技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種基于穩(wěn)壓器的工業(yè)廠房燈光終端控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)滲透到人類(lèi)生產(chǎn)和生活的方方面面。無(wú)線通信網(wǎng)已經(jīng)逐步發(fā)展到能為任何人和物件之間隨時(shí)、隨地通信的物聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模極速擴(kuò)大，但與此同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)的總體的穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題也越來(lái)越突出。與此同時(shí)，為了滿足人類(lèi)生活的需要，越來(lái)越多的傳感器需要被安放在人跡罕至或者環(huán)境惡劣的地區(qū)，這些地區(qū)惡劣的環(huán)境決定了人們無(wú)法使用化學(xué)電池為無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)供電，因?yàn)樵谶@些地區(qū)更換化學(xué)電池往往是一件不太可能的事情。正因?yàn)檫@些原因，本發(fā)明才想到采用可再生能源為無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)供能來(lái)解決這些問(wèn)題。

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步成熟的背景下，大型燈光終端控制系統(tǒng)技術(shù)也由傳統(tǒng)的模擬調(diào)光技術(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字調(diào)光技術(shù)。數(shù)字調(diào)光技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、信號(hào)便于存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的大型燈光終端控制系統(tǒng)存在設(shè)備管理不完善、不易維護(hù)等問(wèn)題，并且已有系統(tǒng)多是處理單個(gè)命令的直接控制，對(duì)于負(fù)責(zé)批命令控制的研究還有待深入。無(wú)線傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，解決了互聯(lián)的問(wèn)題，由具有感知、處理和無(wú)線通信能力的大量傳感器節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成既定的任務(wù)。

目前大型燈光終端控制系統(tǒng)大多利用以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的有線傳輸，存在著成本高、綜合布線復(fù)雜、通信電纜選擇等實(shí)際工程問(wèn)題，限制了燈光終端控制系統(tǒng)的發(fā)展前景。在控制燈光終端系統(tǒng)時(shí)，技術(shù)人員需要對(duì)燈光命令、燈具開(kāi)關(guān)及亮度調(diào)節(jié)等方面進(jìn)行及時(shí)且準(zhǔn)確的把握，需要一套完善、精確的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)溫度參數(shù)、亮度參數(shù)及顏色參數(shù)等燈光參數(shù)的變化進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并根據(jù)燈光控制命令等其他要求，實(shí)現(xiàn)大型燈光的最好效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于穩(wěn)壓器的工業(yè)廠房燈光終端控制系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案

一種基于穩(wěn)壓器的工業(yè)廠房燈光終端控制系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié)點(diǎn)和由多個(gè)具有檢測(cè)的廠房光亮參數(shù)的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將傳感器節(jié)點(diǎn)采集的燈光數(shù)據(jù)傳至匯聚節(jié)點(diǎn)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)將接收的燈光數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控終端；所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含光強(qiáng)傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊和電源模塊，所述光強(qiáng)傳感器依次經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述無(wú)線通信模塊和電源模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接；所述電源模塊包含依次連接的溫差電能收集器、電源能量管理電路，所述電源能量管理電路包含MPPT模塊、電能輸出接口、升壓電路和能量緩沖器，所述能量緩沖器包含儲(chǔ)能電容、比較器和穩(wěn)壓器；所述MPPT模塊的輸出端連接電能輸出接口的輸入端、所述電能輸出接口的輸出端連接升壓電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端連接穩(wěn)壓器的輸入端，所述比較器和儲(chǔ)能電容的輸入端連接在升壓電路和穩(wěn)壓器之間；所述穩(wěn)壓器包含穩(wěn)壓電源芯片、第一電解電容、第二電解電容、電感、第一電阻、第二電阻和二極管，所述第一電解電容的負(fù)極分別連接第一電阻的一端和升壓電路的輸出端，第一電阻的另一端連接穩(wěn)壓電源芯片的輸入端，二極管的負(fù)極分別連接電感的一端和穩(wěn)壓電源芯片的輸出端，電感的另一端與第二電阻串聯(lián)后分別連接放大電路的輸入端、第二電解電容的負(fù)極，第一電解電容的正極、第二電解電容的正極、穩(wěn)壓電源芯片的接地端、二極管的正極與地連接。

