专利名称：采用天文算法的多功能路灯控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及路灯的控制，特别一种采用天文算法的多功能路灯控制置，属于电子控制技术领域。
背景技术：
目前使用较多的路灯控制技术仍然是人工根据天亮天黑的情况进行控制，天黑时将路灯控制柜的开关合上，天亮时将路灯控制柜的开关断开，这种人工操作有时会导致路灯的开关不及时，并且不能实现远程控制或集中监控。
目前也有一些自动开关灯的技术方案，例如，CN87211553利用一块单片机芯片和一块用于存贮根据自然天文时计算出的每天开关灯时刻表，通过程序控制每天的开关灯时间；CN96117835.3和CN00210624.8利用BP机控制路灯的开或关。综述以上方案，存在以下不足一是通过存贮根据自然天文时计算出的每天开关灯时刻表的办法局限性非常大，存储器中只能存贮单一地点的开关灯时刻表，不能适应不同地点(经纬度不同)的开关灯实际需要，不同的地点必须写入不同的时刻表，给产品生产带来不便；二是功能比较单一，不能对多种情况进行综合考虑。
目前也有单独使用光控开灯的，但容易受干扰而误动作。
目前也有根据经纬度来确定开关灯时间的，但使用的是简单的近似计算，误差比较大，有时误差相差达十分钟以上。因为真太阳日的长短是随季节而变化的，其变化主要受到两个因素的影响一是由于黄赤交角(23°26′)的存在，即黄道面对于赤道面的倾斜，太阳在周年运动的同时，相对于天赤道往返运动，造成真太阳日长度的周年变化；二是由于地球的运行轨道为椭圆，日地距离的变化，地球公转的速度不等，造成太阳每日黄经差本身的周年变化。这两个因素同时作用并相互干扰，造成了真太阳日长短的变化。
地球的运行轨道遵循开普勒的行星运动三定律，因此日出日落时间及天亮天黑时间是有规律的。行星运动第一定律(轨道定律)表明所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳位于行星轨道椭圆的二个焦点之一。行星运动第二定律(面积定律)表明在同样的时间内，行星向径在其轨道平面上扫过的面积相等。行星运动第三定律(周期定律)表明任何两个行星绕太阳公转的周期平方之比，等于它们与太阳的距离的立方之比。设T1和T2分别表示两行星的公转周期，a1和a2分别表示它们与太阳的平均距离(即各自轨道的半轴长)，那么便有T12T22=a13a23.]]>
发明内容
本实用新型的目的是提供一种采用天文算法的多功能路灯控制置，它直接根据天文算法计算天亮天黑时间。其多功能性表现在，除根据天亮天黑的时间控制开关路灯外，还具有光控、手机短消息控制、通过有线网络、GPRS或CDMA网络远程控制路灯开关的功能；能够实现多个回路的独立控制；能够通过计算机方便地查看或更改相关的参数；能够通过网络实现远程控制或集中监控。
本实用新型的目的是这样实现的一种采用天文算法的多功能路灯控制装置，采用天文算法计算天亮天黑时间，通过输出模块控制天黑时接通路灯的电源，天亮时断开路灯的电源，通过通讯接口模块实现远程控制或集中监控，其特征是包括以下硬件电路电源[1]为装置提供直流工作电源；智能模块[2]内含程序存储器及控制程序；输入接口[3]数字量或模拟量的输入通道，与智能模块[2]相连；时钟电路[6]提供实时时钟，与智能模块[2]相连；通讯接口模块[7]用于与外部通讯，与智能模块[2]相连；输出模块[8]用于输出开关灯信号、节能信号等，与智能模块[2]相连；输入接口[3]包含有光控信号输入接口。
本实用新型的工作原理本实用新型是按照上述构思使用上述主要部件组合而成的多功能路灯控制装置。装置内设置有实时时钟集成电路(RTC)，运行的日期及时间与当前实际的时间一致；利用高性能单片机作为控制器，从RTC中读出当前的日期，如果用户将装置配置为按天亮天黑时间自动调整的方式，则单片机根据当前的日期和当地的经度、纬度，利用天文算法计算出当前日期的天亮时间和天黑时间，并在天亮或天黑时间的基础上提前或推迟一个设定的时间，由此计算出当前日期的开灯或关灯时间，当前时间到达开灯时间后，发出时控开灯信号，到达关灯时间后，结束时控开灯信号；如果用户将装置配置为每天以固定时间开关灯的方式，则单片机根据当前时间、开灯时间、关灯时间确定时控开灯信号，当前时间到达开灯时间后，发出时控开灯信号，到达关灯时间后，结束时控开灯信号。此外，单片机根据采样的光控信号适时发出或结束光控开灯信号(光控开灯信号可确定在时控开灯时间的附近)，根据人工开关灯信号确定人工开灯信号，根据接收到的手机短消息指令确定短消息控制的开灯信号，根据有线网络、GPRS或CDMA网络远程控制的指令确定网络控制的开灯信号，这些开灯信号以或的关系确定最终的开灯信号，此信号通过驱动电路控制继电器或无触点开关接通或断开路灯的供电回路，从而完成路灯的多功能开关灯智能控制，当路灯开启后，如果需要临时关闭，可以在装置上通过开关或远程发送指令强制关闭开启的路灯。装置内部设置多个回路的开关灯控制，每个回路可设置两次开关灯时间，因此可以组合成整夜灯控制、半夜灯控制、每天两次独立控制的照明方案。每个回路的功能相同，因此可以控制多个回路的路灯。
