CN101925231A

CN101925231A - 智能照明能效跟踪控制管理装置

Info

Publication number: CN101925231A
Application number: CN2010102408055A
Authority: CN
Inventors: 李钢; 李鹏; 金雷飞; 曾毅容; 李金洲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2010-12-22

Abstract

本发明公开了一种智能照明能效跟踪控制管理装置。它解决了目前照明节电系统功能单一，应用能效低，缺乏管理功能，智能化程度低等问题，具有结构简单，使用方便，技术与管理节能相结合，运行效率高、节电率及智能化程度高等优点。其结构为：它包括CPU控制模块、I/O控制模块、照度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、无线、远程监控模块、通信模块、电源模块、液晶显示屏及键盘组成；其中I/O控制模块、照度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、无线远程监控模块、通信模块、电源模块、液晶显示屏及键盘均与CPU控制模块连接；同时，I/O控制模块、照度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、无线远程监控模块、通信模块、液晶显示屏及键盘还与电源模块连接。

Description

智能照明能效跟踪控制管理装置

技术领域

本发明涉及一种适用于对室内外照明进行能效监控管理的智能照明能效跟踪控制管理装置。

背景技术

对于公共建筑通常采用楼宇自控系统来监视照明，但也只能实现简单的区域照明和定时开关控制功能，无法实现调光、场景控制与运行效率的跟踪控制，同时缺乏运行数据的统计、分析、管理功能。而对于户外照明系统大多数还是采用定时加人工混合控制；但由于地球的公转，阴雨、大雾天气等气候条件都会产生变化。导致使用管理部门要设专职人员对时控进行修正；对光照度进行人工控制；对运行能耗进行人工统计。对于户外照明同样缺乏智能化的运行能效跟踪控制与运行的统计管理功能。

未来的照明系统将会是很容易适应用户需求变化并具有完全集成功能的系统，而不是用一批独立器件的组合系统。而真正的综合智能照明系统，不仅要控制照明光源的发光时间、亮度来配合不同的应用场合做出相应的灯光场景，还要考虑到运行效率、运行成本、统计管理的智能化、操作的简单化及灵活适应未来照明布局和控制方式变更等要求。

发明内容

本发明本的目的就是为了解决目前照明系统功能单一，应用能效低，缺乏管理功能，智能化程度低等问题，具有结构简单，使用方便，技术与管理节能相结合，运行效率高、节电率及智能化程度的智能照明能效跟踪控制管理装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种智能照明能效跟踪控制管理装置，它包括CPU控制模块、I/O控制模块、照度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、无线远程监控模块、通信模块、电源模块、液晶显示屏及键盘组成；其中I/O控制模块、照度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、无线远程监控模块、通信模块、电源模块、液晶显示屏及键盘均与CPU控制模块连接；同时，I/O控制模块、照度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、无线远程监控模块、通信模块、液晶显示屏及键盘还与电源模块连接，来完成对室内外照明进行智能控制并监控各个回路的电压和电流及中央监控管理统计功能。

所述CPU控制模块包括CPU I和CPU II，两者分别通过485总线与通信网络连接，同时两者间通过SPI总线通信。

CPU控制模块采用多块CPU并行工作，提高了系统的运算数度，各个CPU相互监控工作也增强了系统的稳定性。各个CPU都采用高集成度、高速工业级的微处理器，内置多种存储器、多种串行通信协议、10位ADC、外部中断，CPU操作频率高达16MHz，16位定时器，低功耗、抗干扰能力强，故能很好的满足系统的设计需要。外围电路扩展了LCD控制器、键盘接口及GPRS通信模块等控制功能模块，并采用集成化电路设计，大大简化系统的设计和提高系统的稳定性。控制器扩展了高精度实时时钟日历模块，通过内置的经纬度时间计算控制软件与光照度检测，可实现对多路光源自动进行经纬度时间控制与照度控制。远程的上级监控中心通过GPRS实时与控制管理装置通信，实时访问读取各控制环节运行数据，实现远程数据统计分析和修改各类参数、开关灯控制方案、场景控制方案、状态数据及处理报警信息等。

