專利名稱：一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及LED照明控制技術領域，尤其涉及一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器。
背景技術：
目前，隨著冷光源照明技術的快速發展，LED照明設備已廣泛應用道路照明。基于市電電源的LED路燈照明設備的控制器已有很多產品，但該類型的控制器功能簡單，其主要功能實現市電到直流低電壓電源的轉換匹配，對于路燈的調光節能、檢測控制、LED燈珠壽命的保護等功能很少涉及。因此，單個路燈狀態不可控或不能實現遠程控制，路燈的工作狀態和相關故障信號仍然依賴人工巡檢，控制檢查管理極不方便。圖1是目前使用中的LED路燈供電管理系統示意性圖。如圖1所示，該LED路燈供電管理系統一般包括市電電源、控制器和LED燈，控制器分別與市電電源、LED燈連接，其中，市電電源用于向控制器提供交流電源，市電控制由配電中心或線路配電柜控制供電或斷電，即由此來控制LED燈的開關；控制器用于將從交流電源整流為直流，再經過高頻開關電路將高壓直流降壓為低壓直流，再經過恒流或恒壓調節輸出電路，將電源輸出控制在額定范圍內，供給LED燈；LED燈接收的控制器輸出的恒流或恒壓電源，將電能轉換為額定的光照度照明。圖2是目前使用中的控制器的示意性圖。如圖2所示，該控制器一般包括整流電路、開關降壓電路和恒流或恒壓輸出電路，從功能上講該種控制器實際上是一種電源適配器，沒有調節和控制功能。普通的這種控制器存在以下幾個問題I)單個LED燈的亮度和功率不可控，容易造成電能浪費或照明不足；2)單個或一個區域內的LED燈的工作狀態不能快速查詢可了解，特別故障出現是不能快速響應排除；3) LED燈長時間處于滿負荷工作，易于降低LED燈的壽命，目前LED燈的成本還是比較高的，會增加使用為費用；4) LED燈長時間處于滿負荷工作，容易導致控制器過熱，降低控制器效率和壽命；5)沒有信息交互功能，不便于路燈管理；6)沒有通訊功能，完全依賴人工巡檢，實時性可靠性差。
發明內容為了克服上述現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，以實現單個LED路燈開關、亮度、功率調節，實時工作參數和狀態查詢，方便路燈遠程集中管理，可靠有效節能和延長LED燈和電源適配器的使用壽命，通過單燈耗電電能計量和線路總配電電能計量比較，預防竊電和漏電事故。為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，包括有市電信號采集器、無線通訊器、直流控制器、MCU主控單元，MCU主控單元的市電信號輸入端與市電信號采集器相連，市電信號采集器的電源輸入端與路燈控制器電源并聯在市電電源上，路燈控制器電源輸出端與MCU主控單元電源輸入端相連，MCU主控單元的輸出端與直流控制器相連，MCU主控單元的通訊端口與無線通訊器相連。所述的無線通訊器采用Zigbee無線通訊芯片CC2530，并通過其異步串行外設接口與MCU主控單元異步串行接口連接，實現控制器本地采樣信號與集控中心控制指令信號的傳輸。所述市電信號采集器包括電壓互感器、電流互感器、低通差分濾波電路和信號采集芯片，其中，采集的市電電壓經過電壓互感器轉換為小電流，通過取樣電阻轉換為低電壓信號，然后經過低通差分濾波電路輸入到信號采集芯片的電壓采集口，同時，采集的市電電流經過電流互感器轉換為小電流信號，通過取樣電阻轉換為低電壓信號，然后經過低通濾波電路輸入到信號采集芯片的電流采集口，信號采集芯片對輸入的電流和電壓進行內部轉換，輸出電壓，電流和電能的信號數值。用于MCU主控單元根據寫入的電壓、電流互感器的變比數值、取樣電阻值和信號采集芯片輸出信號值計算出電壓、電流的有效值和電能累積值。所述市電信號采集器采用CS5460A芯片，并通過其同步串行外設接口與MCU主控單元同步串行接口連接，將電流、電壓和電能輸出到MUC主控單元。所述電源采用E27C，為MCU主控單元提供電源，MCU主控單元對它進行監測和啟動電源異常保護。所述的MCU主控單元采用美國微芯公司的PIC18F4520微處理器。所述主控單元通過同步/異步串行收發外設接口信號采集芯片與無線通訊器進行通訊，通過外部中斷對電源進行監測和保護。所述的市電信號采集器用于采集市電電流、電壓和電能信號；無線通訊器用于傳輸通訊信號；直流控制器用于開關燈、燈光亮度、功率調節，能使LED燈和電源適配器壽命延長；MCU主控單元用于控制器電源供給和監測器和用于控制器各功能器協調控制。該基于Zigbee無線通訊的LED路燈控制器實現了 LED路燈照明工作狀態信息的實時無人遠程采集和遠程便捷集中控制，提供了先進的冗余控制技術，有效可靠地延長LED燈和電源適配器的使用壽命，提供了先進的、多模式的亮度能量管理技術，根據需要動態調節LED燈光亮度，實現光照和節能最大化效益，顯著降低路燈使用和維護的費用成本。