一种基于BLE及MESH技术的智能灯具控制器的制作方法

本实用新型涉及一种灯具控制器，特别是涉及一种基于BLE及MESH技术的智能灯具控制器。

背景技术：

随着物联网技术和无线通信技术的快速发展，通常在路灯、家居灯或装饰灯等灯具上设置有灯具控制器，这些灯具控制器通过wifi或zigbee无线网络与控制设备组网连接，实现控制设备对灯具的远程和智能控制。然而，采用wifi组网时，灯具控制器的wifi模块功耗大，当用户控制的灯具数量较多，或者有的灯具距离无线路由器较远时，存在信号质量差、不稳定或者无信号等问题，如果用户想控制距离较远的设备，需要增加无线中继，会增加用户成本；采用zigbee组网时，zigbee组网控制器必须先连上网关，当手机、笔记本等控制设备远离网关时，信号就会中断，不稳定。因此，现有灯具控制器存在着组网不便，抗干扰能力弱，可靠性差，组网距离较近，不能实现远程开关和定时等功能。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于BLE及MESH技术的智能灯具控制器。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种基于BLE及MESH技术的智能灯具控制器，包括作为MESH网络节点的蓝牙模块，开关模块，以及供电模块；所述蓝牙模块的控制输出端与开关模块控制输入端连接，控制开关模块的导通或断开；所述开关模块设置于供电模块第一输出端和灯具供电端之间，开关模块的电源输入端与供电模块第一输出端连接，开关模块的电源输出端与灯具供电端连接，开关模块的导通或断开控制灯具的点亮或熄灭；

所述供电模块输入端与市电连接，供电模块的第二输出端与蓝牙模块供电端连接；

所述蓝牙模块为BLE低功耗蓝牙模块。

本智能灯具控制器的蓝牙模块作为MESH网络节点与其它节点具有对等和自行组网特性，如智能手机或者笔记本电脑等控制设备发出控制信号后，信号分段传输至整个网络，距离控制设备最远的智能灯具控制器不会因为距离远而接收不到信号或信号质量差或信号不稳定，智能灯具控制器的接入数量远超过wifi网络的接入设备数量，因此，极大地增加了控制设备的控制距离和控制对象数量，可远程控制，且无需增加无线中继，降低了灯具控制的成本和功耗，该智能灯具控制器还具有的结构简单，控制快速的优点。

在本实用新型的另种优选实施方式中，还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块与蓝牙模块通过串口通信，实时时钟模块供电端与所述供电模块的第二输出端相连。

通过实时时钟模块，可实现灯具的点亮或熄灭时间与世界各地时间对应，为灯具网络提供时间基准，以及预设灯具点亮或熄灭时间，实现定时控制。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，还包括为所述实时时钟模块提供备用电源的电池，在所述电池的电压输出端与实时时钟模块的供电端之间设置第三二极管，所述第三二极管阳极与电池电压输出端连接，阴极与实时时钟模块的供电端相连；

和/或在所述实时时钟模块的供电端与供电模块的第二输出端之间设置第四二极管，所述第四二极管阳极与供电模块的第二输出端连接，阴极与实时时钟模块的供电端相连；

所述电池的最大输出电压值不高于供电模块的第二输出端电压值。

电池可以在供电模块无法供电的情况下为实时时钟模块供电，确保实时时钟模块一直处于工作状态，确保智能灯具控制器的时间基准准确；第三二极管和第四二极管，以及电池的最大输出电压值不高于供电模块的第二输出端电压值，可以确保在供电模块的第二输出端供电的情况下不会消耗电池电量，且电流不会倒灌电池或供电模块的第二输出端。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述开关模块包括继电器和开关电路，所述继电器的常开触点端与供电模块第一输出端连接，继电器的辅助触点端与灯具供电端连接，所述继电器的线圈第一端与供电模块第三输出端连接，线圈第二端串接开关电路后与地连接；所述开关电路的控制输入端与蓝牙模块的控制输出端连接，控制线圈第二端与地的连接或断开。

