專利名稱：基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種照明設(shè)備,特別涉及一種基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能作為一種新興的綠色能源，以其無可比擬的優(yōu)勢得到迅速的推廣應(yīng)用。在城市亮化美化、道路照明、庭院照明、室內(nèi)照明以及其他各領(lǐng)域的照明和應(yīng)用中得到了有效的利用。尤其是在偏遠無電地區(qū)，太陽能照明燈具更具有廣泛的應(yīng)用前景。ZigBee作為一種網(wǎng)絡(luò)的短程無線通信協(xié)議，已經(jīng)日益為大家所熟知，特別是帶有路由的可組網(wǎng)功能，理論上可以使ZigBee覆蓋的通訊面積無限擴展。它的低功耗、低成本、近距離、短時延、高容量、高安全等優(yōu)點，使它具有廣闊的應(yīng)用前景。 超高亮L E D的研制成功，大大地降低了太陽能燈具使用成本，使之達到或接近工頻交流電照明系統(tǒng)初裝的成本報價，并且具有保護環(huán)境、安裝簡便、操作安全、經(jīng)濟節(jié)能等優(yōu)點。由于L E D具有的光效率高，發(fā)熱量低等優(yōu)勢，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在照明領(lǐng)域，并呈現(xiàn)出取代傳統(tǒng)照明光源的趨勢。為了延長連續(xù)陰雨天氣工作，一個方法是增大太陽能電池板發(fā)電量，這是很不經(jīng)濟的，另一個方法是合理用電。選擇合適的控制方法在節(jié)省電源方面有重要的意義。路燈的控制方法已經(jīng)歷了 4代變化。從人工定時開關(guān)、時控和光控，一直在進行調(diào)整。普通的“時控”無法根據(jù)季節(jié)的變化而自動調(diào)整晝夜燈開關(guān)的時間，往往造成時控時間不準確，出現(xiàn)天未黑就亮燈，或者天亮了還未滅燈等情形，需要經(jīng)常性的進行人工的調(diào)整?！肮饪亍本褪锹窡裟芨鶕?jù)周圍明暗變化，自動開關(guān)，但是城市的景觀燈，使得該路段的路燈敏感地認為‘天亮’ 了，所以總是黑著，繁華路段因此很難采用光控開關(guān)。除此之外，行車大光燈太炫、茂密行道樹遮擋等也或多或少影響光電管的感應(yīng)，使得路燈忽明忽暗。雖然對于雷暴雨天氣來說，采用光控手段有很多好處，但最終不適宜大量推廣。每盞LED照明燈具都帶有恒流驅(qū)動裝置，統(tǒng)一開燈關(guān)燈的控制方式被普遍采用。而一般照明燈具使用的節(jié)能方式是(I)在配電箱安裝天文時間控制器或者光電傳感器統(tǒng)一調(diào)整開燈時間。(2)在配電箱安裝節(jié)電器，根據(jù)時間調(diào)整輸出電壓，調(diào)節(jié)路燈亮度達到節(jié)能的目的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對現(xiàn)在LED照明路燈控制面對的問題，提出了一種基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，根據(jù)具有開燈時間調(diào)整功能、針對每盞燈進行控制的節(jié)電裝置，考慮到成本因素，該節(jié)電裝置特別適合太陽能LED照明燈具的控制，可以較好地改善燈具性能。充分滿足了道路照明的要求，節(jié)省了電能。本發(fā)明所述節(jié)電控制裝置包含控制器和編程器兩部分，控制器和編程器之間通過無線通信。[0009]本實用新型的技術(shù)方案為一種基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，包括LED燈和電源，還包含節(jié)電控制器和編程器兩部分，節(jié)電控制器和編程器之間通過無線通信，節(jié)電控制器安裝在LED燈與電源之間。所述節(jié)電控制器電路以單片機系統(tǒng)為核心，單片機系統(tǒng)周圍有外部存儲模塊、時鐘電路、無線收發(fā)模塊、LED脈寬調(diào)壓驅(qū)動電路，無線收發(fā)模塊接收編程器無線發(fā)射模塊的信號后，將信號送入單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)調(diào)用時鐘電路中的實時時間，單片機系統(tǒng)輸出控制信號到LED脈寬調(diào)壓驅(qū)動電路驅(qū)動LED燈，并將內(nèi)部信息送入外部存儲模塊存儲。所述時鐘電路的內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷。所述外部存儲模塊選擇了 24LC16作為節(jié)電控制器的數(shù)據(jù)庫，24LC16與單片機通過SPI總線方式通信。