CN102647830A - 基于ZigBee的照明控制装置、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZigBee的照明控制装置、系统和方法，装置包括电源模块、过零检测模块、ZigBee无线模块、状态检测模块和控制模块。所述装置可与无线主控终端配套组成所述照明控制系统，以无线方式实现对室内照明系统的控制。采用本发明的技术方案，克服了目前无线控制照明系统的不稳定、寿命短、电路连通的瞬间打火花、受电磁环境影响大等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及无线控制领域，尤其涉及一种基于ZigBee的照明控制装置、系统和方法。
背景技术
ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本的双向无线通信技术。ZigBee协议栈简单，实现相对容易，需要的系统资源也较少。ZigBee网路的整体成本比较低，非常适合有大量终端设备的网络。与蓝牙相比，ZigBee更简单，功率及费用也更低，能够比蓝牙更好的支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。特别是我们日常的灯光控制。
ZigBee支持星形、树形和网形拓扑。一个ZigBee网络最多包括有2种ZigBee网络节点，其中一种是主设备，其余则是从设备。若是透过网络节点则整体网络最多可达到65000个ZigBee网络节点，再加上各个网络节点可以互相连接，整体ZigBee网络节点数目将十分可观。
机械灯光控制面板因其机械特性决定了在日常使用中具备稳定、耐用、寿命长等优点，一直为用户使用的主流灯光控制产品。然而随着人民生活水平的提高，科技的日益发展，智能家居给人们带来了另外一种生活体验，便利的操作，远程控制等特性越来越多的受到人们的欢迎，然而它的电子特性也导致其存在不稳定、寿命短、受电磁环境影响等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于ZigBee的照明控制装置、系统和方法，能够克服目前无线控制照明系统的不稳定、寿命短、电路连通的瞬间打火花、受电磁环境影响大等缺点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于ZigBee的照明控制装置，包括电源模块、过零检测模块、ZigBee无线模块、状态检测模块和控制模块；
其中电源模块与过零检测模块、ZigBee无线模块和控制模块连接，ZigBee无线模块与过零检测模块、状态检测模块和控制模块连接；
所述电源模块，用于为过零检测模块、ZigBee无线模块和控制模块提供接入电源；
所述状态检测模块，用于判断照明系统的状态；
所述过零检测模块，用于判断交流电源的瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内；
所述ZigBee无线模块，用于通过无线方式接收控制信号，并通过有线方式发送操作信号至控制模块；
所述控制模块，用于根据接收的操作信号控制照明系统的开启和关闭。
所述过零检测模块包括第一整流电路、第一稳压光耦隔离电路和第一反向电路；输入的交流电通过第一整流电路整流为直流，再通过第一稳压光耦隔离电路去除噪声并向第一反向电路输出逻辑电平；当输入的交流电的瞬时电压处于预设的安全电压范围内时，向第一反向电路输出的逻辑电平为低电平，则第一反向电路向ZigBee无线模块输出高电平。
所述状态监测模块包括第二整流电路、第二稳压光耦隔离电路和第二反向电路；当照明系统开启时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为高电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出低电平；当照明系统关闭时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为低电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出高电平。
所述控制模块，包括三极管、电磁继电器和开关，当收到的操作信号为高电平时，三极管导通，电磁继电器通过磁效应将开关吸合，照明系统开启。
所述电源模块向过零检测模块提供220V正弦交流电；通过交流-直流转换电路将交流220V转换为直流5V并提供给控制模块；再通过直流-直流转换电路将直流5V转换为直流3.3V并提供给ZigBee无线模块。
一种基于ZigBee的照明控制系统，包括无线主控终端、照明控制装置，无线主控终端与照明控制装置通过ZigBee无线连接，所述照明控制装置包括电源模块、过零检测模块、ZigBee无线模块、状态检测模块和控制模块；
其中电源模块与过零检测模块、ZigBee无线模块和控制模块连接，ZigBee无线模块与过零检测模块、状态检测模块和控制模块连接；
所述电源模块，用于为过零检测模块、ZigBee无线模块和控制模块提供接入电源；
所述状态检测模块，用于判断照明系统的状态；
所述过零检测模块，用于判断交流电源的瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内；
所述ZigBee无线模块，用于通过无线方式接收无线主控终端发出的控制信号，并通过有线方式发送操作信号至控制模块；