继电器使用广泛，能够远程控制，并且能够交流输入，能满足灯具点亮或熄灭的控制需求，开关电路接收蓝牙模块的控制信号，实现弱电信号控制交流信号的通或断。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述开关电路包括第三三极管、第一电阻和第五电阻，所述第三三极管集电极与所述继电器线圈第二端连接，发射极与地连接，基极串接第一电阻后与蓝牙模块控制输出端连接；所述第五电阻并接在蓝牙模块控制输出端，第五电阻第一端分别与蓝牙模块控制输出端和第一电阻第一端连接，第五电阻第二端与地连接。

第五电阻为下拉电阻，使蓝牙模块的控制输出端初始状态为低电平，确保信号输出稳定性；三极管过流能力强，响应快，便于实现线圈中电流的通或断。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，在所述继电器的线圈上并联第一二极管，所述第一二极管阳极与线圈第二端连接，阴极与线圈第一端连接。

当线圈中电流因开关电路切断后，储能元件线圈中存储的电能通过与第一二极管组成的闭合回路消耗掉，避免损坏线圈和影响开关电路的响应速度。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述供电模块包括设置在市电与供电模块第一输出端之间的过流保护电路，设置在供电模块第一输出端与供电模块第三输出端之间的整流稳压电路，以及设置在供电模块第三输出端与供电模块第二输出端之间的降压电路；所述过流保护电路包括保险丝，保险丝第一端与市电连接，第二端与供电模块第一输出端连接；所述整流稳压电路包括整流桥电路和稳压电路，稳压电路包括相互串接的第三电阻和稳压二极管，整流桥电路输入端分别与供电模块第一输出端和保险丝第二端连接，整流桥电路正极输出端与第三电阻第一端连接，第三电阻的第二端分别与稳压二极管阴极和供电模块的第三输出端连接，稳压二极管阳极与地连接，整流桥电路负极输出端与地连接；所述降压电路包括降压芯片、降压输入电容、电压反馈网络和降压输出电容，所述降压输入电容第一端分别与供电模块第三输出端、稳压二极管阴极和降压芯片输入端连接，降压输入电容第二端与地连接，所述降压芯片输出端分别与降压输出电容第一端和供电模块第二输出端连接，降压输出电容第二端与地连接，所述电压反馈网络由串接的第四电阻和第二电阻组成，第四电阻非串接端与降压芯片输出端连接，第四电阻和第二电阻的串接端与降压芯片输出电压反馈端连接，第二电阻的非串接端与地连接。

过流保护电路中的保险丝在过大电流作用下能发热熔断，进而保护后级电路；市电为交流电，不满足蓝牙模块等弱电电路的直流低压供电需求，故通过整流桥将交流电整流为直流电，稳压电路可实现直流稳压输出，以避免电压波动损坏后级器件，降压电路是将稳压电路输出的直流电压转换为满足蓝牙模块或后级其它弱电模块需要的直流低电压输出。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，在所述供电模块第一输出端与整流桥输入端之间串接第一电容，从供电模块第一输出端耦合交流电信号至整流桥电路输入端。

通过第一电容能去除市电中的直流分量，避免损坏后级器件。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，在靠近所述蓝牙模块供电端处并接第四电容，所述第四电容第一端与蓝牙模块供电端连接，第二端与地连接；

和/或在靠近所述实时时钟模块供电端处并接第三电容，所述第三电容第一端与实时时钟模块供电端连接，第二端与地连接。

保证蓝牙模块或实时时钟模块在负载变化时供电电压的稳定性，进而增加系统可靠性。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，还包括调试接口模块，所述调试接口模块包括调试串口座子和调试SPI接口座子，所述调试串口座子与蓝牙模块通过串口连接，所述调试SPI接口座子与蓝牙模块通过SPI接口连接。

便于在实验室阶段智能灯具控制器的性能调试。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式的系统框图；