作為本發(fā)明一種基于穩(wěn)壓器的工業(yè)廠房燈光終端控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述監(jiān)控終端包含微控制器模塊以及分別與其連接的射頻收發(fā)器、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊。

作為本發(fā)明一種基于穩(wěn)壓器的工業(yè)廠房燈光終端控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述無(wú)線通信模塊包含單片機(jī)以及與其連接的射頻發(fā)射器。

作為本發(fā)明一種基于穩(wěn)壓器的工業(yè)廠房燈光終端控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)處理模塊采用芯片型號(hào)為SPCE061A的微處理器。

作為本發(fā)明一種基于穩(wěn)壓器的工業(yè)廠房燈光終端控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述光強(qiáng)傳感器的芯片型號(hào)為T(mén)SL2561。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、成本低、操作簡(jiǎn)單、布網(wǎng)靈活且方便；

2、本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式形成多跳、自組織的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多個(gè)光亮傳感器組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)廠房的亮度進(jìn)行智能監(jiān)控該自組網(wǎng)能力強(qiáng)，可實(shí)時(shí)同步對(duì)廠房?jī)?nèi)光亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗低、可擴(kuò)展性強(qiáng)、布網(wǎng)位置信息直觀；

3、本發(fā)明的傳感器節(jié)點(diǎn)采用太陽(yáng)能供電，有效地節(jié)約了資源；

4、本發(fā)明以微型溫差發(fā)電器作為能量源，以德州儀器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作為DC-DC升壓變換器實(shí)現(xiàn)了可以從低至80mV的能量源采集能量，并利用外圍電路實(shí)現(xiàn)對(duì)能量源的最大功率點(diǎn)跟蹤控制，并結(jié)合能量緩沖器在必要時(shí)存儲(chǔ)能量，然后通過(guò)MIC841N雙電壓比較器和TPS78001超低壓差線性穩(wěn)壓器，實(shí)現(xiàn)了微型溫差能量的有效采集和利用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3是本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)電源模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)電源模塊穩(wěn)壓器電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1所示，一種基于穩(wěn)壓器的工業(yè)廠房燈光終端控制系統(tǒng)，包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié)點(diǎn)和由多個(gè)具有檢測(cè)的廠房光亮參數(shù)的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將傳感器節(jié)點(diǎn)采集的燈光數(shù)據(jù)傳至匯聚節(jié)點(diǎn)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)將接收的燈光數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控終端；本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式形成多跳、自組織的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多個(gè)光亮傳感器組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)廠房的亮度進(jìn)行智能監(jiān)控該自組網(wǎng)能力強(qiáng)，可實(shí)時(shí)同步對(duì)廠房?jī)?nèi)光亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗低、可擴(kuò)展性強(qiáng)、布網(wǎng)位置信息直觀。

如圖2所示，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含光強(qiáng)傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊和電源模塊，所述光強(qiáng)傳感器依次經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述無(wú)線通信模塊和電源模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接；所述光強(qiáng)傳感器實(shí)時(shí)采集廠房的光亮參數(shù)，依次經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換和放大處理，進(jìn)而上傳至數(shù)據(jù)處理模塊，將采集的光亮參數(shù)通過(guò)無(wú)線通信模塊經(jīng)匯聚節(jié)點(diǎn)匯總進(jìn)而傳輸至監(jiān)控終端。

如圖3所示，所述電源模塊包含依次連接的溫差電能收集器、電源能量管理電路，所述電源能量管理電路包含MPPT模塊、電能輸出接口、升壓電路和能量緩沖器，所述能量緩沖器包含儲(chǔ)能電容、比較器和穩(wěn)壓器；所述MPPT模塊的輸出端連接電能輸出接口的輸入端、所述電能輸出接口的輸出端連接升壓電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端連接穩(wěn)壓器的輸入端，所述比較器和儲(chǔ)能電容的輸入端連接在升壓電路和穩(wěn)壓器之間；