所述电源模块包括依次串接的高抗电强度隔离变压器、整流模块、滤波模块、稳压模块和控制器电压电路；高抗电强度隔离变压器与电网连接，输入220v交流电，控制器电压电路。输出5V、12V、24V直流电源，高抗电强度电源隔离器可以将输入和输出电源相隔离，滤波模块对电源稳波进行过滤，屏蔽了电网噪声。稳压模块把电压稳定在我们所需要的数值上，可以有效抵制电网的波动。

所述的I/O模块，提供了多个通用的I/O口，方便对多路照明灯进行控制。控制器通过驱动继电器来对多路照明灯进行控制的。为了增强系统的抗干扰性，输入输出都采用光电隔离和电源隔离，提高了系统的可靠性。

所述照度检测模块包括依次连接的硅兰光伏探测器、照度滤波电路、照度放大电路、照度信号调理电路。通过检测环境亮度参数提供给控制器进行自动控制，也可通过此参数判断光源的好坏。采用高灵敏度的硅兰光伏探测器，通过硅兰光敏管把光强转化为电能并进行信号调理后送入内部集成的A/D转换器进行采集，CPU模块通过算法还原成亮度来进行自动控制。

所述电压检测模块包括依次连接的电压互感器、电压精密整流电路、电压放大滤波电路和电压信号调理电路。通过对系统的工作电源进行监测，交流信号经过隔离电路和信号调理电路后直接送入微处理器内部集成的A/D转换器来完成电流参数的采集，控制器通过内嵌软件把转换值的转换成实际电压。

所述电流检测模块包括依次连接的电流互感器、电流精密整流电路、电流放大滤波电路和电流信号调理电路。该模块主要是对光源的工作状态进行不断的监测，交流电流信号经过互感器、精密整流电路，信号调理后直接送入微处理器内部集成的A/D转换器来完成对电流参数的采集和变换。

所述通信模块包括232通信模块和485通信模块，它们与独立的电源、光电隔离、电平转换和通信协议芯片连接，完成通信；采用独立电源供电提高通信质量，减小了误码率；采用光电隔离，避免外界干扰影响CPU，提高本系统的稳定性；通信协议芯片完成最后的数据信息传送与接受。

所述无线远程监控模块包括CPU模块，它与串口模块、看门狗模块、数据存储器(906)、GPRS模块双向通信，并与电源模块连接；GPRS模块则与SIM卡双向通信，其输出端与天线连接，同时GPRS模块还与另一个电源模块连接。系统的CPU模块采用嵌入式网络控制模块，它是以RDC R8822型嵌入式微处理器为核心的单板计算机模块，模块自带插针，可方便地插在用户的应用电路板上，构成一个完整的应用系统；GPRS模块采用高性能工业级GSM/GPRS双频模块TC351，拥有功能完备的系统接口和高稳定性。

所述的智能照明能效跟踪控制管理装置，采用了液晶显示模块及键盘，提供了友好的人机交互能力。液晶显示模块可显示汉字和西文字符，显示内容系统参数、运行状态及运行方案等；薄膜键盘可对控制器进行各类参数设置，也能现场查询系统运行信息。

本发明有多路智能开关控制功能、回路开关监控及电能参数采集功能，既可独立运行也能联网运行，在联网运行方式下，通过GSM/GPRS或无线数传电台等把数据传到监控中心，监控中心可实时与智能集中控制器联系，可实时远程读取或修改各类参数、开关灯控制方案、运行控制数据、状态数据及各类报警信息等。

本发明的智能照明能效跟踪控制管理装置，可独立使用，也可联网使用，可取代现有的照明控制器、时钟控制器、光控制器、无线传输模块使用，因而特别适合于大型公共建筑、电子工厂、院校、住宅小区、户外广告、路灯等智能化集中控制与运行统计管理。