图2是本实用新型一具体实施方式中实时时钟模块的电路连接图；

图3是本实用新型一具体实施方式中蓝牙模块与实时时钟模块电路连接图；

图4是本实用新型一具体实施方式中供电模块与开关模块的电路连接图；

图5是本实用新型一具体实施方式中调试接口模块与蓝牙模块的电路连接图；

图6是本实用新型应用于路灯装饰灯具系统的应用示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型提供了一种基于BLE及MESH技术的智能灯具控制器，图1所示为本实用新型一种优选实施方式的系统框图，包括作为MESH网络节点的蓝牙模块，开关模块，以及供电模块；蓝牙模块的控制输出端与开关模块控制输入端连接，控制开关模块的导通或断开；开关模块设置于供电模块第一输出端和灯具供电端之间，开关模块的电源输入端与供电模块第一输出端连接，开关模块的电源输出端与灯具供电端连接，开关模块的导通或断开控制灯具的点亮或熄灭；供电模块输入端与市电连接，供电模块的第二输出端与蓝牙模块供电端连接；蓝牙模块为BLE低功耗蓝牙模块。

在本实施方式中，蓝牙模块可选用CSR公司支持BLE和MESH的蓝牙芯片及其外围器件组成，蓝牙芯片可选择CSR8670芯片，选择芯片一个输出管脚作为蓝牙模块的控制输出端；采用市电为灯具提供电源，供电模块的第一输出端输出交流电信号，市电经供电模块转换后从供电模块第二输出端输出弱电电路所需直流低压信号；开关模块由两部分组成，第一部分是控制灯具点亮或熄灭的交流电开关电路，可选择继电器实现，第二部分为控制第一部分通或断的弱电开关电路，可选择NMOS或三极管等搭建。

在本实施方式中，蓝牙模块作为MESH网络节点，与其它智能灯具控制器的蓝牙模块和智能手机等控制设备的蓝牙模块组成MESH网络，当本智能灯具控制器的蓝牙模块接收到来自控制设备蓝牙模块或其它智能灯具控制器蓝牙模块的点亮或熄灭灯具的命令后，本智能灯具控制器的蓝牙模块的控制输出端输出高电平或低电平至开关模块的控制输入端，实现开关模块的导通或断开，进而控制灯具的点亮或熄灭；同时，本智能灯具控制器的蓝牙模块还会自发的将该点亮或熄灭灯具的命令传递至离它最近的智能灯具控制器的蓝牙模块，实现其它灯具的点亮或熄灭，照此传递，该命令将快速传递到整个灯具网络。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图2所示，还包括实时时钟模块，实时时钟模块与蓝牙模块通过串口通信，实时时钟模块供电端VDD与供电模块的第二输出端Vo2相连。实时时钟模块包括实时时钟芯片、晶振Y1以及外围电路组成，实时时钟芯片可选用SD2068A，实时时钟芯片的晶振输入端OSCIN和晶振输出端OSCOUT之间连接一个晶振Y1，以提供时间基准，晶振Y1的固有频率可选常用的32.768KHZ,并在晶振Y1的两端分别并接小容值的电容到地，以滤除时钟信号的高频干扰。

在本实施方式中，如图3所示，实时时钟模块与蓝牙模块通过I2C接口通信，蓝牙模块通过I2C接口读写实时时钟芯片内部各种寄存器的数据，如报警时间或实时时间等。

在本实施方式中，在控制设备首次接入灯具MESH网络时，可先发送控制设备的世界时间，各灯具的智能灯具控制模块中的实时时钟模块按照收到的世界时间，调整内部时间寄存器的计时初值，保持与控制设备的时间同步。控制设备还可以输入如“每天18:00点灯，07:00关灯”等控制命令至MESH网络中最近的节点，各灯具的智能灯具控制模块中的蓝牙模块收到该命令并解析后，通过I2C串口传递18:00和07:00两个时间至实时时钟模块，在实时时钟模块的报警寄存器中存入18:00和07:00两个时间，每到任一一个时间将会通过I2C串口发出报警信号至蓝牙模块；蓝牙模块接收到后，根据之前的解析结果，控制输出端输出控制信号RelayDrv至开关模块的控制信号输入端，控制灯具点亮或熄灭，控制信号RelayDrv在18:00时为高电平，在07：00时为低电平，实现定时控制。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图2所示，还包括为所述实时时钟模块提供备用电源的电池U3，在电池U3的电压输出端与实时时钟模块的供电端VDD之间设置第三二极管D3，第三二极管D3阳极与电池U3电压输出端连接，阴极与实时时钟模块的供电端VDD相连；

