技術領域

本發明屬于數據監控領域，尤其涉及一種基于穩壓器的工業廠房燈光終端控制系統。

背景技術：

隨著科技的發展，無線傳感器網絡技術已經滲透到人類生產和生活的方方面面。無線通信網已經逐步發展到能為任何人和物件之間隨時、隨地通信的物聯網，網絡的規模極速擴大，但與此同時物聯網的總體的穩定性和可持續發展問題也越來越突出。與此同時，為了滿足人類生活的需要，越來越多的傳感器需要被安放在人跡罕至或者環境惡劣的地區，這些地區惡劣的環境決定了人們無法使用化學電池為無線傳感器節點供電，因為在這些地區更換化學電池往往是一件不太可能的事情。正因為這些原因，本發明才想到采用可再生能源為無線通信節點供能來解決這些問題。

在網絡技術逐步成熟的背景下，大型燈光終端控制系統技術也由傳統的模擬調光技術轉化為數字調光技術。數字調光技術具有抗干擾能力強、信號便于存儲等優點。傳統的大型燈光終端控制系統存在設備管理不完善、不易維護等問題，并且已有系統多是處理單個命令的直接控制，對于負責批命令控制的研究還有待深入。無線傳感網是物聯網技術的重要基礎，解決了互聯的問題，由具有感知、處理和無線通信能力的大量傳感器節點形成一個多跳的自組織網絡系統，完成既定的任務。

目前大型燈光終端控制系統大多利用以太網絡進行數據的有線傳輸，存在著成本高、綜合布線復雜、通信電纜選擇等實際工程問題，限制了燈光終端控制系統的發展前景。在控制燈光終端系統時，技術人員需要對燈光命令、燈具開關及亮度調節等方面進行及時且準確的把握，需要一套完善、精確的無線傳感網絡對溫度參數、亮度參數及顏色參數等燈光參數的變化進行有效監測，并根據燈光控制命令等其他要求，實現大型燈光的最好效果。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提出了一種基于穩壓器的工業廠房燈光終端控制系統。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案

一種基于穩壓器的工業廠房燈光終端控制系統，包含監控終端、匯聚節點和由多個具有檢測的廠房光亮參數的傳感器節點構成的無線傳感器網絡；所述無線傳感器網絡將傳感器節點采集的燈光數據傳至匯聚節點，所述匯聚節點將接收的燈光數據上傳至監控終端；所述傳感器節點包含光強傳感器、模數轉換器、放大電路、數據處理模塊、無線通信模塊和電源模塊，所述光強傳感器依次經過模數轉換器、放大電路連接數據處理模塊，所述無線通信模塊和電源模塊分別與數據處理模塊連接；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能電容、比較器和穩壓器；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壓器的輸入端，所述比較器和儲能電容的輸入端連接在升壓電路和穩壓器之間；所述穩壓器包含穩壓電源芯片、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壓電源芯片的輸入端，二極管的負極分別連接電感的一端和穩壓電源芯片的輸出端，電感的另一端與第二電阻串聯后分別連接放大電路的輸入端、第二電解電容的負極，第一電解電容的正極、第二電解電容的正極、穩壓電源芯片的接地端、二極管的正極與地連接。

作為本發明一種基于穩壓器的工業廠房燈光終端控制系統的進一步優選方案，所述監控終端包含微控制器模塊以及分別與其連接的射頻收發器、顯示模塊、數據存儲模塊、時鐘模塊。

作為本發明一種基于穩壓器的工業廠房燈光終端控制系統的進一步優選方案，所述無線通信模塊包含單片機以及與其連接的射頻發射器。

作為本發明一種基于穩壓器的工業廠房燈光終端控制系統的進一步優選方案，所述數據處理模塊采用芯片型號為SPCE061A的微處理器。

作為本發明一種基于穩壓器的工業廠房燈光終端控制系統的進一步優選方案，所述光強傳感器的芯片型號為TSL2561。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1、本發明設計合理、成本低、操作簡單、布網靈活且方便；

2、本發明傳感器節點通過無線通信方式形成多跳、自組織的無線傳感器網絡，通過多個光亮傳感器組成的無線傳感器網絡對廠房的亮度進行智能監控該自組網能力強，可實時同步對廠房內光亮度進行實時監測，傳感器節點的能耗低、可擴展性強、布網位置信息直觀；

3、本發明的傳感器節點采用太陽能供電，有效地節約了資源；

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

附圖說明

圖1是本發明的系統結構圖；

圖2是本發明傳感器節點的結構原理圖；

圖3是本發明傳感器節點電源模塊結構圖；

圖4是本發明傳感器節點電源模塊穩壓器電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示，一種基于穩壓器的工業廠房燈光終端控制系統，包含監控終端、匯聚節點和由多個具有檢測的廠房光亮參數的傳感器節點構成的無線傳感器網絡；所述無線傳感器網絡將傳感器節點采集的燈光數據傳至匯聚節點，所述匯聚節點將接收的燈光數據上傳至監控終端；本發明傳感器節點通過無線通信方式形成多跳、自組織的無線傳感器網絡，通過多個光亮傳感器組成的無線傳感器網絡對廠房的亮度進行智能監控該自組網能力強，可實時同步對廠房內光亮度進行實時監測，傳感器節點的能耗低、可擴展性強、布網位置信息直觀。