所述的智能照明能效跟踪控制管理装置的控制功能如下：

1.室外控制时，据当地经纬度每天自动计算日出日落时间，自动动态调整标准开关灯时间，实现开关灯时间自动跟踪季节日变化。

2.可预存三套输出回路常规控制方案(分别对应平时、周未、节日，优先级可设定)和两套临时方案(分别对应某日临时方案和临时时间，临时时间可实现任意指定时刻或立即开关灯)，设定后可自动切换运行。

3.具有光照度自动控制能，通过光电探头，可实时采集光照数据，并可在天气变化时根据光照度自动开关灯。

4.电压、电流模拟量采集功能。

5.根据采集电压电流数据，可对输入输出回路的短路、欠压、过载起保护作用。

6.多路光隔离开关量输入输出，用于开关检测与控制。

7.具有数字远程抄表接口，可挂接8块具有485接口功能的数字电量表，抄表指令(协议)可设定，以适应不同协议标准的电量表。

8.具有远程遥控功能，内置远程联网通讯接口，方便联网集中控制。

9.每个控制器可设定专用ID地址号。

10.具有路灯线路断路(被盗)及时报警通讯接口。

11.现场任意设定修改各个参数功能和密码功能(无密码不能修改参数)，计算机直接电缆参数设置功能：将控制器与计算机用电缆直接连接，通过附带的实用工具软件，可实现控制器参数的快速设置、数据查询和控制功能。

12.采用断电数据保存机制，各种设置及运行参数均可断电保存，恢复供电后控制器可自动继续正确运行。

13.内置看门狗程序，永不死机。

14.抗干扰能力强，能抵御从电网直接输入幅值达2000伏的干扰脉冲。

15.接收主站(监控中心)读写数据功能：可接收主站读写命令，实现对各种参数、数据的读写、控制与远程维护。

16.LCD液晶显示屏可显示如下内容：

时间(年月日周时分秒)

各类开关灯的时间设定值

运行方案显示

运行状态显示

当前及下一执行时间显示

各路采集的交流电压和电流的瞬时值

光照数据瞬时值显示

输入开关量状态显示

输出开关量状态显示

RTU各种参数的显示

RTU各种信息显示

17.薄膜键盘按键输入功能：

密码输入功能

参数输入、修改功能

参数、数据查询功能

开关灯控制及有关测试功能

本发明的有益效果是：结构简单，成本较低，自动化程度高。

附图说明

图1是智能照明控制器的系统结构图；

图2是系统安装示意图；

图3是CPU结构图；

图4是电源模块的结构图；

图5是照度检测模块的结构图；

图6是电压检测模块的结构图；

图7是电流检测模块的结构图；

图8是无线远程监控模块结构图。

其中，1.CPU控制模块，101.通信网络，2.电源模块，201.高抗电强度隔离变压器，202.整流模块，203.滤波模块，204.稳压模块，205.控制器电压电路，3.I/O控制模块，4.照度检测模块，401.硅兰光伏探测器，402.照度滤波电路，403.照度放大电路，404.照度信号调理电路，5.电压检测模块，501.电压互感器，502.电压精密整流电路，503.电压放大滤波电路，504.电压信号调理电路，6.电流检测模块，601.电流互感器，602.电流精密整流电路，603.电流放大滤波电路，604.电流信号调理电路，7.液晶显示及键盘，8.通信模块，9.无线远程监控模块，901.CPU模块，902.GPRS模块，903.串口模块，904.看门狗模块，905.电源模块，906.数据存储器，907.SIM卡，908.天线。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明包括CPU控制模块1、I/O控制模块3、照度检测模块4、电压检测模块5、电流检测模块6、无线远程监控模块9、通信模块8、电源模块2、液晶显示屏及键盘7组成；其中I/O控制模块3、照度检测模块4、电压检测模块5、电流检测模块6、无线远程监控模块9、通信模块8、电源模块2、液晶显示屏及键盘7均与CPU控制模块1连接；同时，I/O控制模块3、照度检测模块4、电压检测模块5、电流检测模块6、无线远程监控模块9、通信模块8、液晶显示屏及键盘7还与电源模块2连接。