和/或在实时时钟模块的供电端VDD与供电模块的第二输出端Vo2之间设置第四二极管D4，第四二极管D4阳极与供电模块的第二输出端Vo2连接，阴极与实时时钟模块的供电端VDD相连；

电池U3的最大输出电压值不高于供电模块的第二输出端电压值Vo2。

在本实施方式中，电池U3可选用纽扣电池CR1220，第三二极管D3或第四二极管D4可选肖特基二极管，型号可选IN5819，在市电供电故障时，通过电池U3为实时时钟模块供电，时间基准不会发生改变，当市电恢复供电时，之前的定时任务执行时间不会出现偏差。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图4所示提供了本实用新型的一种优选实施方式中供电模块和开关模块的电路连接图，灯具通过灯具座J1连入电路，灯具座J1的管脚1对应灯具的第一电源输入端，灯具座J1的管脚2对应灯具第二电源输入端与市电零线LN N0端连接；供电模块与市电通过连接座J2连接，其中J2管脚1为零线LN N0端，J2管脚2为火线LN L0端；从市电引出电流后为避免过大电流损坏智能灯具控制器中的器件，串接了过流保护电路，可选用过流保护芯片实现，也可选择保险丝，本实施方式中，选用保险丝F2实现，保险丝F2第一端与连接座J2管脚2连接，保险丝F2第二端分别与供电模块第一输出端Vo1和继电器J3的常开触点管脚4连接，还通过串接第一电容C1后与整流桥电路U1的第一输入端连接,整流桥电路U1的第二输入端与零线LN N0端连接，整流桥电路U1可选用四个或两个二极管搭建，也可选择整流芯片完成，整流芯片可选MB6S，其为贴片封装，能减小PCB板体积，通过第一电容C1从供电模块第一输出端Vo1耦合出的交流电信号，经过整流桥电路U1全波整流后变为正压信号，该正压信号并不稳定，波动较大，因此后面需要连接稳压电路，以便输出直流稳定电压。

在本实施方式中，稳压电路包括相互串接的第三电阻R3和稳压二极管D2，整流桥电路U1负极输出端与地连接，整流桥电路U1正极输出端与第三电阻R3第一端连接，第三电阻R3的第二端分别与稳压二极管D2阴极和供电模块的第三输出端Vo3连接，稳压二极管D2阳极与地连接；第三电阻R3主要用于分压，对电阻R3的额定功率要求较大，选择合适的稳压二极管D2，该稳压二极管D2的额定稳压电压要便于后级降压电路降压，优选的，选择IN5349B，其额定稳压电压为12V；同时，第三电阻R3的第二端、稳压二极管D2阴极和供电模块的第三输出端Vo3还与开关模块中的继电器J3的线圈第一端连接，在线圈导通时提供电流。

在本实施方式中，降压电路可选用DCDC芯片或者LDO芯片以及其外围电路组成，在本实施方式中，降压芯片选用成本较低且搭建简单的三端稳压器LM317，降压电路包括三端稳压器LM317、降压输入电容CX2、电压反馈网络和降压输出电容CX3，降压输入电容CX2第一端分别与供电模块第三输出端Vo3、稳压二极管D2阴极和三端稳压器LM317的IN管脚连接，降压输入电容CX2第二端与地连接，三端稳压器LM317的OUT管脚分别与降压输出电容CX3第一端和供电模块第二输出端Vo2连接，降压输出电容CX3第二端与地连接，电压反馈网络由串接的第四电阻R4和第二电阻R2组成，第四电阻R4非串接端与三端稳压器LM317的OUT管脚连接，第四电阻R4和第二电阻R2的串接端与三端稳压器LM317的电压反馈Adj管脚连接，第二电阻R2的非串接端与地连接，第四电阻R4和第二电阻R2组成了输出电压的分压反馈网络，选择不同的电阻值，可调整三端稳压器LM317输出端输出电压的大小；降压输入电容CX2或降压输出电容CX3均应选择大容值的电容，如铝解电容，容值可选择220uF以上。

