所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于城市智能照明系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器。

背景技術(shù)：

我國(guó)城市建設(shè)的快速推進(jìn)，市政工程在規(guī)劃路燈照明系統(tǒng)時(shí)往往是根據(jù)最大需求對(duì)路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，現(xiàn)普遍采用人工巡線的管理方式，由于路燈數(shù)目眾多且安裝比較分散，這就給路燈的實(shí)時(shí)維護(hù)帶來了很大的困難。經(jīng)常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障燈，會(huì)對(duì)道路交通安全造成極大隱患。且現(xiàn)有節(jié)能路燈控制器普遍采用時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)，工作方式單一，如遇季節(jié)變化，晝長(zhǎng)夜短時(shí)間不等，不能靈活變更工作時(shí)間。尤其是城市建筑群林立，各種輻射源眾多，信道特性復(fù)雜，多徑衰落。另外受控于國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)對(duì)民用無(wú)線發(fā)射設(shè)備發(fā)射功率的限制，要求發(fā)射功率不大于15mw，因此城市隨參信道噪聲的頻率和幅度很容易淹沒有用信號(hào)，從而使得有用信號(hào)很難有效傳輸。現(xiàn)有技術(shù)方案存在維護(hù)成本高、節(jié)能效率低和不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障燈帶來的交通隱患，因此對(duì)城市燈飾的管理與控制需要一種科學(xué)、合理、高效的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

對(duì)于上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以通過控制中心對(duì)路燈的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障檢測(cè)，對(duì)市政照明進(jìn)行智能控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、高效率、低成本路燈照明管理的智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器通過射頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)路燈控制器之間相互通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器的主控芯片閃存中存有這個(gè)控制器特有的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)地址，通過通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和斷鏈；該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器包括充電管理模塊、能量檢測(cè)模塊、主控芯片、射頻通訊模塊；所述充電管理模塊分別與電池模塊、太陽(yáng)能電池板、市電相連，所述電池模塊通過脈沖調(diào)光模塊與照明的路燈相連；所述能量檢測(cè)模塊采集線路上的電壓電流，通過接口與主控芯片交換信息，所述主控芯片通過射頻通訊模塊將信息傳遞到控制中心，控制中心在通過射頻通訊模塊將信息反饋到所述主控芯片；所述主控芯片與所述充電管理模塊之間雙向通訊連接，所述主控芯片通過環(huán)境檢測(cè)模塊收集車流、人流以及環(huán)境光信息。

作為優(yōu)選，所述照明路燈使用led燈頭，所述脈沖調(diào)光模塊包括兩條調(diào)節(jié)電池模塊充電電壓和路燈模塊亮度的脈寬可變的硬件pwm脈沖；所述充電管理模塊控制連接所述電池模塊與市電線路，所述電池模塊通過所述脈沖調(diào)光模塊調(diào)節(jié)照明路燈亮度；所述能量檢測(cè)模塊用來采集線路上的電壓電流，通過spi接口與主控芯片交換信息。

作為優(yōu)選，所述主控芯片采用微控單元模塊的msp430f149，主控芯片xt2in、xt2out引腳接8mhz高速晶振，保障系統(tǒng)高速運(yùn)行，主控芯片xtin、xtout引腳接32.768khz時(shí)鐘晶振，給系統(tǒng)提供精確定時(shí)；所述主控芯片采用max706看門狗芯片作為輔助芯片，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，主控芯片p5.5引腳連接看門狗6腳喂狗，當(dāng)程序跑飛停止喂狗，看門狗與芯片連接的復(fù)位腳rst產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使主芯片恢復(fù)正常工作。

作為優(yōu)選，電壓電流檢測(cè)的處理芯片采用cs5460a，該芯片可實(shí)現(xiàn)高精度功率測(cè)量。cs5460a芯片的模擬電流輸入端iin+、iin-接15歐采樣電阻，電阻兩端t3-1、t3-2接霍爾電流互感器采集市電電流；cs5460a芯片的模擬電壓輸入端vin+、vin-接75歐采樣電阻，電阻兩端t2-1、t2-2接霍爾電壓互感器采集市電電壓；芯片的片選引腳、復(fù)位引腳及spi通信引腳與主控芯片p4.0-p4.4引腳連接。