如圖4所示，所述穩(wěn)壓器包含穩(wěn)壓電源芯片、第一電解電容、第二電解電容、電感、第一電阻、第二電阻和二極管，所述第一電解電容的負(fù)極分別連接第一電阻的一端和升壓電路的輸出端，第一電阻的另一端連接穩(wěn)壓電源芯片的輸入端，二極管的負(fù)極分別連接電感的一端和穩(wěn)壓電源芯片的輸出端，電感的另一端與第二電阻串聯(lián)后分別連接放大電路的輸入端、第二電解電容的負(fù)極，第一電解電容的正極、第二電解電容的正極、穩(wěn)壓電源芯片的接地端、二極管的正極與地連接。

該控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議TCP/IP協(xié)議和燈光控制協(xié)議如DMX512協(xié)議、Art-net協(xié)議或ACN協(xié)議。用戶根據(jù)下達(dá)的任務(wù)書(shū)命令，將其解析并打包成TCP/IP數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送給相應(yīng)協(xié)議解碼器，解碼器再將接收到的數(shù)據(jù)包解碼為該協(xié)議的數(shù)據(jù)包并發(fā)送給協(xié)議終端控制器，再將其轉(zhuǎn)換為信號(hào)以控制燈具。

系統(tǒng)可設(shè)置基本工作模式參數(shù)，如調(diào)光曲線、預(yù)熱模式、同步方式、工作狀態(tài)選擇等。當(dāng)燈光設(shè)備在工作中突然運(yùn)行不正常或者工作參數(shù)超過(guò)指定值時(shí)，能立即發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

所述的大型燈光終端控制系統(tǒng)，各傳感器的輸出的模擬信號(hào)較弱，因此需要通過(guò)信號(hào)放大電路進(jìn)行放大信號(hào)，放大電路采用運(yùn)算放大器的同相閉環(huán)連接方式。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自組形成，通過(guò)路由協(xié)議、時(shí)鐘同步等無(wú)線傳感網(wǎng)基礎(chǔ)支撐技術(shù)建立起大型燈光控制無(wú)線傳感網(wǎng)的體系架構(gòu)，根據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù)，判斷出場(chǎng)景內(nèi)區(qū)域目前的燈具狀況，再根據(jù)控制終端下達(dá)的批命令調(diào)節(jié)燈光設(shè)備，達(dá)到適合的需求。

所述無(wú)線傳感網(wǎng)所使用的協(xié)議為多跳網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠?qū)⒁粋€(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息包可靠地傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，在保證可靠通信的前提下，盡量避免不必要的轉(zhuǎn)發(fā)通信量。

本發(fā)明通過(guò)高效的能量收集和有效的能量管理實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能，成為了真正的能量自供給無(wú)線傳感器系統(tǒng)，同時(shí)也順應(yīng)了現(xiàn)在我國(guó)通信行業(yè)綠色無(wú)線電的發(fā)展要求。

本發(fā)明采用了高性能的微處理器SPCE061A為核心經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力、高實(shí)時(shí)性、通信快速可靠的特點(diǎn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值；SPCE061A微處理器是凌陽(yáng)科技公司所生產(chǎn)的16位μ'nSPTM微處理器，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)。主要參數(shù)有：工作電壓(CPU)VDD為2．4～3．6 V，(I／O)VDDH為2．4～5．5 V；時(shí)鐘：0．32～49．152 MHz；內(nèi)置2 KBSRAM和32 KB FLASH；2個(gè)16位可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；2個(gè)10位DAC(數(shù)／模轉(zhuǎn)換)輸出通道；32位I／O位通用可編程輸入／輸出端口；14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A／B時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；中斷系統(tǒng)支持10個(gè)中斷向量及10余個(gè)中斷源，具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能，內(nèi)置在線仿真電路ICE接口，具有保密能力，具有Watch Dog功能，μ'nSPTM的指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的16位×16位乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了DSP功能。

SPCE061A具有很高的計(jì)算速度，這對(duì)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是極為重要的。對(duì)于SPCE061A，傳統(tǒng)的微處理器硬件和軟件的開(kāi)發(fā)已被簡(jiǎn)化，不再需要在線仿真。其SPCE061A大容量FLASH及SRAM，內(nèi)建以太網(wǎng)接口，可直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控；具備UART接口，可使各種串行設(shè)備快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。SPCE061A微處理器的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)ICE集編程、編譯、鏈接、調(diào)試、下載于一體，并有完善的TCP／IP協(xié)議棧，支持全功能UART通信，配備各種I／O驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)（包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。

以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。