本實用新型可實現到單個路燈測量控制和電能計量。與現有技術相比，本實用新型具有下列有益效果I)在電源適配器的直流輸出電路增加了直流輸出控制器，實現了單個LED燈的開關、売度、功率的便捷調節；2)在電源適配器的交流輸入電路增加了采用先進的信號采集芯片，可以實現對輸入市電電源的電壓電流監測和單燈能耗計量，從而實現LED等保護和防竊電漏電；3)通過增加無線通訊器，使得路燈集中控制中心對路燈照明的科學合理的規劃設置，實現對LED燈功率的實時調節，減少LED燈滿負荷工作的時間，減少燈珠發熱量，減少電源適配器大功率工作時間，減少適配器發熱量，延長LED等和電源適配器的壽命；4)通過控制器與路燈集控中心的信息交互，實現實時自動巡檢，方便路燈的集中 管理控制。

圖1是現有的LED路燈供電管理系統示意圖。圖2是現有的LED路燈控制器結構示意圖。圖3是本實用新型的LED路燈供電管理系統示意圖。圖4是本實用新型的LED路燈控制器結構示意圖。圖5是根據本實用新型的市電電壓、電流和電能采集的電路圖。圖6是根據本實用新型的無線通訊器的電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。參見圖4，一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，包括有市電信號采集器、無線通訊器、直流控制器、MCU主控器，MCU主控器I的信號采集輸入端與市電信號采集器2相連，市電信號采集器2的電源輸入端與路燈控制器電源3并聯在市電電源上，路燈控制器電源3的輸出端與MCU主控器I電源輸入端相連，MCU主控器I的控制輸出端與直流控制器4相連，MCU主控單元I的通訊端口與無線通訊器5相連。所述的市電信號采集器2參見圖3，圖3是本實用新型的LED路燈的供電管理系統示意圖。該系統包括是電源、基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器、電源適配器和LED燈，其中，控制器200分別與市電電源100、電源適配器300、LED燈400連接。以下根據圖4對控制器200器的組成部分的具體實現進行描述。(一)市電信號采集器2市電信號采集器2采集供電電源的電流、電壓和耗電電能，并將采集的電流、電壓、電能計量數值發送給微處理器進行處理。圖6是市電信號采集器2的電路圖。如圖6所示，市電信號采集器2包括電壓采集電路，電流采集電路和采樣芯片，其中電壓采集電路包括電壓互感器(Tl)、取樣電阻(Rl)、低通差分濾波電路(R2，R3，R4，R5，Cl，C2, C3)，電壓互感器的輸出端連接取樣電阻，取樣電阻輸出端接低通濾波器的輸入端，低通濾波器的輸出端接采集芯片的電壓信號輸入端；電流采集電路包括電壓互感器(T2)、取樣電阻(R6)、低通差分濾波電路(R7，R8，R9，RIO, C4，C5，C6)，電流互感器的輸出端連接取樣電阻，取樣電阻輸出端接低通濾波器的輸入端，低通濾波器的輸出端接采集芯片的電流信號輸入端；信號采集芯片為CS5460A，關于CS5460A芯片的詳細介紹，可參見美國Cirrus Logic公司官方網址，信號采集芯片的數據輸出引腳接MCU的串口通訊引腳。如圖6所示，市電信號采集器2的信息通過SCLK(5)、SDO(6)、CS(7)、SDI (23)、INT (20)號引腳分別與 MCU 主控單元 I 的 SCLK (37)、SDO (43)、RD5 (3)、SDI (42)、RBO (8)號引腳相連，實現信號的交換。其中，SCLK為同步時鐘，SDO為串行輸出，SDI為串行輸入，CS為片選信號，INT為采樣中斷信號。在本實施例中，選取如下的各個元器件R1、R6為101，R2、R3、R7、R8為102，R4、R5、R9、RlO 為 471，Cl、C2、C4、C5 為 0. 22nF, C3、C6 為 18nF, Tl 為電壓互感器，GP-206B2mA/2mA, T2 為電流互感器，GC_206B5A/2mA。從圖6所示的結構可看出，本發明中使用了電壓互感器和電流互感器，實現了強弱信號隔離，采用了低通差分濾波器，提高了信號抗干擾能力，采集芯片采用24位數據格式輸出結果，大大提高了測量示數精度，足以達到電能計量標準。(二)MCU 主控單元 IMCU主控單元I將從市電信號采集器2接收的電流、電壓和電能的轉換數值，通過計算轉換電流電壓的真實有效值和電能的真實累計數值，并將轉換后的數值信號發送給無線通訊器5向路燈集控中心傳輸，同時接受通過無線通訊器5接收到的路燈集控中心的控制命令，經過命令分析，發出控制指令實現命令要求的功能;MCU主控單元I通過發送指令對直流輸出器4的控制，實現對LED燈的控制，并通過AD器采集輸出直流電壓信號，以保護LED燈；MCU主控單元I通過對電源3的監控，在電源故障時保護主要的控制數據不丟失。