在安装过程如图2所示，智能照明能效跟踪控制管理装置接触器控制单元分别控制需要控制的路灯支路。控制器和接触器单元都有电网进行电源提供。控制器采集各个支路的电压电流信号以便进行对各个支路进行监控。通过通信网络与外界进行通信。

图3中，CPU控制模块1包括CPU I和CPU II，两者分别通过485总线与通信网络101连接，同时两者间通过SPI总线通信。

该CPU控制模块1采用2块ATMEL公司的MEGA128微处理器。其采用高性能的AVR内核，基于RISC精简指令集的微处理器，具有16位总线宽度，运算速度达到16MIPS并带有硬件乘法器，可在单周期完成乘法运算，内置4KB的SRAM，128KB Flash存储器和4KB的EEPROM。同时通过片内Boot装载程序可实现ISP在系统编程和在线升级编程功能。MEGA128的具有64引脚封装、极低的功耗、四个高性能硬件定时器、8路10位ADC最高分辨率时采样率高达15kSPS、2个标准的串口、以及多达9个外部中断使它们能很好的满足系统的设计需要。外围电路扩展了LCD控制器、键盘接口及GPRS通信模块等控制功能模块，采用集成化电路设计，大大简化系统的设计和提高系统的稳定性。控制器扩展了高精度实时时钟日历模块，通过内置的经纬度时间计算控制软件，可实现对多路光源自动进行经纬度时间控制。

CPU核心采用2块CPU进行并行工作，通过SPI通信协议进行通信互相监控对方进行正常工作。采用这种结构既能提高系统的运算速度和增强系统的稳定性，也可进行扩展更多的CPU方便以后的升级。CPU1主要负责对时钟模块，电压检测，液晶键盘的控制。CPU2主要对I/O模块，无线模块，电流检测等模块进行控制。

图4中，电源模块2包括依次串接的高抗电强度隔离变压器201、整流模块202、滤波模块203、稳压模块204和控制器电压电路205；高抗电强度隔离变压器201与电网连接，输入220v交流电。该模块输入220V交流电源，输出5V、12V、24V直流电源。电源电路采用了高抗电强度隔离变压器、整流模块、滤波模块和稳压模块，同时通过电源隔离器将输入和输出电源相隔离和滤波模块对电源稳波进行过滤，屏蔽了电源噪声。

图5中，照度检测模块4包括依次连接的硅兰光伏探测器401、照度滤波电路402、照度放大电路403、照度信号调理电路404。照度检测模块4通过检测环境亮度参数提供给控制器进行自动控制，也可通过此参数判断光源的好坏。采用高灵敏度的硅兰光伏探测器，通过光伏效应转化为电能并进行信号调理后送入内部集成的A/D转换器进行采集。

图6中，电压检测模块5包括依次连接的电压互感器501、电压精密整流电路502、电压放大滤波电路503和电压信号调理电路504。电压检测模块5主要是对光源的工作状态进行不断的监测，交流电流信号经过互感器、精密整流电路，信号调理后直接送入微处理器内部集成的A/D转换器来完成对电流参数的采集和变换。

图7中，电流检测模块6包括依次连接的电流互感器601、电流精密整流电路602、电流放大滤波电路603和电流信号调理电路604。电流检测模块6主要是对光源的工作状态进行不断的监测，交流电流信号经过互感器、精密整流电路，信号调理后直接送入微处理器内部集成的A/D转换器来完成对电流参数的采集和变换。

图8中，无线远程监控模块9包括CPU模块901，它与串口模块903、看门狗模块904、数据存储器906、GPRS模块902双向通信，并与电源模块905连接；GPRS模块902则与SIM卡907双向通信，其输出端与天线908连接，同时GPRS模块902还与另一个电源模块905连接。系统的CPU模块采用嵌入式网络控制模块，它是以RDC R8822型嵌入式微处理器为核心的单板计算机模块，模块自带插针，可方便地插在用户的应用电路板上，构成一个完整的应用系统；GPRS模块采用高性能工业级GSM/GPRS双频模块TC35I，拥有功能完备的系统接口和高稳定性。

