专利名称：太阳能灯具的ZigBee通讯模块及相关灯具、节点网络系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能灯具的ZigBee通讯模块、具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具以及由具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具构成的节点网络系统。
背景技术：
随着社会的发展，人们对绿色环保节能越来越重视，一些节能产品也逐渐面世。太阳能灯具(太阳能路灯，庭院灯，景观灯等)也出现在人们的生活中。太阳能灯具以它不需要提前布电缆线、维护系数低、可安装在没有市电的偏远地带等优点，逐步取代现有的传统照明方式。但在现阶段，太阳能照明也存在着如下一些严重的缺陷首先，阴雨天时间稍长点可能造成灯具晚上不工作或者蓄电池长期处在亏电状态严重缩短寿命。其次，冬天和夏天的日照情况不同造成灯具蓄电池夏天电量充足而冬天长期亏电，为了解决这个问题一般是加大光伏组件功率，但是成本也相应的增加了。还有一种技术就是在控制器上加上日历的功能，让灯具在不同的季节执行不同的照明模式，但是如果时钟精度不够可能会造成照明模式错误。还有，如果太阳能灯具出现故障也不能及时的发现。如果发生故障的灯具在人活动较频繁的地方还可以及时反馈到售后服务部，如果安装在较偏远的地方则无法及时反馈导致故障时间过长，过长故障时间可能造成蓄电池模组永久损坏。还有些故障需要测试较长时间检测才能确定，给现场维修带来一定麻烦。再有，如果控制器出现软件技术缺陷时只能更换控制器或者逐个的控制器进行软件升级。另外，现阶段太阳能灯具在晚上启动的时候不能够同时启动，对视觉效果有一定的影响。如果是可变色的景观灯则无法做到同步变换的效果，各景观灯变化步调不一致，给人造成眼花缭乱的感觉，严重影响照明效果。
发明内容为了克服上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种太阳能灯具的ZigBee通讯模块，将其安装在太阳能灯具上，从而在同一区域的多个太阳能灯具能够构成一个网络，每个灯具都是网络中的一个节点，由网络控制单元统一控制。所述太阳能灯具的ZigBee通讯模块包括天线、基于ZigBee技术的射频芯片CC2430和8051微控制器，8051微控制器与太阳能灯具的微处理器之间通过RS485接口进行通讯，射频芯片CC2430和8051微控制器之间通过SPI总线传输数据，天线和射频芯片CC2430之间通过50Ω高频同轴电缆连接。射频芯片CC2043内部集成了 CC2420RF收发器、增强工业标准8051微控制器内核、SRAM、闪存、ZigBee协议栈，射频芯片CC2043与外部通讯设备组成了 ZigBee通讯的一个节点，用来组网和通讯。射频芯片CC2043还可连接具有数据存储功能的存储器，在控制系统升级的过程中缓存数据。本实用新型还提供一种基于ZigBee通讯技术的太阳能灯具，其包括微处理器、充电模块、太阳能光伏组件、蓄电池模组、LED驱动模块、LED模组和上述ZigBee通讯模块，所述微处理器连接并控制充电模块、蓄电池模组、LED驱动模块和ZigBee通讯模块，微处理器控制蓄电池模组充电、LED驱动模块的工作方式选择、蓄电池的充电及放电保护；太阳能光伏组件将光能转换为电能，在微处理器的控制下，通过充电模块将电能存储在蓄电池模组中；蓄电池模组根据微处理器的指令，通过LED驱动模块对LED模组进行供电，进行照明；ZigBee通讯模块负责太阳能灯具与外部通讯设备之间的通讯和组网。本实用新型还提供一种由上述太阳能灯具构成的节点网络系统，该系统由用户节点和协调器节点构成，用户节点和协调器节点均为具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具，协 调器节点作为主控单元，具有用户节点的所有功能，连接多个用户节点，与各用户节点进行通讯。对于离协调器节点较远的用户节点，还设置有路由节点，一个或多个用户节点首先连接到路由节点，再通路由节点连接到协调器节点，所述路由节点由具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具设置而成，路由节点具有用户节点的所有功能。作为协调器节点的太阳能灯具的ZigBee通讯模块还连接一个flash存储器,该flash存储器主要用来记录每个节点的工作日志文件以及故障报告。通过使用本实用新型的ZigBee通讯模块，可以让一个区域的所有网络内的灯具同时点亮，如果是变色的景观灯则可以同步变化或按照某一规律变化；可以根据日照情况来执行不同的照明模式，保护蓄电池模组不致于长期亏电；还能保证大部分灯具亮度一致；能够记录每个节点的故障形式以及工作日志，对于一些比较难发现故障可以通过分析日志文件来确定故障类型，便于维修；每个节点的太阳能系统控制软件升级方便，需要升级时只需要将升级文件传送给协调器节点即可，而不需要每个节点进行升级；需要修改灯具的照明模式时只需文件传给协调器节点即可。