通过给单片机发送相应的指令，可以方便地读取装置内RTC的日期和时间，也可以方便地进行校调，也可以读取或更改其它的工作参数，也可以查看任何一天或连续若干天的开关灯时间。发送指令可以是近程，也可以是远程。
通过外部提供的信号及ADC电路，可以测量一些电压、电流等工作参数，通过温度传感器，可以测量装置的工作温度。这些工作参数可以远程查看，也可以设定相关的保护参数，通过装置给出保护信号。
本实用新型采用的天文算法基于开普勒的行星运动三定律和牛顿的万有引力定律，在计算日出日落时间及天亮天黑的时间时还考虑了地轴进动(地轴绕黄轴的圆锥形运动，圆锥半径为23°26′，进动速度为每年50.29″，周期为25800年)、太阳视半径(约为16′)、大气折光作用(在近地平时最为明显，其值约为34′)、晨昏蒙影等因素，因而计算的精度较高，据此计算的日出日落时间及天亮天黑时间与一些著名的万年历相比，误差最大为1分钟(实际上不同国家天文年历的计算结果也可相差一分钟)。
本实用新型的优点及效果(1)采用了较高精度的天文算法，根据不同地点的经纬度及地球自转与公转的变化规律，自动精确计算当地的天亮天黑时间，自动修正每天的开灯与关灯时间，避免了靠人工修正和开关灯控制的麻烦。
(2)可以节约大量的用于路灯的夜间巡检费用。
(3)集成有光控开关灯、人工强制开灯、通过网络远程遥控开关灯等功能，可以使用一种功能或多种功能组合。
(4)可以方便地进行远程控制、集中控制，可以远程查看或更改工作参数。
(5)由于采用FLASH存储器保存数据，设定的工作参数在停电的情况下仍然不会丢失。
(6)可以通过软件方便地校准时钟。
(7)装置可以独立运行，也可以联网集中监控。
(8)可以提供电压、电流及温度等保护信号。
(9)可以与GSM/GPRS模块连接，通过手机短信或网络临时改变开关状态，可读取当前工作状态及工作参数(如电压、电流、工作温度、天亮时间、天黑时间、开灯时间、关灯时间等)。
(10)各个回路的开关灯控制，可以通过软件方便地设定为整夜灯、半夜灯或其它形式的开关灯工作方式，也可以强制将任何一路或几路灯开启。
(11)开关灯方式可以是按设定的每天固定时间开关灯，也可以是按当地的天亮天黑时间自动调整开关灯时间，完全适应智能化的需要。
(12)可以设定人为定义的天亮天黑太阳高度角(与晨昏蒙影有关)，并可以设定提前或推迟开关灯的时间。
(13)可以向电脑输出若干天的开关灯时间，让管理人员对开关灯时间做到心中有数。
(14)具备完善的指示及告警功能，有各种开关灯状态指示、节能信号指示、极昼极夜指示、时钟失效指示等。
(15)可以对相连接的其它智能设备发送并收集信息，同时进行简单处理。
(16)通过功能扩展接口，可以扩展显示或输入输出功能。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1 是本实用新型的电路原理方框图。
图2～图5 是实施例的电路原理图。
图6～图9 是实施例的软件流程图。
具体实施方式
参看图1，智能模块[2]分别与输入接口[3]、功能扩展接口[4]、编程接口[5]、时钟电路(或称为时钟模块)[6]、通讯接口模块[7]、输出模块[8]、指示模块[9]构成电气连接，电源[1]为装置提供直流工作电压和电流，与相关的部分构成电气连接。智能模块在上述相关电路及软件的调度下，构成了具有天文算法的、可以远程查看或更改工作参数的多功能路灯控制装置。
参看图2，电源[1]由插座CZ1提供+12V、+5V、VDD(3.3V)的直流工作电源，与电路的其它部分构成电气连接，为装置的相关部分提供工作电源。
智能模块[2]由高速、高性能单片机U3构成，型号为C8051F310，其内部集成有振荡器、在系统可编程的FLASH存储器、JTAG调试电路、温度传感器、多达21路的模数转换电路(ADC)、四个通用16位定时器/计数器、硬件SMBus(I2C兼容)、UART串口、PCA模块等，它是本装置的核心控制器件。