所述編程器以單片機系統(tǒng)模塊為核心，單片機系統(tǒng)模塊周圍有外部存儲模塊，鍵盤模塊，液晶顯示模塊和無線收發(fā)模塊，鍵盤模塊鍵入命令送單片機系統(tǒng)模塊，單片機系統(tǒng)模塊輸出信息通過液晶顯示模塊顯示，單片機系統(tǒng)模塊與無線收發(fā)模塊互通信息，無線收發(fā)模塊輸出信息到節(jié)電控制器，單片機系統(tǒng)模塊將內(nèi)部信息送入外部存儲模塊存儲。所述 無線收發(fā)模塊的芯片與單片機系統(tǒng)模塊之間通過SPI總線相連。所述鍵盤模塊為行列式鍵盤，包含數(shù)字鍵與功能鍵，列線通過電阻接正電源；行線置為低電平，即列線與置為低電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鍵。所述液晶顯示模塊選用LCD12864帶中文字符型液晶顯示屏。所述外部存儲模塊選擇24LC16作為編程器的數(shù)據(jù)庫，與單片機通過SPI總線方式通信。本實用新型的有益效果在于本實用新型基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，帶有編程口，便于非專業(yè)人員操作。設(shè)定好時間參數(shù)后控制器根據(jù)天文時鐘自動控制路燈的亮和滅，因此極大地降低了維護成本；由于控制器本身功耗低，如果設(shè)定的時間參數(shù)合適，節(jié)電效果將很明顯，有助于延長照明時間、改善燈具的總體性能。

圖I為本實用新型基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)中節(jié)電控制器的程序流程圖；圖3為本實用新型基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)中節(jié)電控制器電路圖；圖4為本實用新型基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)中編程器的程序流程圖；圖5為本實用新型基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)中編程器電路圖。
具體實施方式
如圖I所示基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)包含節(jié)電控制器2和編程器3兩部分，節(jié)電控制器2和編程器3之間通過無線通信，節(jié)電控制器2安裝在LED燈4與電源I之間。[0019]節(jié)電控制器2的電路包含幾個部分以單片機系統(tǒng)為核心，單片機系統(tǒng)周圍有外部存儲模塊，LED驅(qū)動電路模塊，時鐘電路模塊和無線收發(fā)模塊。編程器3通過zigbee技術(shù)與節(jié)點控制器2無線通訊，編程器3的電路包含幾個部分以單片機系統(tǒng)為核心，單片機系統(tǒng)周圍有外部存儲模塊，鍵盤模塊，液晶顯示模塊和無線收發(fā)模塊。由于白光LED的正向伏安特性特別陡，很小的電壓波動會導致電流急劇變化，影響發(fā)光效果，還可能導致LED燒壞，所以需要采用恒流驅(qū)動方式，本發(fā)明使用脈寬調(diào)制方式進行電流的調(diào)節(jié)，電源電壓應(yīng)高于LED所需電壓。節(jié)點控制器2的遙控收發(fā)模塊接收來自編程器3發(fā)射模塊的信號，單片機根據(jù)當?shù)厝粘龊腿章涞臅r間加上偏移時間來控制LED回路是否導通，因此該節(jié)點控制器2可以用來調(diào)節(jié)路燈的明暗，控制電源I的消耗。為了能夠最大限度的節(jié)省電能，在不同的時間段對路燈的亮度進行設(shè)置?？紤]到人體生理特點及生活行為習慣，在天剛黑下來的時候，路燈亮一些，而到了晚一些的時候，路燈暗一些，早上天亮前燈亮一些。
為進一步了解該發(fā)明裝置的特點及達到的功能，現(xiàn)結(jié)合所給的電路圖，詳細介紹該裝置。I)節(jié)電控制器2的具體實現(xiàn)節(jié)電控制器2電路包含單片機系統(tǒng)、外部存儲模塊、時鐘電路、無線收發(fā)模塊、LED脈寬調(diào)壓驅(qū)動電路這幾部分。節(jié)點控制器2的工作流程如下。上電后，系統(tǒng)進行初始化，包括單片機系統(tǒng)的初始化，驅(qū)動電路部分的初始化，時鐘電路的初始化，ZigBee無線模塊的初始化等。之后開始掃描信道，然后加入到網(wǎng)絡(luò)中。加入網(wǎng)絡(luò)后將啟動定時器并按照默認的占空比輸出PWM，并檢測是否收到有新的控制命令，即是否需要校正時間參數(shù)或經(jīng)緯度參數(shù)；如果有則按照新的占空比輸出，沒有則按照原來的占空比輸出。同時，單片機還將查詢I / 0 口的電平變化，并判斷是否有異常；異常則立刻報警，發(fā)送數(shù)據(jù)到編程器，正常狀態(tài)則是按照原設(shè)定的發(fā)送時間發(fā)送路燈的狀態(tài)。節(jié)點控制器2的軟件工作流程圖如圖2所示。節(jié)點控制器2的硬件電路圖核心部分如圖3所示。下面結(jié)合硬件管腳的連接情況，詳細介紹該裝置。單片機電路中單片機Ul的電源管腳并聯(lián)一個電容并與接地端相連，管腳13接一個有源晶振再接地，管腳31和32接電容C8。