专利名称：一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及LED照明控制技术领域，尤其涉及一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器。
背景技术：
目前，随着冷光源照明技术的快速发展，LED照明设备已广泛应用道路照明。基于市电电源的LED路灯照明设备的控制器已有很多产品，但该类型的控制器功能简单，其主要功能实现市电到直流低电压电源的转换匹配，对于路灯的调光节能、检测控制、LED灯珠寿命的保护等功能很少涉及。因此，单个路灯状态不可控或不能实现远程控制，路灯的工作状态和相关故障信号仍然依赖人工巡检，控制检查管理极不方便。图1是目前使用中的LED路灯供电管理系统示意性图。如图1所示，该LED路灯供电管理系统一般包括市电电源、控制器和LED灯，控制器分别与市电电源、LED灯连接，其中，市电电源用于向控制器提供交流电源，市电控制由配电中心或线路配电柜控制供电或断电，即由此来控制LED灯的开关；控制器用于将从交流电源整流为直流，再经过高频开关电路将高压直流降压为低压直流，再经过恒流或恒压调节输出电路，将电源输出控制在额定范围内，供给LED灯；LED灯接收的控制器输出的恒流或恒压电源，将电能转换为额定的光照度照明。图2是目前使用中的控制器的示意性图。如图2所示，该控制器一般包括整流电路、开关降压电路和恒流或恒压输出电路，从功能上讲该种控制器实际上是一种电源适配器，没有调节和控制功能。普通的这种控制器存在以下几个问题I)单个LED灯的亮度和功率不可控，容易造成电能浪费或照明不足；2)单个或一个区域内的LED灯的工作状态不能快速查询可了解，特别故障出现是不能快速响应排除；3) LED灯长时间处于满负荷工作，易于降低LED灯的寿命，目前LED灯的成本还是比较高的，会增加使用为费用；4) LED灯长时间处于满负荷工作，容易导致控制器过热，降低控制器效率和寿命；5)没有信息交互功能，不便于路灯管理；6)没有通讯功能，完全依赖人工巡检，实时性可靠性差。
发明内容为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，以实现单个LED路灯开关、亮度、功率调节，实时工作参数和状态查询，方便路灯远程集中管理，可靠有效节能和延长LED灯和电源适配器的使用寿命，通过单灯耗电电能计量和线路总配电电能计量比较，预防窃电和漏电事故。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，包括有市电信号采集器、无线通讯器、直流控制器、MCU主控单元，MCU主控单元的市电信号输入端与市电信号采集器相连，市电信号采集器的电源输入端与路灯控制器电源并联在市电电源上，路灯控制器电源输出端与MCU主控单元电源输入端相连，MCU主控单元的输出端与直流控制器相连，MCU主控单元的通讯端口与无线通讯器相连。所述的无线通讯器采用Zigbee无线通讯芯片CC2530，并通过其异步串行外设接口与MCU主控单元异步串行接口连接，实现控制器本地采样信号与集控中心控制指令信号的传输。所述市电信号采集器包括电压互感器、电流互感器、低通差分滤波电路和信号采集芯片，其中，采集的市电电压经过电压互感器转换为小电流，通过取样电阻转换为低电压信号，然后经过低通差分滤波电路输入到信号采集芯片的电压采集口，同时，采集的市电电流经过电流互感器转换为小电流信号，通过取样电阻转换为低电压信号，然后经过低通滤波电路输入到信号采集芯片的电流采集口，信号采集芯片对输入的电流和电压进行内部转换，输出电压，电流和电能的信号数值。用于MCU主控单元根据写入的电压、电流互感器的变比数值、取样电阻值和信号采集芯片输出信号值计算出电压、电流的有效值和电能累积值。所述市电信号采集器采用CS5460A芯片，并通过其同步串行外设接口与MCU主控单元同步串行接口连接，将电流、电压和电能输出到MUC主控单元。所述电源采用E27C，为MCU主控单元提供电源，MCU主控单元对它进行监测和启动电源异常保护。所述的MCU主控单元采用美国微芯公司的PIC18F4520微处理器。所述主控单元通过同步/异步串行收发外设接口信号采集芯片与无线通讯器进行通讯，通过外部中断对电源进行监测和保护。所述的市电信号采集器用于采集市电电流、电压和电能信号；无线通讯器用于传输通讯信号；直流控制器用于开关灯、灯光亮度、功率调节，能使LED灯和电源适配器寿命延长；MCU主控单元用于控制器电源供给和监测器和用于控制器各功能器协调控制。该基于Zigbee无线通讯的LED路灯控制器实现了 LED路灯照明工作状态信息的实时无人远程采集和远程便捷集中控制，提供了先进的冗余控制技术，有效可靠地延长LED灯和电源适配器的使用寿命，提供了先进的、多模式的亮度能量管理技术，根据需要动态调节LED灯光亮度，实现光照和节能最大化效益，显著降低路灯使用和维护的费用成本。