, который соединен с блоком формирования данных от сервера, первый выход которого соединен с входом блока комплексного анализа и обработки данных, второй выход соединен с первым входом блока расписания и параметров конфигурации,  второй вход которого соединен со вторым  выходов  блока определения параметров конфигурации и расписания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана структурно-функциональная схема устройства телеметрии и управления уличным светильником.
На фиг. 2 показана блок-схема устройства телеметрии и управления уличным светильником.
На фиг. 3 показана блок-схема алгоритма функционирования устройства телеметрии и управления уличным светильником.
На фигурах обозначено:1 - блок инициализации; 2 – блок определения параметров конфигурации и расписания; 3 - блок комплексного анализа и обработки данных; 4 - блок формирования команд светильнику; 5 - блок расписания и параметров конфигурации; 6 - блок приема\передачи данных по радиоканалу; 7 - блок обработки команды от сервера; 8 – блок формирования данных от сервера; 9 - устройство управления светильником; 10 - устройство датчиков и внешних входов; 11 - устройство опроса состояния светильника; 12 - блок анализа состояния светильника, датчиков и входов; 13 - блок формирования сообщений для сервера.
Осуществление полезной модели.
Устройства телеметрии и управления уличным светильником состоит из следующих функциональных элементов.
Первый выход блока инициализации 1 и выход блок расписания и параметров конфигурации 5 соединены с входами блока определения параметров конфигурации и расписания 2, первый выход которого соединен с блоком комплексного анализа и обработки данных 3. Блок комплексного анализа и обработки данных 3 соединен с блоком формирования команд светильнику 4, который соединён с устройством управления светильником 9. Второй и третий выходы блока инициализации 1 соединены со входами устройства датчиков и внешних входов 10, устройства опроса состояния светильника 11, выходы которых соединены со входом блока анализа состояния светильника, датчиков и входов 12. Первый выход блока анализа состояния светильника, датчиков и входов 12 соединен со входом блока комплексного анализа и обработки данных 3. Второй выход блока анализа состояния светильника, датчиков и входов 12 соединен со входом блока формирования сообщения для сервера 13. Выход блока комплексного анализа и обработки данных 3 соединен со входом блока формирования сообщения для сервера 13, выход которого, соединен со входом блока приема\передачи данных по радиоканалу 6, который соединен с блоком обработки команды от сервера 7, который соединен с блоком формирования данных от сервера 8, первый выход которого соединен с входом блока комплексного анализа и обработки данных 3, второй выход соединен с первым входом блока расписания и параметров конфигурации 5,  второй вход которого соединен со вторым  выходов  блока определения параметров конфигурации и расписания 2.
При этом, блок инициализации 1 предназначен для установки и определения начальных состояний устройства после его включения и выполнен с возможностью инициализации опроса устройства датчиков и внешних входов 10 и устройства опроса состояния светильника 11, которое обеспечивает сопряжение со светильником. Также блок инициализации 1 выполнен с возможностью инициализации начала функционирования устройства в автоматическом режиме.
Блок определения параметров конфигурации и расписания 2 предназначен для формирования начальных условий для алгоритма функционирования и выполнен с возможностью обмена информацией с блоком расписания и параметров конфигурации 5, отвечающим за сохранение данных расписания и конфигурации и передачи информации о текущем расписании и конфигурации в блок комплексного анализа и обработки данных 3, реализующего основную логику работы устройства в соответствии с заложенным алгоритмом. В соответствии с информацией, поступающей с блока определения параметров конфигурации и расписания 2 устройство, функционирует в автоматическом режиме.
Блок комплексного анализа и обработки данных 3 выполнен с возможностью передачи команд на блок формирования команд светильнику 4, который предназначен для выдачи необходимого управляющего воздействия для светильника в соответствии с полученной информацией от блока формирования данных от сервера 8, отвечающего за интерпретацию управляющих команд от сервера сети, блока определения параметров конфигурации и расписания 2 и блока анализа состояния светильника, датчиков и входов 12, который осуществляет проверку и выбор  режима работы с учетом заданной конфигурации. В режиме автоматического управления команды на блок формирования команд светильнику 4 подаются на основе информации о расписании работы светильника с блока определения параметров конфигурации и расписания 2. В случае ручного управления команды на блок формирования команд светильнику 4 подаются на основе информации полученной с сервера через блок формирования данных от сервера 8. Одновременно с этим блок комплексного анализа и обработки данных 3 выполнен с возможностью передачи информации о текущем режиме работы устройства на сервер через блок формирования сообщений на сервер 13, осуществляющий обратную связь устройства с сервером сети.