單片機的RA3管腳與LED驅(qū)動電路的U2的EN使能端連接，用于控制LED驅(qū)動電流回路的通斷，從而控制LED路燈的開關(guān)；單片機的PWM信號輸出后經(jīng)過三極管SS9013放大，再與LED驅(qū)動電路的U2的COMP管腳進行連接，通過PWM信號的調(diào)節(jié)，控制驅(qū)動電路的大小，進而可以調(diào)節(jié)LED燈的亮度。時鐘電路的U5內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路，實時時鐘具有能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。 LED驅(qū)動電路具有過壓保護，過流保護，最大可驅(qū)動30W的LED燈。驅(qū)動電路的U2的EN使能端與單片機的RA3管腳進行連接，可以用于控制LED回路的通斷及LED燈的開關(guān)；單片機的PWM信號輸出后經(jīng)過三極管SS9013放大，再與LED驅(qū)動電路的COMP管腳進行連接，可以進行LED燈的亮度控制。無線收發(fā)模塊用于接收來自編程器的信息。該模塊的四個管腳分別與單片機的RDO，RDl, RD2，RD3管腳進行連接通信，其余三個管腳一個接電源，一個接地，一個懸空。外部存儲模塊為了能夠及時存儲網(wǎng)絡(luò)地址，時鐘信息，系統(tǒng)的調(diào)用程序等重要信息，并防止掉電丟失數(shù)據(jù)。設(shè)計中選擇了 24LC16作為節(jié)電控制器的數(shù)據(jù)庫，以存儲重要數(shù)據(jù)。U4與單片機通過SPI總線方式通信。2)編程器3的具體實現(xiàn)根據(jù)編程器3實現(xiàn)功能要求.整個硬件電路主要由單片機系統(tǒng)模塊、ZigBee無線收發(fā)模塊、4 X 4鍵盤陣列模塊、IXD顯示模塊、外部存儲模塊及電源模塊等幾個模塊組成。首次運行編程器3時，通過編程器3作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器建立一個zigbee的網(wǎng)絡(luò)。建立網(wǎng)絡(luò)的過程包括掃描能量信道，選擇地址信息，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標識，初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等。網(wǎng)絡(luò)建成后，編程器掃描并捕捉信道上的設(shè)備的入網(wǎng)請求，給入網(wǎng)的設(shè)備分配網(wǎng)內(nèi)地址和網(wǎng)絡(luò)標識號。綁定設(shè)備端點之間和對象之間的邏輯連接，并不斷的維護和更新網(wǎng)絡(luò)端點綁定表。上電后，系統(tǒng)進行初始化，進行網(wǎng)絡(luò)的自啟動，然后不斷掃描端口等待外部請求。外部請求來了之后系統(tǒng)判斷請求類型。若為新節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò),則為其分配地址；若為節(jié)點數(shù)據(jù)請求，接受信息顯示在LCD上；如果是鍵盤的數(shù)據(jù)請求，則確定控制的參數(shù)，然后發(fā)送參數(shù)至節(jié)電器校正參數(shù)。編程器3的軟件工作流程圖如圖4所示。編程器3的硬件電路圖核心部分如圖5所示。下面結(jié)合硬件管腳的連接情況，詳細介紹該裝置。無線收發(fā)模塊用于和控制器進行通信，監(jiān)控控制器的各個參數(shù)。無線收發(fā)模塊的U4芯片與單片機采用簡單的4線SPI接口，最大通信范圍可達400米。將芯片U4與單片機之間通過SPI總線相連。將U4的串行I/O (SCK、SDI、SD0和CS)、RESET、WAKE和INT等引腳接到單片機相關(guān)的引腳上。鍵盤為4X4行列式鍵盤，包含數(shù)字鍵與功能鍵。列線通過電阻接正電源。先用列線發(fā)送掃描字，然后讀取行線的狀態(tài)，查看是否有按鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置，在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其他線為高電平，在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)，若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鍵。鍵盤鍵入命令，由液晶顯示模塊顯示。液晶顯示模塊選用IXD12864帶中文字符型液晶顯示屏，它自帶漢字字庫，通過查詢中文字庫表便能實現(xiàn)IXD的中文顯示，只用三個管腳就能完成通訊和控制。74LS245為三態(tài)輸出的8組總線收發(fā)器。