图I示出了具有本实用新型的具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具的结构框图；图2示出了本实用新型的ZigBee通讯模块的结构框图；图3示出了本实用新型的ZigBee通讯模块在太阳能灯具灯杆上的安装图；图4示出了本实用新型的具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具节点网络系统示意图。
具体实施方式
参照图1，本实用新型的具有无线组网功能的ZigBee通讯模块I安装在太阳能灯具上，通过所述ZigBee通讯模块I让安装在同一区域的太阳能灯具组成一个网络，每个灯具都是网络中的一个节点，由网络控制单元统一控制。所述基于ZigBee通讯技术的太阳能灯具包括微处理器2、充电模块、太阳能光伏组件、蓄电池模组、LED驱动模块、LED模组和ZigBee通讯模块I，其中，微处理器2连接并控制充电模块、蓄电池模组、LED驱动模块和ZigBee通讯模块I。微处理器2控制蓄电池模组充电、LED驱动模块的工作方式选择、蓄电池的充电及放电保护等；微处理器2还负责检测太阳能光伏组件、充电模块、蓄电池模组、LED驱动模块、LED模块的故障并将故障类型报告给相应的控制单元；微处理器2还要测量各模块的工作数据，并将其写成日志的形式一天一次向相应的控制单元报告；微处理器2还将根据协调器节点发来的升级信息进行软件在线升级。太阳能光伏组件将光能转换为电能，在微处理器2的控制下，通过充电模块将电能存储在蓄电池模组中。蓄电池模组根据微处理器2的指令，通过LED驱动模块对LED模组进行供电，进行照明。ZigBee通讯模块I负责太阳能灯具与外部通讯设备之间的通讯和组网。ZigBee通讯模块I还可以具有数据存储功能的存储器，在控制系统升级的过程中缓存数据。 如图2所示,本实施例中的ZigBee通讯模块I包括天线3、基于ZigBee技术的射频芯片CC2430和8051微控制器，8051微控制器与微处理器2之间通过RS485接口进行通讯，射频芯片CC2430和8051微控制器之间通过SPI总线传输数据，天线3和射频芯片CC2430之间通过50 Ω高频同轴电缆4连接。射频芯片CC2043支持2. 4GHZ IEEE 802. 15. 4的ZigBee协议，芯片内部集成了 CC2420RF收发器、增强工业标准8051微控制器内核、闪存、SRAM、ZigBee协议栈等。CC2043和必要的外部通讯设备组成了 ZigBee的一个节点，用来组网和通讯。8051微控制器主要负责CC2430和太阳能灯具微控制器之间的通讯、数据暂存，还可以控制太阳能灯具微控制器的复位操作。当本实用新型的太阳能灯具需要将数据发送到网络的协调器节点时，太阳能灯具的微处理器2先将数据通过RS485总线发送到ZigBee模块的8051微控制器上，然后8051微控制器再通过SPI总线将数据发送给CC2430，最后由CC2430将数据发送到网络的协调器节点上。接收过程相反。当有太阳能灯具升级指令发送到ZigBee模块时，8051微控制器将接收到的升级文件暂存在其相应的存储器中，经校验无误后通过相应的控制让太阳能灯具微处理器2进行软件升级。在本实施例中，ZigBee通讯模块I在系统运行时，还能监视微处理器2是否处于正 常状态，当微处理器2由于某些原因工作异常时，ZigBee通讯模块I可以对微处理器2进行复位操作。如图3所示，ZigBee模块的安装主要是涉及到射频天线3的安装。太阳能灯具微控制器一般安装在灯杆里面的观察孔5的位置，ZigBee模块也安装在这里，ZigBee天线3安装在光伏组件支架的下面，天线3和ZigBee模块之间通过50 Ω高频同轴电缆4连接。本实用新型的具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具节点网络系统如图4所示，用户节点、协调器节点均为具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具，协调器节点是作为网络组织者的主控单元，可连接多个用户节点，与各用户节点进行通讯，协调器节点具有用户节点的所有功能。如果用户节点离协调器节点较远，该节点网络系统中还包括路由节点，所述路由节点同样由具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具设置而成，路由节点具有用户节点的所有功倉泛。