所述控制模块，用于根据接收的操作信号控制照明系统的开启和关闭；
所述过零检测模块包括第一整流电路、第一稳压光耦隔离电路和第一反向电路；输入的交流电通过第一整流电路整流为直流，再通过第一稳压光耦隔离电路去除噪声并向第一反向电路输出逻辑电平；当输入的交流电的瞬时电压处于预设的安全电压范围内时，向第一反向电路输出的逻辑电平为低电平，则第一反向电路向ZigBee无线模块输出高电平；
所述状态监测模块包括第二整流电路、第二稳压光耦隔离电路和第二反向电路；当照明系统开启时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为高电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出低电平；当照明系统关闭时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为低电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出高电平。
一种基于ZigBee的照明控制方法，包括以下步骤：
A、接收无线主控终端的控制信号；
B、判断照明系统的状态与所述控制信号是否一致，若一致，则进入步骤C，否则进入步骤D；
C、向无线主控终端反馈照明系统的状态信息；
D、判断交流电源瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内，若处于，则进入步骤E，否则进入步骤F；
E、发送操作信号至控制模块；
F、延迟到交流电源瞬时电压沿正弦曲线变化至安全电压范围之内时，再发送操作信号至控制模块。
采用本发明的技术方案，克服了目前无线控制照明系统的不稳定、寿命短、电路连通的瞬间打火花、受电磁环境影响大等缺点。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的基于ZigBee的照明控制装置以及系统的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式中交流-直流转换电路的结构图。
图3是本发明具体实施方式中直流-直流转换电路的结构图。
图4是交流电源正弦曲线示意图。
图5是本发明具体实施方式中过零检测模块的电路结构图。
图6是本发明具体实施方式中状态检测模块的电路结构图。
图7是本发明具体实施方式中控制模块的电路结构图。
图8是本发明具体实施方式提供的基于ZigBee的照明控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明具体实施方式提供的基于ZigBee的照明控制装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括，电源模块101、过零检测模块102、ZigBee无线模块104、状态检测模块103和控制模块105；
其中电源模块101与过零检测模块102、ZigBee无线模块104和控制模块连接105，ZigBee无线模块104与过零检测模块102、状态检测模块103和控制模块连接105。
电源模块101包括交流-直流转换电路和直流-直流转换电路。所述电源模块101向过零检测模块102提供220V正弦交流电；通过交流-直流转换电路将交流220V转换为直流5V并提供给控制模块105；再通过直流-直流转换电路将直流5V转换为直流3.3V并提供给ZigBee无线模块104。
所述交流-直流转换电路如图2所示，通过AC-DC转换芯片将交流220V转换为直流5V，提供给控制模块105。
将交流-直流转换电路输出的直流5V，再通过如图3所示的直流-直流转换电路转换为直流3.3V，提供给ZigBee无线模块104，该电路中的DC-DC转换芯片301能够实现直流电压转换。
所述过零检测模块，用于判断交流电源的瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内。为了防止电路连通的瞬间打火花，对本装置和照明系统造成损害，我们利用交流电的正弦曲线特征对接入的交流电源进行过零检测。
如图4所示为交流电源的正弦波形图。所述过零检测的目的就是为了在交流电源的瞬时电压为零时(波形曲线到达0轴时)瞬时电压处于预设的安全电压范围之内时，再吸合控制模块105中连接照明系统的开关，到达保护本装置和照明系统的目的。所述预设的安全电压范围应控制在所述交流电源电压最大值的20％以内，即在本实施方式中应控制在-44V至+44V之间。
所述过零检测模块102如图5所示，包括由U2组成的第一整流电路、由电阻R9、R10、R11、二极管D2和光耦TPL2组成的第一稳压光耦隔离电路和由三极管Q3、电阻R7、R8和电容C13组成的第一反向电路。输入的交流电通过第一整流电路整流为直流，再通过第一稳压光耦隔离电路去除噪声并向第一反向电路输出逻辑电平。当输入的交流电的瞬时电压处于预设的安全电压范围内时，第一稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为低电平，则第一反向电路向ZigBee无线模块输出高电平，表示此时电源电压处于安全范围内，ZigBee无线模块104可以向控制模块105发出操作信号，吸合控制模块105中连接照明系统的开关。当输入的交流电的瞬时电压处于预设的安全电压范围之外时，第一稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为高电平，则第一反向电路向ZigBee无线模块104输出低电平，表示此时电源电压处于安全范围之外，此时ZigBee无线模块104不会向控制模块105发出操作信号，待交流电源电源依据其正弦曲线特征回到安全电压范围之内，第一反向电路向ZigBee无线模块输出高电平时，ZigBee无线模块104再向控制模块105发出操作信号。