在本實施例中，MCU主控單元I采用美國微芯公司的PIC18F4520微處理器(詳情可參見美國微星公司官方網址)作為微處理器220，此微處理器采用優化的C編譯器構架和通用的輸入輸出管腳，工作頻率達到40MHz，電源電壓輸入寬，而且性價比高。(三)電源3電源3實現市電電源到低壓直流電源的轉換，為保證控制器可靠穩定的工作，電源必須可靠穩定，本實例采取兩級降壓穩定電路實現對MCU、采集芯片、無線器的等的可靠供電，同時設計第一級電壓監測電路。在本實施例中，電源3采用深圳富屯科技有限公司E27C電源器(詳細性能參數請參見深圳富屯科技有限公司網站介紹)。(四)直流輸出控制器4直流輸出控制器4從殿宇適配器的輸出端得到直流電源，再由MCU主控單元I將路燈集控中心發出的控制信號解析為LED燈控制信號，發送給直流輸出控制器4，實現LED燈的開關、亮度、功率及其他控制要求。在本實施例中，為了實現LED燈的安全可靠的控制，采用日本ROHM公司的RSDlllOnlO中功率CMOS器件，該芯片門及控制電壓低，隔離電壓高，方便整個控制器的電源設計(直流輸出控制器4詳情參見日本ROHM公司網站)。(五)無線通訊器5無線通訊器5用于控制器與路燈集控中心進行信息和控制參數交互的唯一口，起著非常重要的作用。向下無線器通過異步串口與MCU的異步串口互聯，向上無線器通過Zigbee獨特的通訊協議實現免費局域網絡的建立，通過信號接力完成信息的傳輸，該方式降低了對電信營運商線路的依賴，減少了網絡通信費用了。圖5為無線通訊器5與MCU主控單元I連接的電路圖。其中RX、TX為異步輸入輸出引腳，無線通訊器5的16 (TX) ,17 (TX)與MCU主控單元I的I (RX), 44 (TX)連接。
權利要求1.一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，其特征在于，包括有市電信號采集器(2)、無線通訊器(5)、直流控制器(4)、MCU主控單元(I)，MCU主控單元⑴的市電信號輸入端與市電信號采集器(2)的輸出端相連，市電信號采集器(2)的電源輸入端與路燈控制器電源(3)并聯在市電電源上，路燈控制器電源(3)的輸出端與MCU主控單元(I)電源輸入端相連，MCU主控單元(I)的輸出端與直流控制器(4)相連，MCU主控單元(I)的通訊端與無線通訊器(5)相連。
2.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，其特征在于，所述的MCU主控單元(I)采用美國微芯公司的PIC18F4520微處理器。
3.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，其特征在于，所述市電信號采集器(2)包括電壓互感器、電流互感器、低通差分濾波電路和信號采集芯片
4.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，其特征在于，所述市電信號采集器(2)采用CS5460A芯片，并通過其同步串行外設接口與MCU主控單元同步串行接口連接。
5.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，其特征在于，所述電源⑶采用E27C。
6.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，其特征在于，所述的無線通訊器(5)采用Zigbee無線通訊芯片CC2530，并通過其異步串行外設接口與MCU主控單元⑴異步串行接口連接。
專利摘要一種基于Zigbee無線通訊的智能LED路燈控制器，包括有MCU主控單元，MCU主控單元的市電信號輸入端與市電信號采集器的輸出相連，市電信號采集器的電源輸入端與路燈控制器電源輸入端并聯在市電電源上，MCU主控單元的輸出端與直流控制器相連，MCU主控單元的通訊端與無線通訊器相連，MCU主控單元將從市電信號采集器接收的電流、電壓和電能的轉換數值，通過計算轉換電流電壓的真實有效值和電能的真實累計數值，并將轉換后的數值信號發送給無線通訊器向路燈集控中心傳輸，同時接受通過無線通訊器接收到的路燈集控中心的控制命令，發出控制指令實現命令要求的功能，方便路燈遠程集中管理，可靠有效節能和延長LED燈和電源適配器的使用壽命。
文檔編號H04W84/18GK202907262SQ20122046348
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者靳夢龍, 康扶國 申請人:西安曙光環保科技有限公司