上述节点网络系统中，协调器节点的作用主要是a)组织整个网络，一个协调器节点能够连接254个节点，如果超过254个节点，可以使用多个协调器节点；b)记录每个节点的工作日志文件以及故障报告，以便于查询，所以协调器节点的ZigBee模块还将连接一个flash存储器，该flash存储器主要用来记录每个节点的工作日志文件以及故障报告。[0030]节点的日志文件主要吧包括该节点监测到的蓄电池充电电流、蓄电池电压、充电最终的总充电电量、前一天晚上的放电电量和放电结束时的蓄电池电压等参数。故障报告指灯具在工作过程中发生的蓄电池欠压、光伏组件电压电流异常变化、灯具短路和开路等故障。协调器节点将 根据所有的节点报告的日志文件来确定当天的日照情况，然后根据一定的算法来确定当天晚上的照明模式，保证所有的蓄电池模组都不会出现长期亏电的情况。协调器节点还有一个功能就是给每个节点发放升级的文件，使所有的节点进行软件升级。调试人员需要读取该区域内的每个节点的日志文件和对节点灯具控制器进行软件升级以及改动灯具控制器工作参数时只需要将便携的PC机加入该区域的灯具网络即可进行操作。为了保证能监视到所有太阳能灯具，协调器节点在安装时先输入该网络内的节点数，当某个节点出现故障无法通讯时，协调器节点将能够判断是否有节点不在网内来判断是否有节点损坏。上述实施例仅是优选的和示例性的，本领域技术人员例如可以根据本专利的描述，采用不同的硬件设备等来实现本专利，其都由本专利的保护范围所覆盖。
权利要求1.一种太阳能灯具的ZigBee通讯模块,其特征在于包括天线、基于ZigBee技术的射频芯片CC2430和8051微控制器，8051微控制器与太阳能灯具的微处理器之间通过RS485接口进行通讯，射频芯片CC2430和8051微控制器之间通过SPI总线传输数据，天线和射频芯片CC2430之间通过50Ω高频同轴电缆连接。
2.如权利要求I所述的ZigBee通讯模块，其特征在于射频芯片CC2043内部集成了CC2420RF收发器、增强工业标准8051微控制器内核、SRAM、闪存、ZigBee协议栈，射频芯片CC2043与外部通讯设备组成了 ZigBee通讯的一个节点,用来组网和通讯。
3.如权利要求2所述的ZigBee通讯模块，其特征在于射频芯片CC2043连接具有数据存储功能的存储器，在控制系统升级的过程中缓存数据。
4.一种基于ZigBee通讯技术的太阳能灯具，其特征在于包括微处理器、充电模块、太阳能光伏组件、蓄电池模组、LED驱动模块、LED模组和如权利要求f 3之一所述的ZigBee通讯模块， 所述微处理器连接并控制充电模块、蓄电池模组、LED驱动模块和ZigBee通讯模块，微处理器控制蓄电池模组充电、LED驱动模块的工作方式选择、蓄电池的充电及放电保护； 太阳能光伏组件将光能转换为电能，在微处理器的控制下，通过充电模块将电能存储在蓄电池模组中；蓄电池模组根据微处理器的指令，通过LED驱动模块对LED模组进行供电，进行照明； ZigBee通讯模块负责太阳能灯具与外部通讯设备之间的通讯和组网。
5.一种由如权利要求4所述的太阳能灯具构成的节点网络系统，其特征在于由用户节点和协调器节点构成，用户节点和协调器节点均为具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具，协调器节点作为主控单元，具有用户节点的所有功能，可连接多个用户节点，与各用户节点进行通讯。
6.如权利要求5所述的节点网络系统，其特征在于对于离协调器节点较远的用户节点，还设置有路由节点，一个或多个用户节点首先连接到路由节点，再通路由节点连接到协调器节点，所述路由节点由具有ZigBee通讯模块的太阳能灯具设置而成，路由节点具有用户节点的所有功能。
7.如权利要求5或6所述的节点网络系统，其特征在于作为协调器节点的太阳能灯具的ZigBee通讯模块还连接一个flash存储器,该flash存储器主要用来记录每个节点的工作日志文件以及故障报告。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能灯具的ZigBee通讯模块及相关灯具、节点网络系统，其中太阳能灯具的ZigBee通讯模块，包括天线、基于ZigBee技术的射频芯片CC2430和8051微控制器，8051微控制器与太阳能灯具的微处理器之间通过RS485接口进行通讯，射频芯片CC2430和8051微控制器之间通过SPI总线传输数据，天线和射频芯片CC2430之间通过50Ω高频同轴电缆连接；太阳能灯具通过安装该ZigBee通讯模块，能够在区域内构建节点网络系统，由控制单元对网络系统内的太阳能灯具进行统一控制。
文档编号H04W84/18GK202602908SQ201220173920
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者梁攀, 佟强 申请人:河北沐天太阳能科技发展有限公司