A、B端為數(shù)據(jù)輸入/輸出口，OE端為三態(tài)允許端，T/R端控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，PSB端接高電平時為并行傳輸，接地時為串行傳輸，RS、R/W、E端分別為數(shù)據(jù)、讀寫、使能控制端。外部存儲模塊為了能夠及時存儲網(wǎng)絡(luò)地址等重要信息，并防止掉電丟失數(shù)據(jù)。設(shè)計中選擇了 24LC16作為編程器的數(shù)據(jù)庫，以存儲重要數(shù)據(jù)。U5與單片機通過SPI總線方式通信。只要校正好控制器的時鐘，輸入所在地區(qū)的經(jīng)度和緯度，控制器即可根據(jù)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的規(guī)律，自動計算出不同季節(jié)每天的日出日落時間，實現(xiàn)對路燈及相關(guān)設(shè)備的全自動開關(guān)控制。權(quán)利要求1.一種基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，包括LED燈和電源，其特征在于，還包含節(jié)電控制器和編程器兩部分，節(jié)電控制器和編程器之間通過無線通信，節(jié)電控制器安裝在LED燈與電源之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，其特征在于，所述節(jié)電控制器電路以單片機系統(tǒng)為核心，單片機系統(tǒng)周圍有外部存儲模塊、時鐘電路、無線收發(fā)模塊、LED脈寬調(diào)壓驅(qū)動電路，無線收發(fā)模塊接收編程器無線發(fā)射模塊的信號后，將信號送入單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)調(diào)用時鐘電路中的實時時間，單片機系統(tǒng)輸出控制信號到LED脈寬調(diào)壓驅(qū)動電路驅(qū)動LED燈，并將內(nèi)部信息送入外部存儲模塊存儲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘電路的內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過串行接口與單片機進行 >通信實時時鐘/日歷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，其特征在于，所述外部存儲模塊選擇了 24LC16作為節(jié)電控制器的數(shù)據(jù)庫，24LC16與單片機通過SPI總線方式通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，其特征在于，所述編程器以單片機系統(tǒng)模塊為核心，單片機系統(tǒng)模塊周圍有外部存儲模塊，鍵盤模塊，液晶顯示模塊和無線收發(fā)模塊，鍵盤模塊鍵入命令送單片機系統(tǒng)模塊，單片機系統(tǒng)模塊輸出信息通過液晶顯示模塊顯示，單片機系統(tǒng)模塊與無線收發(fā)模塊互通信息，無線收發(fā)模塊輸出信息到節(jié)電控制器，單片機系統(tǒng)模塊將內(nèi)部信息送入外部存儲模塊存儲。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，其特征在于，所述無線收發(fā)模塊的芯片與單片機系統(tǒng)模塊之間通過SPI總線相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，其特征在于，所述鍵盤模塊為行列式鍵盤，包含數(shù)字鍵與功能鍵，列線通過電阻接正電源；行線置為低電平，即列線與置為低電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鍵。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，其特征在于，所述液晶顯示模塊選用LCD12864帶中文字符型液晶顯示屏。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，其特征在于，所述外部存儲模塊選擇24LC16作為編程器的數(shù)據(jù)庫，與單片機通過SPI總線方式通信。
專利摘要本實用新型涉及一種基于zigbee技術(shù)的節(jié)能型太陽能LED燈具系統(tǒng)，包括LED燈，電源，節(jié)電控制器和編程器，節(jié)電控制器和編程器之間通過無線通信，節(jié)電控制器安裝在LED燈與電源之間。帶有編程口，便于非專業(yè)人員操作。設(shè)定好時間參數(shù)后控制器根據(jù)天文時鐘自動控制路燈的亮和滅，因此極大地降低了維護成本；由于控制器本身功耗低，如果設(shè)定的時間參數(shù)合適，節(jié)電效果將很明顯，有助于延長照明時間、改善燈具的總體性能。
文檔編號H05B37/02GK202475892SQ20122009150
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者付東翔, 劉麗莉 申請人:上海理工大學