本实用新型可实现到单个路灯测量控制和电能计量。与现有技术相比，本实用新型具有下列有益效果I)在电源适配器的直流输出电路增加了直流输出控制器，实现了单个LED灯的开关、売度、功率的便捷调节；2)在电源适配器的交流输入电路增加了采用先进的信号采集芯片，可以实现对输入市电电源的电压电流监测和单灯能耗计量，从而实现LED等保护和防窃电漏电；3)通过增加无线通讯器，使得路灯集中控制中心对路灯照明的科学合理的规划设置，实现对LED灯功率的实时调节，减少LED灯满负荷工作的时间，减少灯珠发热量，减少电源适配器大功率工作时间，减少适配器发热量，延长LED等和电源适配器的寿命；4)通过控制器与路灯集控中心的信息交互，实现实时自动巡检，方便路灯的集中 管理控制。
图1是现有的LED路灯供电管理系统示意图。图2是现有的LED路灯控制器结构示意图。图3是本实用新型的LED路灯供电管理系统示意图。图4是本实用新型的LED路灯控制器结构示意图。图5是根据本实用新型的市电电压、电流和电能采集的电路图。图6是根据本实用新型的无线通讯器的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。参见图4，一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，包括有市电信号采集器、无线通讯器、直流控制器、MCU主控器，MCU主控器I的信号采集输入端与市电信号采集器2相连，市电信号采集器2的电源输入端与路灯控制器电源3并联在市电电源上，路灯控制器电源3的输出端与MCU主控器I电源输入端相连，MCU主控器I的控制输出端与直流控制器4相连，MCU主控单元I的通讯端口与无线通讯器5相连。所述的市电信号采集器2参见图3，图3是本实用新型的LED路灯的供电管理系统示意图。该系统包括是电源、基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器、电源适配器和LED灯，其中，控制器200分别与市电电源100、电源适配器300、LED灯400连接。以下根据图4对控制器200器的组成部分的具体实现进行描述。(一)市电信号采集器2市电信号采集器2采集供电电源的电流、电压和耗电电能，并将采集的电流、电压、电能计量数值发送给微处理器进行处理。图6是市电信号采集器2的电路图。如图6所示，市电信号采集器2包括电压采集电路，电流采集电路和采样芯片，其中电压采集电路包括电压互感器(Tl)、取样电阻(Rl)、低通差分滤波电路(R2，R3，R4，R5，Cl，C2, C3)，电压互感器的输出端连接取样电阻，取样电阻输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接采集芯片的电压信号输入端；电流采集电路包括电压互感器(T2)、取样电阻(R6)、低通差分滤波电路(R7，R8，R9，RIO, C4，C5，C6)，电流互感器的输出端连接取样电阻，取样电阻输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接采集芯片的电流信号输入端；信号采集芯片为CS5460A，关于CS5460A芯片的详细介绍，可参见美国Cirrus Logic公司官方网址，信号采集芯片的数据输出引脚接MCU的串口通讯引脚。如图6所示，市电信号采集器2的信息通过SCLK(5)、SDO(6)、CS(7)、SDI (23)、INT (20)号引脚分别与 MCU 主控单元 I 的 SCLK (37)、SDO (43)、RD5 (3)、SDI (42)、RBO (8)号引脚相连，实现信号的交换。其中，SCLK为同步时钟，SDO为串行输出，SDI为串行输入，CS为片选信号，INT为采样中断信号。在本实施例中，选取如下的各个元器件R1、R6为101，R2、R3、R7、R8为102，R4、R5、R9、RlO 为 471，Cl、C2、C4、C5 为 0. 22nF, C3、C6 为 18nF, Tl 为电压互感器，GP-206B2mA/2mA, T2 为电流互感器，GC_206B5A/2mA。从图6所示的结构可看出，本发明中使用了电压互感器和电流互感器，实现了强弱信号隔离，采用了低通差分滤波器，提高了信号抗干扰能力，采集芯片采用24位数据格式输出结果，大大提高了测量示数精度，足以达到电能计量标准。(二)MCU 主控单元 IMCU主控单元I将从市电信号采集器2接收的电流、电压和电能的转换数值，通过计算转换电流电压的真实有效值和电能的真实累计数值，并将转换后的数值信号发送给无线通讯器5向路灯集控中心传输，同时接受通过无线通讯器5接收到的路灯集控中心的控制命令，经过命令分析，发出控制指令实现命令要求的功能;MCU主控单元I通过发送指令对直流输出器4的控制，实现对LED灯的控制，并通过AD器采集输出直流电压信号，以保护LED灯；MCU主控单元I通过对电源3的监控，在电源故障时保护主要的控制数据不丢失。