所述状态检测模块103，用于判断照明系统的状态，并将照明系统的当前状态反馈至ZigBee无线模块104。
所述状态检测模块如图6所示，与过零检测模块102相似，它包括由U1组成的第二整流电路、由电阻R3、R4、R5、二极管D1、电容C1和光耦TPL1组成的第二稳压光耦隔离电路和由三极管Q1、电阻R1、R2和电容C12组成的第二反向电路。当照明系统处于开启状态时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为高电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出低电平，表示此时照明系统处于开启状态；当照明系统处于关闭状态时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为低电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出高电平，表示此时照明系统处于关闭状态。
所述ZigBee无线模块104，用于通过无线方式接收控制信号，并通过有线方式发送操作信号至控制模块。ZigBee无线模块104以无线方式接收来自无线主控终端的控制信号，根据状态检测模块103反馈的电平信号判断照明系统的工作状态。如果照明系统的工作状态与控制信号一致，则ZigBee无线模块104以无线方式向无线主控终端反馈照明系统的状态信息，如“已开启”、“已关闭”；否则ZigBee无线模块104继续根据过零检测模块102反馈的电平信号判断此时交流电源瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内，如果处于，则ZigBee无线模块104向控制模块105发出操作信号；否则，延迟到交流电源瞬时电压沿正弦曲线变化至预设的安全电压范围以内时，再向控制模块105发出操作信号。所述ZigBee无线模块104发出开启的操作信号时，向控制模块105输出高电平，发出关闭的操作信号时，向控制模块105输出低电平。
所述控制模块105，如图7所示，包括三极管Q2、电磁继电器Relay和开关K1。当收到的操作信号为高电平时，三极管Q2导通，电磁继电器通过电磁效应将开关K1吸合至K10，照明系统开启。当收到的操作信号为低电平时，三极管Q2截止，电磁继电器电磁效应消失，开关K1复位至K11，照明系统关闭。
本发明具体实施方式提供的基于ZigBee的照明控制装置，可与无线主控终端配套组成一种基于ZigBee的照明控制系统，用于以无线方式实现对照明系统开启与关闭的控制。所述无线主控终端用于向所述照明控制装置中的ZigBee无线模块发送控制信号。当照明系统的状态与所述控制信号相同时，ZigBee无线模块也会以无线的方式将照明系统的状态信息反馈至无线主控终端。所述无线主控终端可以是智能家居的主控机或者遥控器，以及带有无线遥控功能的手机等终端设备。
本发明具体实施方式还提供了一种基于ZigBee的照明控制方法，如图8所示，该方法包括：
步骤S801，照明控制装置的ZigBee无线模块接收无线主控终端的控制信号；
步骤S802，ZigBee无线模块根据状态检测模块反馈的电平信号判断照明系统的状态与所述控制信号是否一致，若一致，则进入步骤S803，否则进入步骤S804；
步骤S803，ZigBee无线模块向无线主控终端反馈照明系统的状态信息，如“已开启”、“已关闭”。
步骤S804，ZigBee无线模块根据过零检测模块反馈的电平信号判断交流电源瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内，若处于，则进入步骤S805，否则进入步骤S806；
步骤S805，ZigBee无线模块发送操作信号至控制模块；
步骤S806，延迟到交流电源瞬时电压沿正弦曲线变化至安全电压范围之内时，ZigBee无线模块再发送操作信号至控制模块。
采用本发明的技术方案，克服了目前无线控制照明系统的不稳定、寿命短、电路连通的瞬间打火花、受电磁环境影响大等缺点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于ZigBee的照明控制装置，其特征在于，包括电源模块、过零检测模块、ZigBee无线模块、状态检测模块和控制模块；
其中电源模块与过零检测模块、ZigBee无线模块和控制模块连接，ZigBee无线模块与过零检测模块、状态检测模块和控制模块连接；
所述电源模块，用于为过零检测模块、ZigBee无线模块和控制模块提供接入电源；
所述状态检测模块，用于判断照明系统的状态；
所述过零检测模块，用于判断交流电源的瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内；
所述ZigBee无线模块，用于通过无线方式接收控制信号，并通过有线方式发送操作信号至控制模块；
