一种节能路灯控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种路灯控制装置，具有路灯和人的交互播放音频功能，适用于路灯和人的交互控制。

背景技术：

现有的路灯采用最老旧的方法是手动控制路灯的亮灭。比较先进的方法是使用定时或者还有用光线控制结合定时控制。手动控制需要专人来看管，人员利用效率太低。定时控制不需要专人看管了，但是却不能根据日落时间自动调整开、关路灯的时间，不够节能。用光线和定时结合起来控制比较节能，但如果长时间没有车或行人经过，而路灯长亮显然不够节能。

现有的路灯控制方案较为陈旧，不能根据环境需要进行有效的控制。

技术实现要素：

为了实现路灯的智能化控制，本实用新型采用的技术方案如下。

一种节能路灯控制装置，包括网络通信模块、主控制模块、继电器模块、电源管理模块、超声波模块，用于提供电源的电源管理模块通过电源端口与上述模块连接；网络通信模块通过数据接口与主控制模块连接，继电器模块通过继电器模块通道接口与主控制模块连接，超声波模块发射部分和接收部分分别通过PWM脉冲接口、回波信号接口与主控制模块连接。

根据所述的节能路灯控制装置，所述的电源管理模块还与后备电池模块、太阳能电池组连接，后备电池模块为铅蓄电池组，太阳能电池组安装在灯杆上。

根据所述的节能路灯控制装置，所述的主控制模块还通过音乐播放模块与音箱连接，音乐播放模块与电源管理模块连接。

根据所述的节能路灯控制装置，所述的网络通信模块是一块基于德州仪器公司的cc2630芯片的一款Zigbee模块，该模块设有高增益天线，设有用于与上位机通讯的USB接口。

根据所述的节能路灯控制装置，主控制模块是一块Arduino MEGA2560板，其处理器采用ATmega2560为核心，具有54路数字输入输出，16路模拟输入，4路UART接口。

根据所述的节能路灯控制装置，节能路灯控制装置还设有LED调光模块，LED调光模块的LED恒流驱动部分与电源管理模块连接，LED调光模块通过数据端口与主控制模块连接，LED调光模块四个灯组与继电器模块的输出端连接。

本实用新型的优点是:

1、节能，如果设置成节能模式没有行人或车辆经过，路灯进入节能模式

，可以定义为熄灭状态；

2、开启节能模式以后，可开启各种路灯灯光效果装置，可为城市亮化增光添彩；

3、控制装置采用积木式结构，结构紧凑、成本低，不需要另外增加线路成本；

4、本控制装置可以根据需要点亮路灯，可延长路灯使用寿命；

5、本控制装置还可以增加音频播放功能，可以播放广场舞，音乐，广告等，有极高的商业推广价值，可以进行互动广播。

附图说明

图1为本实用新型的结构方框示意图。

图2为超声波模块发射部分的电路原理图。

图3为超声波模块接收部分的电路原理图。

图4为主控制模块的电路原理图。

图5为继电器模块的电路原理图。

图6为LED调光模块的电路原理图。

图7为按键模块的电路原理图。

图8为本控制装置的控制模式示意图。

附图中：101、主控制模块；102、超声波模块；103、网络通信模块；104、LED调光模块；105、继电器模块；106、按键模块；107、太阳能电池组；108、后备电池模块；109、电源管理模块； 110、音乐播放模块；111、音箱。

具体实施方式

各模块的具体结构以及模块的连接关系如下所述。

其中，超声波模块102负责发射超声波，接收超声回波，并把指定覆盖范围的车辆、行人信息反馈给主控制模块。

网络通信模块103，用于负责本频道范围内的路灯的数据通信，发送/接收上位机的数据，发送转发本地路灯的数据给上位机或邻近的网络通信模块。此模块由深圳中鼎泰克电子出品，是一块基于德州仪器公司的cc2630芯片的一款Zigbee模块。该模块工作在Router模式最多可级联256级，实际测试200级很稳定，另外该模块还有16个可选通信频道。以路灯间距50米计算联网一个中小城市足够，如用在超大型城市可用光纤扩展距离和数量。该模块用板载天线通讯距离400米（视距内无遮拦物），用高增益天线通信最远可达1000米以上（视距内无遮拦物）。该模块在主控模式时可使用标准的USB接口与上位机通讯。上位机使用专用软件通过USB接口与所有的CC2560网络模块通讯，且为跳点自动路由通讯。以路灯为例，上位机与路灯1距离近可直接通讯，但若距路灯N为10kM，无法直接通讯，我们的模块就自动跳点通过路灯2的网络通信模块转发给路灯3的网络通信模块1，然后是路灯4的网络通信模块1，依次类推，直到路灯N的网络通信模块1。信息的回传同信息的发送一样。由于我们数据量不大，毫秒级的延时完全可以接受。

超声波模块102具体结构如图2-3所示，负责发射超声波，接收超声回波，并把指定范围的车辆、行人信息反馈给主控制模块101。主控模块产生的40kHz矩形波被发射部分的LM386N功率放大集成电路放大,监测5到8米范围内的人员或车辆的有无。通过调整可调电阻R1和R2的阻值改变放大增益，使监测范围在5到8米为宜。接收部分cx20106是专用接收芯片，把接收到的超声波回波放大、滤波、整形、比较，然后输出给主控制模块101回波信号接口。

主控制模块101如图4所示，负责接收和处理网络通信模块103、超声波模块102的数据，发送命令给继电器模块105。主控制模块101是一块Arduino MEGA2560板原理图见图4，处理器采用ATmega2560为核心，具有54路数字输入输出，其中16路可作为PWM输出，16路模拟输入，4路UART接口。