输入接口[3]由插座CZ3、CZ4、CZ5组成，它们均与单片机构成电气连接。CZ3外部接人工强制开灯的开关，单片机根据此信号确定人工强制开灯信号，R14、R15、C10组成抗干扰滤波电路；CZ4外部接光敏电阻(或光控开关)，单片机将测量的光照强度与设定的开关灯光照度比较，以形成光控开灯信号，R18、R19、C11组成抗干扰滤波电路；CZ5外部接电压、电流等模拟量的调理信号，通过单片机内部的ADC电路转换为数字量，以便远程查看相关的数据，同时根据设定的参数确定是否应给出保护信号，温度测量值来源于单片机内置的温度传感器。
功能扩展接口[4]由插座CZ2组成，与单片机构成电气连接。单片机通过此接口与外部通讯，可以将相关数据输出到LCD或LED显示，或进行其它的输入输出操作。
编程接口[5]由插座CZ6组成，与单片机构成电气连接。单片机通过此接口进行仿真、编程操作，如果通过独立的设备对智能模块[2]编程，则此接口可以省略。R12、C12组成开机复位电路，R16、R17是隔离电阻。
指示模块[9]由发光二极管D3～D8、D20～D27以及与其串联的R31～R36、R20～R27组成，与单片机构成电气连接，D3为时钟失效指示，D4为检测到相连接的其它智能设备(本实施例中为智能照明节能控制柜)的故障指示，D5为第1回路开灯指示，D6为第2回路开灯指示，D7为第3回路开灯指示，D8为第4回路开灯指示，D20为检测到的过电压或过电流指示，D21为时控开灯指示，D22为手机短消息控制的开灯指示，D23为光控开灯指示，D24为根据天文算法计算的极昼极夜指示，D25为各种开灯信号确定的综合开灯指示(第0回路开灯指示)，D26为根据第0回路开灯信号确定的节能信号指示，D27为故障指示，检测到任何故障时此指示灯均会点亮，形成告警指示。
参看图3，实时时钟集成电路U6(型号为M41T0)、晶振Y2(32768Hz)、二极管D11、D12、电阻R12、R13、电容C21、备用电池BT1组成时钟电路[6]，为单片机提供实时时钟，单片机可以通过SCL、SDA组成的串行总线读取时钟或改写时钟(校准时间)。+5V、SCL、SDA与图2中的相应网络编号相连接。
参看图4，接口转换集成电路U4(型号为MAX202E)、电容C23～C27、电阻R58、R59、插座CZ7、CZ8组成通讯接口模块[7]，其功能是进行接口电平转换。+5V、TX1、RX1、TX2、RX2与图2中的相应网络编号相连接。CZ7用于与SMS/GPRS模块或计算机串口连接，以便远程监控。CZ8用于与相连接的其它智能设备相连，由单片机发送并收集其它智能设备的信息，同时进行简单处理。
参看图5，驱动集成电路U5(型号为ULN2003N)、二极管D30～D34(型号为1N4007)、继电器KJ0～KJ4(型号为JZC-23F)、插座CZ9～CZ14组成输出模块[8]，其功能是将单片机输出的5路开灯信号通过U5驱动相应的继电器动作，并通过插座CZ10～CZ14控制外部第0回路～第4回路的路灯，CZ9为节能信号输出插座，蜂鸣器FM1用于声音告警，电容C15用于滤波。+5V、+12V、KD_OUT、WAY1_OUT、WAY2_OUT、WAY3_OUT、WAY4_OUT、JN_OUT、Sound与图2中的相应网络编号相连接。
权利要求1.一种采用天文算法的多功能路灯控制装置，采用天文算法计算天亮天黑时间，通过输出模块控制天黑时接通路灯的电源，天亮时断开路灯的电源，通过通讯接口模块实现远程控制或集中监控，其特征是包括以下硬件电路电源[1]为装置提供直流工作电源；智能模块[2]内含程序存储器及控制程序；输入接口[3]数字量或模拟量的输入通道，与智能模块[2]相连；时钟电路[6]提供实时时钟，与智能模块[2]相连；通讯接口模块[7]用于与外部通讯，与智能模块[2]相连；输出模块[8]用于输出开关灯信号、节能信号等，与智能模块[2]相连；
2.根据权利要求1所述的采用天文算法的多功能路灯控制装置，其特征是输入接口[3]包含有光控信号输入接口。
专利摘要一种采用天文算法的多功能路灯控制装置，由智能模块、输入接口、功能扩展接口、编程接口、时钟电路、通讯接口模块、输出模块、指示模块组成，能够按照天文算法计算天亮天黑的时间控制路灯的开和关，在天文算法中考虑了地轴进动、太阳视半径、大气折光作用、晨昏蒙影等因素，因而计算的精度较高，并且具有光控、手机短消息控制、通过有线网络、GPRS或CDMA网络远程控制路灯开关的功能，具有多个独立控制的回路，每个回路可以组合成整夜灯控制、半夜灯控制、每天两次独立的开关灯控制，能够通过计算机方便地查看或更改相关的参数，能够发送并收集与之相连接的智能设备的信息，能够通过通讯接口实现远程控制或集中监控。
文档编号H05B37/02GK2867786SQ20062006851
公开日2007年2月7日 申请日期2006年1月16日 优先权日2006年1月16日
发明者涂金龙, 翁玉琴 申请人:翁玉琴