Блок формирования команд светильнику 4 выполнен с возможностью обработки команд, полученных от блока комплексного анализа и обработки данных 3 с последующей их передачей на устройство управления светильником 9, предназначенное для формирования физических сигналов управления.
Блок расписания и параметров конфигурации 5 содержит в себе информацию о текущем расписании и параметрах конфигурации работы светильника, которую он изначально получает от сервера, через блок формирования данных от сервера 8. Данную информацию он передает на блок определения параметров конфигурации и расписания 2. Также при поступлении команды от сервера о изменении расписания и/или параметров работы светильника блок расписания и параметров конфигурации 5 сохраняет в себе полученную информацию, с последующей ее передачей на блок определения параметров конфигурации и расписания 2.
Блок приема\передачи данных по радиоканалу 6 предназначен для обеспечения работы устройства в радиосети и выполнен с возможностью получения команд непосредственно с сервера, а также отправки команд, полученных с блока формирования сообщений для сервера 13 на сервер.
Блок обработки команды от сервера 7 выполнен с возможностью обработки команд, полученных с сервера через блок приема\передачи данных по радиоканалу 6 и их формализацию для дальнейшей ретрансляции на блок формирования данных от сервера 8.
Блок формирования данных от сервера 8 выполнен с возможностью дальнейшей ретрансляции команд от сервера либо на блок расписания и параметров конфигурации 5 для изменения расписания и конфигурации параметров работы светильника, либо на блок комплексного анализа и обработки данных 3 для ручного управления светильником.
Устройство управления светильником 9 выполнено с возможностью непосредственного управления светильником в соответствии с информацией, полученной от блока формирования команд светильнику 4. Устройство управления светильником 9 выполняет функцию сопряжения полученных команд для корректной работы светильника.
Устройство датчиков и внешних входов 10 выполнено с возможностью определения работоспособности состояния датчиков и внешних входов по запросу с блока инициализации 1.
Устройство опроса состояния светильника 11 выполнено с возможностью определения работоспособности состояния устройства, а именно корректного функционирования его логики управления.
Блок анализа состояния светильника, датчиков и входов 12 выполнен с возможностью определения состояния работоспособности / частичной работоспособности / неработоспособности устройства в соответствии с информацией, полученной с устройства датчиков и внешних входов 10 и устройства опроса состояния светильника 11. Также Блок анализа состояния светильника, датчиков и входов 12 выполнен с возможностью отправки информации о состоянии устройства (в том числе информации о конкретной неисправности) на сервер, через блок формирования сообщений для сервера 13.
Блок формирования сообщений для сервера 13 выполнен с возможностью получения информации от блока комплексного анализа и обработки данных 3 о режимах функционирования устройства, и от блока анализа состояния светильника, датчиков и входов 12 о состоянии работоспособности устройства,  с последующей обработкой этой информации для отправки на сервер, через блок приема\передачи данных по радиоканалу 6.
Устройство телеметрии и управления уличным светильником функционирует следующим образом.
В начале работы устройства, блоком инициализации 1 производится опрос состояния светильника через устройство опроса состояния светильника 11 и устройство датчиков и внешних входов 10. Данные опроса поступают на блок анализа состояния светильника, датчиков и входов 12, где определяется готовность светильника и состояние логики управления. При этом под готовностью светильника понимается возможность изменения его состояния посредством обработки команд управления блоком комплексного анализа и обработки данных 3 и возможности передачи данных на сервер через блок формирования сообщений на сервер 13 через блок приема\передачи данных по радиоканалу 6.
В режиме автоматического управления после инициализации в блоке определения параметров конфигурации и расписания 2 производится считывание данных с блока расписания и параметров конфигурации 5, которые передаются в блок комплексного анализа и обработки данных 3. На основе данных поступивших из блока определения параметров конфигурации и расписания 2 и данных потупивших из блока анализа состояния светильника, датчиков и входов 12 производится формирование управляющего воздействия на блок формирования команд светильнику 4 на изменение его состояния яркости; включения/выключения. Далее соответствующая команда передается на устройство управления светильником 9. Таким образом изменение состояния яркости, а также включение/выключение светильника реализуется на основе данных о режимах работы светильника в конкретный момент времени, поступившие с блока определения параметров конфигурации и расписания 2 и блока анализа состояния светильника, датчиков и входов 12. Одновременно с этим, с блока комплексного анализа и обработки данных 3 передается команда на блок формирования сообщений для сервера 13 где формируется команда для отправки сообщения об изменении состояния светильника.