通信模块8包括232通信模块和485通信模块，它们与独立的电源、光电隔离、电平转换和通信协议芯片连接，完成通信；采用独立电源供电提高通信质量，减小了误码率；采用光电隔离，避免外界干扰影响CPU，提高本系统的稳定性；通信协议芯片完成最后的数据信息传送与接受。

I/O控制模块，提供了56个通用的I/O口，通过光电隔离模块驱动继电器来对照明灯进行控制的。为了增强系统的抗干扰性，输入输出采用电源隔离，提高了系统的可靠性。I/O带有扩展能力，方便以后的升级了和现场应用。

控制器采用了液晶显示模块及薄膜键盘，提供了友好的人机交互能力。液晶显示模块可显示汉字和西文字符，显示内容包括系统参数、运行状态及运行方案等；薄膜键盘可对控制器进行各类参数设置，也能现场查询系统运行信息。

Claims

1.一种智能照明能效跟踪控制管理装置，其特征在于：它包括CPU控制模块(1)、I/O控制模块(3)、照度检测模块(4)、电压检测模块(5)、电流检测模块(6)、无线远程监控模块(9)、通信模块(8)、电源模块(2)、液晶显示屏及键盘(7)组成；其中I/O控制模块(3)、照度检测模块(4)、电压检测模块(5)、电流检测模块(6)、无线远程监控模块(9)、通信模块(8)、电源模块(2)、液晶显示屏及键盘(7)均与CPU控制模块(1)连接；同时，I/O控制模块(3)、照度检测模块(4)、电压检测模块(5)、电流检测模块(6)、无线远程监控模块(9)、通信模块(8)、液晶显示屏及键盘(7)还与电源模块(2)连接。

2.根据权利要求1所述的智能照明能效跟踪控制管理装置，其特征在于：所述CPU控制模块(1)包括CPU I和CPU II，两者分别通过485总线与通信网络(101)连接，同时两者间通过SPI总线通信。

3.根据权利要求1所述的智能照明能效跟踪控制管理装置，其特征在于：所述电源模块(2)包括依次串接的高抗电强度隔离变压器(201)、整流模块(202)、滤波模块(203)、稳压模块(204)和控制器电压电路(205)；高抗电强度隔离变压器(201)与电网连接，输入220v交流电。

4.根据权利要求1所述的智能照明能效跟踪控制管理机，其特征在于：所述照度检测模块(4)包括依次连接的硅兰光伏探测器(401)、照度滤波电路(402)、照度放大电路(403)、照度信号调理电路(404)。

5.根据权利要求1所述的智能照明能效跟踪控制管理装置，其特征在于：所述电压检测模块(5)包括依次连接的电压互感器(501)、电压精密整流电路(502)、电压放大滤波电路(503)和电压信号调理电路(504)。

6.根据权利要求1所述的智能照明能效跟踪控制管理装置，其特征在于：所述电流检测模块(6)包括依次连接的电流互感器(601)、电流精密整流电路(602)、电流放大滤波电路(603)和电流信号调理电路(604)。

7.根据权利要求1所述的智能照明能效跟踪控制管理装置，其特征在于：所述通信模块(8)包括232通信模块和485通信模块，它们与独立的电源、光电隔离、电平转换和通信协议芯片连接，完成通信；采用独立电源供电提高通信质量，减小了误码率；采用光电隔离，避免外界干扰影响CPU，提高本系统的稳定性；通信协议芯片完成最后的数据信息传送与接受。

8.根据权利要求1所述的智能照明能效跟踪控制管理装置，其特征在于：所述无线远程监控模块(9)包括CPU模块(901)，它与串口模块(903)、看门狗模块(904)、数据存储器(906)、GPRS模块(902)双向通信，并与电源模块(905)连接；GPRS模块(902)则与SIM卡(907)双向通信，其输出端与天线(908)连接，同时GPRS模块(902)还与另一个电源模块(905)连接。