在本实施例中，MCU主控单元I采用美国微芯公司的PIC18F4520微处理器(详情可参见美国微星公司官方网址)作为微处理器220，此微处理器采用优化的C编译器构架和通用的输入输出管脚，工作频率达到40MHz，电源电压输入宽，而且性价比高。(三)电源3电源3实现市电电源到低压直流电源的转换，为保证控制器可靠稳定的工作，电源必须可靠稳定，本实例采取两级降压稳定电路实现对MCU、采集芯片、无线器的等的可靠供电，同时设计第一级电压监测电路。在本实施例中，电源3采用深圳富屯科技有限公司E27C电源器(详细性能参数请参见深圳富屯科技有限公司网站介绍)。(四)直流输出控制器4直流输出控制器4从殿宇适配器的输出端得到直流电源，再由MCU主控单元I将路灯集控中心发出的控制信号解析为LED灯控制信号，发送给直流输出控制器4，实现LED灯的开关、亮度、功率及其他控制要求。在本实施例中，为了实现LED灯的安全可靠的控制，采用日本ROHM公司的RSDlllOnlO中功率CMOS器件，该芯片门及控制电压低，隔离电压高，方便整个控制器的电源设计(直流输出控制器4详情参见日本ROHM公司网站)。(五)无线通讯器5无线通讯器5用于控制器与路灯集控中心进行信息和控制参数交互的唯一口，起着非常重要的作用。向下无线器通过异步串口与MCU的异步串口互联，向上无线器通过Zigbee独特的通讯协议实现免费局域网络的建立，通过信号接力完成信息的传输，该方式降低了对电信营运商线路的依赖，减少了网络通信费用了。图5为无线通讯器5与MCU主控单元I连接的电路图。其中RX、TX为异步输入输出引脚，无线通讯器5的16 (TX) ,17 (TX)与MCU主控单元I的I (RX), 44 (TX)连接。
权利要求1.一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，其特征在于，包括有市电信号采集器(2)、无线通讯器(5)、直流控制器(4)、MCU主控单元(I)，MCU主控单元⑴的市电信号输入端与市电信号采集器(2)的输出端相连，市电信号采集器(2)的电源输入端与路灯控制器电源(3)并联在市电电源上，路灯控制器电源(3)的输出端与MCU主控单元(I)电源输入端相连，MCU主控单元(I)的输出端与直流控制器(4)相连，MCU主控单元(I)的通讯端与无线通讯器(5)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，其特征在于，所述的MCU主控单元(I)采用美国微芯公司的PIC18F4520微处理器。
3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，其特征在于，所述市电信号采集器(2)包括电压互感器、电流互感器、低通差分滤波电路和信号采集芯片
4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，其特征在于，所述市电信号采集器(2)采用CS5460A芯片，并通过其同步串行外设接口与MCU主控单元同步串行接口连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，其特征在于，所述电源⑶采用E27C。
6.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，其特征在于，所述的无线通讯器(5)采用Zigbee无线通讯芯片CC2530，并通过其异步串行外设接口与MCU主控单元⑴异步串行接口连接。
专利摘要一种基于Zigbee无线通讯的智能LED路灯控制器，包括有MCU主控单元，MCU主控单元的市电信号输入端与市电信号采集器的输出相连，市电信号采集器的电源输入端与路灯控制器电源输入端并联在市电电源上，MCU主控单元的输出端与直流控制器相连，MCU主控单元的通讯端与无线通讯器相连，MCU主控单元将从市电信号采集器接收的电流、电压和电能的转换数值，通过计算转换电流电压的真实有效值和电能的真实累计数值，并将转换后的数值信号发送给无线通讯器向路灯集控中心传输，同时接受通过无线通讯器接收到的路灯集控中心的控制命令，发出控制指令实现命令要求的功能，方便路灯远程集中管理，可靠有效节能和延长LED灯和电源适配器的使用寿命。
文档编号H04W84/18GK202907262SQ20122046348
公开日2013年4月24日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者靳梦龙, 康扶国 申请人:西安曙光环保科技有限公司