作為優(yōu)選，太陽(yáng)能電池板與充電管理模塊以及電池模塊的電路通過con4連接器與能量檢測(cè)模塊電路相連，所述con4連接器的b+腳接電池模塊和太陽(yáng)能電池板上電池的正極，b-腳接電池模塊的負(fù)極，充電管理模塊的電壓經(jīng)過一個(gè)12v鉗位二極管和一個(gè)5v穩(wěn)壓管，產(chǎn)生穩(wěn)定5v電壓給芯片供電。充電管理模塊負(fù)極與地線之間用一只mos管隔開，防止反接燒毀電路板。所述con4連接器的b2-接腳接太陽(yáng)能電池板負(fù)極，太陽(yáng)能電池負(fù)極與地線之間用兩只mos管隔開，主控芯片的p1.3、p1.5分別通過導(dǎo)通三極管驅(qū)動(dòng)mos管導(dǎo)通，通過控制p1.3的導(dǎo)通頻率實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。通過電阻r67、r71分壓采樣太陽(yáng)能電池電壓，由主控芯片p6.4adc引腳檢測(cè)電壓；通過電阻r68、r72分壓采樣蓄電池電壓，由主控芯片p6.3adc引腳檢測(cè)電壓。

作為優(yōu)選，能量檢測(cè)模塊的電路處理芯片為mp4012，所述mp4012的b+引腳連接電池模塊的正極，所述主控芯片通過p1.1引腳控制npn三極管導(dǎo)通mos管，mos管導(dǎo)通電池模塊電壓分別進(jìn)入l1儲(chǔ)能電感和mp4012芯片1腳，能量檢測(cè)模塊的電路處理芯片得電開始工作，mp4012芯片3、11引腳通過輪流導(dǎo)通兩只n溝道m(xù)os管釋放儲(chǔ)存的能量抬升電壓，芯片5腳通過一個(gè)1k電阻接到mos管源極，該芯片6腳與地線之間接一個(gè)進(jìn)行斜率補(bǔ)償電阻，mp4012芯片7腳與地之間接一個(gè)進(jìn)行開關(guān)頻率設(shè)置的電阻；mp4012芯片8腳同步引腳，mp4012芯片9腳與10腳連接電阻，輸出電壓通過電阻分壓連接到mp4012芯片12腳，mp4012芯片13腳pwm調(diào)光輸入，接一個(gè)限流的電阻；mp4012芯片14腳接一個(gè)rc電路，芯片15腳連接一個(gè)電阻分壓電路，芯片16腳連接電流檢測(cè)電阻到gnd。

作為優(yōu)選，所述射頻通訊模塊的處理芯片是ax5043，ax5043的1腳接地，2腳接電源，4腳接主控芯片中斷引腳p1.7，5-8引腳連接主控芯片p2.3-p2.6，模塊12腳13腳接天線底座，其余引腳懸空。

作為優(yōu)選，該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器上各元件采用電路板組裝，所述電路板元器件采用貼片式或者直插式，所述能量檢測(cè)模塊的升壓電路采用散熱效果更好的直插式；電解電容采用直插式；射頻通訊模塊焊接屏蔽罩。

本發(fā)明的有益效果在于：該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器主要使用在路燈個(gè)體中，與路燈電路相連，采用低成本通信方案，可以用來與控制中心的集中控制器進(jìn)行連接，方便控制中心對(duì)每路燈個(gè)體的工作工作狀態(tài)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

本智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器提出基于信道編碼擴(kuò)頻通信和智能互聯(lián)的解決方案保證信息的有效傳輸，采用射頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)路燈控制器之間相互通信，每個(gè)控制器主控芯片falsh中存有這個(gè)控制器特有的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)地址，通過自主研發(fā)的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和斷鏈。該節(jié)點(diǎn)控制器中，由于能量檢測(cè)模塊的能量采集芯片是獨(dú)立開來的，可以實(shí)時(shí)采集電池和路燈的電壓電流，按需求提取。該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器更加方便無(wú)線連接，可以用來對(duì)城市照明路燈進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控中心對(duì)每盞路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行配置，查詢，實(shí)時(shí)給出路燈的工作狀態(tài)，對(duì)有問題的路燈給出報(bào)警信息和定位。

同時(shí)充電管理模塊的輸入分為太陽(yáng)能電池和市電，正常工作情況下由太陽(yáng)能電池板提供電能為電池模塊充電，采用處理器調(diào)節(jié)相應(yīng)的充電電壓，當(dāng)處理器檢測(cè)到蓄電池電量低又沒有光照的情況時(shí)，控制繼電器吸合引入市電為蓄電池充電。電池輸出電壓接入pwm恒流升壓電路，由處理器控制將電壓提升到指定照明功率。同時(shí)，傳感器檢測(cè)車流人流及環(huán)境，處理器做出相應(yīng)判斷更改照明方式達(dá)到節(jié)能效果。

附圖說明

圖1是智能路燈節(jié)點(diǎn)控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是主控芯片最小系統(tǒng)原理圖。