В режиме управления от сервера, при приеме команды по радиоканалу блоком приема\передачи данных по радиоканалу 6 производится её обработка, в блоке обработки команды от сервера 7 и через блок формирования данных от сервера 8 формируется команда по изменению состояния в светильнике, которая передается в блок комплексного анализа и обработки данных 3, где производится формирование управляющего воздействия на блок формирования команд светильнику 4 на изменение его состояния яркости, включения/выключения и далее соответствующая команда поступает на устройство управления светильником 9. Также в этом режиме по команде от сервера принятой в блоке приема\передачи данных по радиоканалу 6, через блок обработки команды от сервера 7 и блок формирования данных от сервера 8 производится изменение расписания или параметров конфигурации в блоке расписания и параметров конфигурации 5.  Подтверждение выполнения команды от сервера с блока комплексного анализа и обработки данных 3 передается на блок формирования сообщения на сервер 13 и далее на блок приема\передачи данных по радиоканалу 6.
Заявленный технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности как автоматического, так и ручного управления светильником достигается за счет обеспечения возможности функционирования устройства сразу в нескольких режимах, а именно:
возможность автоматического опроса состояния светильника с отправкой команд о состоянии на сервер;
возможность автоматического режима работы через блок расписания и параметров конфигурации 5 с отправкой команд о состоянии работы на сервер;
возможность ручного режима работы с получением команд от сервера через блок комплексного анализа и обработки данных 3;
возможность ручного изменения параметров конфигурации и расписания светильника.
Таким образом заявленное техническое решение позволяет реализовывать функцию телеметрии и управления уличным светильником по предназначению, с минимальным вмешательством человека-оператора, а также позволяет осуществлять корректное функционирование устройства в том числе и при неисправности радиоканала передачи данных, благодаря наличию автоматического режима работы.
Заявителем в 2022 был изготовлен опытный и промышленный образец заявленного устройства, в ходе эксплуатации которого подтвердился технический результат.
Заявленное устройство изготавливается на предприятии и является единым изделием.
Пример реализации устройства.
Устройство включает в себя следующие модули (фиг. 2):
Модуль 1 телеметрии и управления светильником реализован на базе формирователя сигнала IRLML2803 и включает в себя: блок формирования команд светильнику 4; устройство управления светильником 9; устройство опроса состояния светильника 11.
Модуль 2 анализа настроек, обработки сигналов, команд управления и подготовка сообщений реализован на базе микросхемы STM32L152 и включает в себя: блок комплексного анализа и обработки данных 3; блок анализа состояния светильника, датчиков и входов 12; блок формирования данных от сервера 8.
Модуль 3 хранения параметров конфигурации и расписания реализован на основе микросхемы памяти SST25V и включает в себя: блок определения параметров конфигурации и расписания 2; блок расписания и параметров конфигурации 5; блок инициализации 1.
Модуль 4 датчиков, внешних входов, реализован на основе микросхем датчиков температуры DHT30-D1 и акселерометра MC3635 и включает в себя: устройство датчиков и внешних входов 10.
Модуль 5 приема\передачи данных по радиоканалу, реализован на основе микросхемы цифрового трансивера SX1276 и включает в себя: блок приема\передачи данных по радиоканалу 6; блок обработки команды от сервера 7; блок формирования сообщений для сервера 13.
Вариант реализации алгоритма функционирования устройства представлен на фиг. 3 в виде блок-схемы.
Устройство телеметрии и управления уличным светильником с модулем LoRaWAN представляет из себя плату, которая может устанавливаться в корпус уличного светильника с электропитанием 3,3 В от драйвера светильника и осуществлять управление им по интерфейсу UART. Также она может работать от сети 220 В через собственный блок питания и управлять светильником посредством ШИМ или цифровыми командами (UART интерфейс). Также возможен вариант компоновки устройства телеметрии и управления уличным светильником с модулем LoRaWAN, при котором реализуется его установка в корпус с расширением функционала, путем установки на плату соответствующим сенсоров, схемотехнических решений и как следствие добавление функционала следующих устройств: датчик освещенности, датчик вибрации и удара, датчик температуры и влажности, счетчик импульсов, вход выход типа ОК, аналоговый вход с АЦП.