继电器模块105为常规控制电路，原理图如图5，只画了其中的两路，原图共有四路。继电器模块负责执行LED调光模块104的调光命令，点亮或关闭四组LED其中的任何一组。当主控制模块101给定一个开/关信号，对应的继电器吸合/释放，对应的LED灯组就会点亮/熄灭。

太阳能电池组107负责把太阳光的能量转化成电能经电源管理模块109，给后备电池模块108充电。本装置采用一块100W的太阳能电池板，也可以根据LED灯的功率调整。太阳能电池负责把太阳光的能量转化成电能，经电源管理模块给后备电池充电或给路灯供电。

电源管理模块109负责调度市、后备电池、太阳能电池单一电源工作或协同工作，保证为其它模块提供稳定充足电源。当市电有电时，负责为后备电池充电或用太阳电池板的能源为后备电池充电；当没有市电时，用后备电池和太阳能电池协同工作。本模块采用市售现成的太阳能专用电源管理模块。

LED调光模块104为常见调光电路，见图6，负责接收主控制模块101的调光信号，传送相应的调光开关命令给继电器模块，发送路灯的开关状态信息给主控制模块。当主控模块给出0000到1111信号的变化时，导致相应的LED灯组不点亮或点亮，这时的路灯由全关闭到对应的LED全部点亮，从而实现四级调光/调功。每组LED首尾各引出一根线，通过数据端口上传到主控制模块的检测电路，从而检测出路灯的LED的电流，返回给主控制模块四组LED灯组的开关状态/亮度信号。当路灯的某个LED灯组发生故障时，这一灯组就没有电流流过，这一灯组两端的电压就会升高。主控制模块检测到这一故障信号就会通过网络通信模块发送给上位机一个故障代码，然后维修工就可直接定位到故障路灯位置，直接维修对应的路灯了。

按键模块106原理见图7，采用常规的按键模块，负责接收按键的变化，通过数据接口传递给主控制模块101，主控制模块做出响应。该模块共有五个按键，分别是按键1 增加音量，按键2 减小音量 ，按键3下一首音乐，按键4 上一首音乐,按键5播放/暂停。

主控制模块101负责接收和处理网络通信模块103、超声波模块102数据，发送命令给继电器模块105、LED调光模块104。主控制模块101是由中央处理器CPU、外部接口组成。它的主要功能是：接收外围设备超声波模块、网络通信模块103发来的信息及按键模块106输入的数据；对外部输入的信号及命令进行储存和处理；中断的处理及优先权的判断；将执行命令输出给外围设备LED调光模块104、继电器模块105、电源管理模块109、音乐播放模块110、音箱111；同时主控制模块通过网络接口连接上位机，从而实现各种控制方式和功能。继电器模块105负责接收主控制模块101的信息，发送路灯的开关状态信息给主控制模块。继电器模块由一个执行继电器和开关状态传感器组成。主控制模块发出亮灯/熄灯信号，执行继电器接通/断开路灯的电源回路；同时开关状态传感器传回路灯的开关状态。

电源管理模块109负责调度市电、后备电池模块108、太阳能电池组107单一电源工作或协同工作，保证为其它模块提供稳定充足电源。电源管理模块109采用常规的已有的太阳能电源管理模块。当市电有电时，为后备电池模块108充电或用太阳电池板107进行充电；当没有市电时，用后备电池模块108和太阳能电池板107协同工作。本装置采用市售现成的模块。LED调光模块104负责接收主控制模块101的脉宽信号，输送相应的脉宽电压给路灯，从而使路灯的亮度随主控制模块101脉宽信号的宽窄线性发生变化。

按键模块采用常见的按键产品，106负责接收按键的变化，转给主控制模块，使得主控制模块作出响应。后备电池模块由四块铅蓄电池组成，当需要调用后备电源，可由电池逆变成220V电压，供给路灯电源。平时可由电源管理模块109把市电或太阳能电池组107的能量储存在铅蓄电池中。太阳能电池组107负责把太阳光的能量转化成电能，经电源管理模块109给后备电池模块108充电。音乐播放模块负责把主控制模块101音频信号放大输出给音箱111，从而播放出音频，用来播放通知，音乐广场舞，甚至广告。

工作模式

本装置有三种工作模式，分别是：工作模式、节能模式、调式模式。

1、工作模式如图8所示。当黑夜来临时，车辆或行人被路灯的超声波模块102检测到，路灯会立即点亮，它右侧的路灯2会延时点亮，且路灯1延时熄灭。当车辆或行人被路灯2 的超声波模块检测到时，路灯2 会立即点亮如果它是熄灭的，它右侧的路灯3会延时点亮,且路灯2延时熄灭，直到最后一个路灯。

2、节能模式

当深夜来临时，且没有路人和车辆时，进入省电模式。上位机通过相关的程序设置每个路灯的点亮/熄灭时间，通过网络通讯模块103发送到每个路灯的主控制模块101，多个路灯协同工作，就可实现各种特效；可以实现流水、走马、直至熄灭。

3、调式模式

调式模式下，所有的路灯全开，便于技术人员检修、调式。

本控制装置具有以下特点。1、本控制装置可以通过网络通信模块，由上位机远程控制无需专人看管，只要设定好程序，就可按程序执行。2、无需为控制装置设置通讯电缆，使用现有的路灯电源线，节约施工成本和电缆成本。3、工作模式灵活，设有多种工作模式，并可自定义路灯的亮灭。4、装置小巧，施工方便，而且成本低，故障率低，自动运行，维护工作量小。5、自带免维护电池和太阳能电池，不怕停电。