圖3是電壓電流檢測(cè)原理圖。

圖4是太陽(yáng)能沖電過程的原理圖。

圖5是脈沖調(diào)光模塊的電路原理圖。

圖6是射頻模塊接口原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明：

如圖中實(shí)施例1中所示，本該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器通過射頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)路燈控制器之間相互通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器的主控芯片閃存中存有這個(gè)控制器特有的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)地址，通過通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和斷鏈；該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器包括充電管理模塊、能量檢測(cè)模塊、主控芯片、射頻通訊模塊；所述充電管理模塊分別與電池模塊、太陽(yáng)能電池板、市電相連，所述電池模塊通過脈沖調(diào)光模塊與照明的路燈相連；所述能量檢測(cè)模塊采集線路上的電壓電流，通過接口與主控芯片交換信息，所述主控芯片通過射頻通訊模塊將信息傳遞到控制中心，控制中心在通過射頻通訊模塊將信息反饋到所述主控芯片；所述主控芯片與所述充電管理模塊之間雙向通訊連接，所述主控芯片通過環(huán)境檢測(cè)模塊收集車流、人流以及環(huán)境光信息。

在本實(shí)施例中，所述照明路燈使用led燈頭，所述脈沖調(diào)光模塊包括兩條調(diào)節(jié)電池模塊充電電壓和路燈模塊亮度的脈寬可變的硬件pwm脈沖；所述充電管理模塊控制連接所述電池模塊與市電線路，所述電池模塊通過所述脈沖調(diào)光模塊調(diào)節(jié)照明路燈亮度；所述能量檢測(cè)模塊用來采集線路上的電壓電流，通過spi接口與主控芯片交換信息。具體來說控制器正常工作時(shí)射頻模塊處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)模塊接收到控制指令，傳遞給處理器，處理器分析數(shù)據(jù)執(zhí)行指令，更改工作模式或?qū)⒐ぷ鳡顟B(tài)信息上傳到控制中心。

該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器主要使用在路燈個(gè)體中，與路燈電路相連，采用低成本通信方案，可以用來與控制中心的集中控制器進(jìn)行連接，方便控制中心對(duì)每路燈個(gè)體的工作工作狀態(tài)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

本智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器提出基于信道編碼擴(kuò)頻通信和智能互聯(lián)的解決方案保證信息的有效傳輸，采用射頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)路燈控制器之間相互通信，每個(gè)控制器主控芯片falsh中存有這個(gè)控制器特有的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)地址，通過自主研發(fā)的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和斷鏈。該節(jié)點(diǎn)控制器中，由于能量檢測(cè)模塊的能量采集芯片是獨(dú)立開來的，可以實(shí)時(shí)采集電池和路燈的電壓電流，按需求提取。該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器更加方便無(wú)線連接，可以用來對(duì)城市照明路燈進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控中心對(duì)每盞路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行配置，查詢，實(shí)時(shí)給出路燈的工作狀態(tài)，對(duì)有問題的路燈給出報(bào)警信息和定位。

同時(shí)充電管理模塊的輸入分為太陽(yáng)能電池和市電，正常工作情況下由太陽(yáng)能電池板提供電能為電池模塊充電，采用處理器調(diào)節(jié)相應(yīng)的充電電壓，當(dāng)處理器檢測(cè)到蓄電池電量低又沒有光照的情況時(shí)，控制繼電器吸合引入市電為蓄電池充電。電池輸出電壓接入pwm恒流升壓電路，由處理器控制將電壓提升到指定照明功率。同時(shí)，傳感器檢測(cè)車流人流及環(huán)境，處理器做出相應(yīng)判斷更改照明方式達(dá)到節(jié)能效果。

如圖2所示，所述主控芯片采用微控單元模塊的msp430f149，主控芯片xt2in、xt2out引腳接8mhz高速晶振，保障系統(tǒng)高速運(yùn)行，主控芯片xtin、xtout引腳接32.768khz時(shí)鐘晶振，給系統(tǒng)提供精確定時(shí)；所述主控芯片采用max706看門狗芯片作為輔助芯片，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，主控芯片p5.5引腳連接看門狗6腳喂狗，當(dāng)程序跑飛停止喂狗，看門狗與芯片連接的復(fù)位腳rst產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使主芯片恢復(fù)正常工作。