在本实施方式中，开关模块包括继电器J3和开关电路，继电器J3的管脚4常开触点端与保险丝F1第二端、第一电容C1第一端和供电模块第一输出端Vo1连接，继电器J3的管脚3辅助触点端与灯具座J1的管脚1连接，继电器J3管脚1线圈第一端分别与供电模块第三输出端Vo3和稳压电路中的稳压二极管D2的阴极连接，继电器J3管脚2线圈第二端串接开关电路后与地连接；

在本实施方式中，开关电路包括第三三极管T3、第一电阻R1和第五电阻R5，第三三极管T3集电极与J3管脚2线圈第二端连接，发射极与地连接，基极与蓝牙模块控制输出端连接，且在基极与蓝牙模块控制输出端之间串接第一电阻R1；第五电阻R5并接在蓝牙模块控制输出端，第五电阻R5第一端分别与蓝牙模块控制输出端和第一电阻R1第一端连接，第一电阻R1第二端与地连接。

在本实施方式中，在继电器J3的线圈上并联第一二极管D1，第一二极管D1阳极与继电器J3管脚2线圈第二端连接，阴极与继电器J3管脚1线圈第一端连接。

在本实施方式中，开关模块的工作原理为：蓝牙模块控制输出端输出的控制信号RelayDrv，当控制信号RelayDrv为高电平时，第三三极管T3的基极发射极导通，第一二极管D1截止，由供电模块第三输出端Vo3、继电器J3的线圈、第三三极管T3发射极到基极和地组成闭合回路，继电器J3的线圈通电产生吸引力，将继电器J3的弹片从管脚5常闭触点吸合到管脚4常开触点上，供电模块第一输出端Vo1、灯具和零线组成闭合回路，灯具点亮；当控制信号RelayDrv切换为低电平时，第三三极管T3的基极发射极截止不导通，供电模块第三输出端Vo3、继电器J3的线圈、第三三极管T3发射极到基极和地不能组成闭合回路，继电器J3的线圈不通电，不产生吸力不能将继电器J3的弹片从管脚5常闭触点吸合到管脚4常开触点上，因此供电模块第一输出端Vo1、灯具和零线不能组成闭合回路，灯具熄灭，由于继电器J3的线圈为储能元件，其上储存的电能通过与第一二极管D1组成的回路消耗掉。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图3所示，在靠近蓝牙模块供电端Vbat管脚处并接第四电容C4，第四电容C4第一端与蓝牙模块供电端Vbat管脚连接，第二端与地连接，第四电容C4可选用钽电容或陶瓷电容，容值可选1uF到10uf。

和/或在靠近实时时钟模块供电端管脚VDD处并接第三电容C3，第三电容C3第一端与实时时钟模块供电端管脚VDD连接，第二端与地连接，第三电容C3可选用钽电容或陶瓷电容，容值可选1uF到22uf。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图5所示，还包括调试接口模块，调试接口模块包括调试串口座子ZS2和调试SPI接口座子ZS1，调试串口座子ZS2与蓝牙模块通过串口连接，调试SPI接口座子ZS1与蓝牙模块通过SPI接口连接。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图6所示，为本实用新型应用于路灯的装饰灯具的应用示意图，控制设备为智能手机，在每个路灯上安装一个装饰灯具，在每个装饰灯具上安装有本实用新型的智能灯具控制器，根据MESH网络特性，每个灯具之间间隔距离最大可以达到40米，智能手机只需与其最近的智能灯具控制器蓝牙连接，并发送点亮或熄灭命令，该智能灯具控制器会将这个命令依次传递至最远的装饰灯具的智能灯具控制器，同时，还能从最远装饰灯具的智能灯具控制器回传执行情况至智能手机。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。