如圖2所示，所述傳感器節點包含光強傳感器、模數轉換器、放大電路、數據處理模塊、無線通信模塊和電源模塊，所述光強傳感器依次經過模數轉換器、放大電路連接數據處理模塊，所述無線通信模塊和電源模塊分別與數據處理模塊連接；所述光強傳感器實時采集廠房的光亮參數，依次經過模數轉換器和放大電路的模數轉換和放大處理，進而上傳至數據處理模塊，將采集的光亮參數通過無線通信模塊經匯聚節點匯總進而傳輸至監控終端。

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能電容、比較器和穩壓器；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壓器的輸入端，所述比較器和儲能電容的輸入端連接在升壓電路和穩壓器之間；

如圖4所示，所述穩壓器包含穩壓電源芯片、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壓電源芯片的輸入端，二極管的負極分別連接電感的一端和穩壓電源芯片的輸出端，電感的另一端與第二電阻串聯后分別連接放大電路的輸入端、第二電解電容的負極，第一電解電容的正極、第二電解電容的正極、穩壓電源芯片的接地端、二極管的正極與地連接。

該控制系統采用網絡傳輸協議TCP/IP協議和燈光控制協議如DMX512協議、Art-net協議或ACN協議。用戶根據下達的任務書命令，將其解析并打包成TCP/IP數據包的格式發送給相應協議解碼器，解碼器再將接收到的數據包解碼為該協議的數據包并發送給協議終端控制器，再將其轉換為信號以控制燈具。

系統可設置基本工作模式參數，如調光曲線、預熱模式、同步方式、工作狀態選擇等。當燈光設備在工作中突然運行不正常或者工作參數超過指定值時，能立即發出警報信號。

所述的大型燈光終端控制系統，各傳感器的輸出的模擬信號較弱，因此需要通過信號放大電路進行放大信號，放大電路采用運算放大器的同相閉環連接方式。

無線傳感器網絡結構自組形成，通過路由協議、時鐘同步等無線傳感網基礎支撐技術建立起大型燈光控制無線傳感網的體系架構，根據傳感器采集的數據，判斷出場景內區域目前的燈具狀況，再根據控制終端下達的批命令調節燈光設備，達到適合的需求。

所述無線傳感網所使用的協議為多跳網絡協議，能夠將一個節點發出的信息包可靠地傳輸到網絡中的每個節點，在保證可靠通信的前提下，盡量避免不必要的轉發通信量。

本發明通過高效的能量收集和有效的能量管理實現了無線傳感器網絡的功能，成為了真正的能量自供給無線傳感器系統，同時也順應了現在我國通信行業綠色無線電的發展要求。

本發明采用了高性能的微處理器SPCE061A為核心經過實際測試，該系統具有較強的網絡通信能力、高實時性、通信快速可靠的特點，具有很高的實用價值；SPCE061A微處理器是凌陽科技公司所生產的16位μ'nSPTM微處理器，內部采用總線結構。主要參數有：工作電壓(CPU)VDD為2．4～3．6 V，(I／O)VDDH為2．4～5．5 V；時鐘：0．32～49．152 MHz；內置2 KBSRAM和32 KB FLASH；2個16位可編程定時器／計數器(可自動預置初始計數值)；2個10位DAC(數／模轉換)輸出通道；32位I／O位通用可編程輸入／輸出端口；14個中斷源可來自定時器A／B時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；中斷系統支持10個中斷向量及10余個中斷源，具有低電壓復位(LVR)功能和低電壓監測(LVD)功能，內置在線仿真電路ICE接口，具有保密能力，具有Watch Dog功能，μ'nSPTM的指令系統提供具有較高運算速度的16位×16位乘法運算指令和內積運算指令，為其應用增添了DSP功能。

SPCE061A具有很高的計算速度，這對于實時操作系統是極為重要的。對于SPCE061A，傳統的微處理器硬件和軟件的開發已被簡化，不再需要在線仿真。其SPCE061A大容量FLASH及SRAM，內建以太網接口，可直接通過網絡實現監控；具備UART接口，可使各種串行設備快速進行網絡連接。SPCE061A微處理器的軟件開發平臺ICE集編程、編譯、鏈接、調試、下載于一體，并有完善的TCP／IP協議棧，支持全功能UART通信，配備各種I／O驅動函數庫。

本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語（包括技術術語和科學術語）具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。上面對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以再不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。