如圖3所示，電壓電流檢測(cè)的處理芯片采用cs5460a，該芯片可實(shí)現(xiàn)高精度功率測(cè)量。cs5460a芯片的模擬電流輸入端iin+、iin-接15歐采樣電阻，電阻兩端t3-1、t3-2接霍爾電流互感器采集市電電流；cs5460a芯片的模擬電壓輸入端vin+、vin-接75歐采樣電阻，電阻兩端t2-1、t2-2接霍爾電壓互感器采集市電電壓；芯片的片選引腳、復(fù)位引腳及spi通信引腳與主控芯片p4.0-p4.4引腳連接，主控芯片在系統(tǒng)初始化時(shí)對(duì)能量檢測(cè)芯片進(jìn)行工作配置，并根據(jù)上位機(jī)需要通過spi通信協(xié)議提取當(dāng)前有效電壓電流值。

如圖4所示，太陽(yáng)能電池板與充電管理模塊以及電池模塊的電路通過con4連接器與能量檢測(cè)模塊電路相連，所述con4連接器的b+腳接電池模塊和太陽(yáng)能電池板上電池的正極，b-腳接電池模塊的負(fù)極，充電管理模塊的電壓經(jīng)過一個(gè)12v鉗位二極管和一個(gè)5v穩(wěn)壓管，產(chǎn)生穩(wěn)定5v電壓給芯片供電。充電管理模塊負(fù)極與地線之間用一只mos管隔開，防止反接燒毀電路板。所述con4連接器的b2-接腳接太陽(yáng)能電池板負(fù)極，太陽(yáng)能電池負(fù)極與地線之間用兩只mos管隔開，主控芯片的p1.3、p1.5分別通過導(dǎo)通三極管驅(qū)動(dòng)mos管導(dǎo)通，通過控制p1.3的導(dǎo)通頻率實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，采用雙mos管電路具有防止太陽(yáng)能電池反接燒壞電路板的優(yōu)點(diǎn)。通過電阻r67、r71分壓采樣太陽(yáng)能電池電壓，由主控芯片p6.4adc引腳檢測(cè)電壓；通過電阻r68、r72分壓采樣蓄電池電壓，由主控芯片p6.3adc引腳檢測(cè)電壓。

如圖5所示，所述脈沖調(diào)光模塊的電路為pwm升壓電路，其處理芯片為mp4012，所述mp4012的b+引腳連接電池模塊的正極，所述主控芯片通過p1.1引腳控制npn三極管導(dǎo)通mos管，mos管導(dǎo)通電池模塊電壓分別進(jìn)入l1儲(chǔ)能電感和mp4012芯片1腳，能量檢測(cè)模塊的電路處理芯片得電開始工作，mp4012芯片3、11引腳通過輪流導(dǎo)通兩只n溝道m(xù)os管釋放儲(chǔ)存的能量抬升電壓，芯片5腳通過一個(gè)1k電阻接到mos管源極，用于感測(cè)mos管工作電流，該芯片6腳與地線之間接一個(gè)進(jìn)行斜率補(bǔ)償電阻，mp4012芯片7腳與地之間接一個(gè)進(jìn)行開關(guān)頻率設(shè)置的電阻；mp4012芯片8腳同步引腳，用于多個(gè)芯片同時(shí)工作，只用一枚芯片故懸空。mp4012芯片9腳與10腳連接電阻，通過分壓檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)輸出電流限流。輸出電壓通過電阻分壓連接到mp4012芯片12腳實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)檢測(cè)。mp4012芯片13腳pwm調(diào)光輸入，接一個(gè)限流的電阻；mp4012芯片14腳接一個(gè)rc電路，用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)控制環(huán)路。芯片15腳連接一個(gè)電阻分壓電路，實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)光功能。芯片16腳連接電流檢測(cè)電阻到gnd。

如圖6所示，所述射頻通訊模塊的處理芯片是ax5043，ax5043的1腳接地，2腳接電源，4腳接主控芯片中斷引腳p1.7，5-8引腳連接主控芯片p2.3-p2.6，模塊12腳13腳接天線底座，其余引腳懸空。在本實(shí)施中所述射頻通訊模塊具有二十種通信頻率，能有效抵抗干擾，防止相間串?dāng)_。主控芯片與模塊之間采用spi協(xié)議通信，模塊的參數(shù)配置和信息收發(fā)皆有主控芯片處理執(zhí)行。

該智能照明系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器上各元件采用電路板組裝，所述電路板元器件采用貼片式或者直插式，所述能量檢測(cè)模塊的升壓電路采用散熱效果更好的直插式；采樣部分電阻用0805封裝1％精度，其余用0805封裝5％精度。貼片電容均為0805封裝，電解電容采用直插式；射頻通訊模塊焊接屏蔽罩，防止板上電氣干擾。電感直徑10mm，線粗要求過10個(gè)安培電流。電壓互感器參數(shù)采用2ma/2ma，電流互感器參數(shù)采用10a/10ma。其余元器件按照原理圖依次焊接。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。