所述控制模块，用于根据接收的操作信号控制照明系统的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的照明控制装置，其特征在于，所述过零检测模块包括第一整流电路、第一稳压光耦隔离电路和第一反向电路；输入的交流电通过第一整流电路整流为直流，再通过第一稳压光耦隔离电路去除噪声并向第一反向电路输出逻辑电平；当输入的交流电的瞬时电压处于预设的安全电压范围内时，向第一反向电路输出的逻辑电平为低电平，则第一反向电路向ZigBee无线模块输出高电平。
3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的照明控制装置，其特征在于，所述状态监测模块包括第二整流电路、第二稳压光耦隔离电路和第二反向电路；当照明系统开启时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为高电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出低电平；当照明系统关闭时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为低电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出高电平。
4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的照明控制装置，其特征在于，所述控制模块，包括三极管、电磁继电器和开关，当收到的操作信号为高电平时，三极管导通，电磁继电器通过磁效应将开关吸合，照明系统开启。
5.根据权利要求4所述的基于ZigBee的照明控制装置，其特征在于，所述电源模块向过零检测模块提供220V正弦交流电；通过交流-直流转换电路将交流220V转换为直流5V并提供给控制模块；再通过直流-直流转换电路将直流5V转换为直流3.3V并提供给ZigBee无线模块。
6.一种基于ZigBee的照明控制系统，其特征在于，包括无线主控终端、照明控制装置，无线主控终端与照明控制装置通过ZigBee无线连接，所述照明控制装置包括电源模块、过零检测模块、ZigBee无线模块、状态检测模块和控制模块；
其中电源模块与过零检测模块、ZigBee无线模块和控制模块连接，ZigBee无线模块与过零检测模块、状态检测模块和控制模块连接；
所述电源模块，用于为过零检测模块、ZigBee无线模块和控制模块提供接入电源；
所述状态检测模块，用于判断照明系统的状态；
所述过零检测模块，用于判断交流电源的瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内；
所述ZigBee无线模块，用于通过无线方式接收无线主控终端发出的控制信号，并通过有线方式发送操作信号至控制模块；
所述控制模块，用于根据接收的操作信号控制照明系统的开启和关闭。
7.根据权利要求6所述的基于ZigBee的照明控制系统，其特征在于，所述过零检测模块包括第一整流电路、第一稳压光耦隔离电路和第一反向电路；输入的交流电通过第一整流电路整流为直流，再通过第一稳压光耦隔离电路去除噪声并向第一反向电路输出逻辑电平；当输入的交流电的瞬时电压处于预设的安全电压范围内时，向第一反向电路输出的逻辑电平为低电平，则第一反向电路向ZigBee无线模块输出高电平。
8.根据权利要求6或7所述的基于ZigBee的照明控制系统，其特征在于，所述状态监测模块包括第二整流电路、第二稳压光耦隔离电路和第二反向电路；当照明系统开启时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为高电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出低电平；当照明系统关闭时，第二稳压光耦隔离电路输出的逻辑电平为低电平，则第二反向电路向ZigBee无线模块输出高电平。
9.一种基于ZigBee的照明控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、接收无线主控终端的控制信号；
B、判断照明系统的状态与所述控制信号是否一致，若一致，则进入步骤C，否则进入步骤D；
C、向无线主控终端反馈照明系统的状态信息；
D、判断交流电源瞬时电压是否处于预设的安全电压范围内，若处于，则进入步骤E，否则进入步骤F；
E、发送操作信号至控制模块；
F、延迟到交流电源瞬时电压沿正弦曲线变化至安全电压范围之内时，再发送操作信号至控制模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GUAN XIAOKAI Free format text: FORMER OWNER: WUXI JILLION SMART ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20140115 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 214135 WUXI, JIANGSU PROVINCE TO: 514000 MEIZHOU, GUANGDONG PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140115 Address after: 514000 No. three, Lane 21, Gu Zhou road, Meijiang District, Guangdong, Meizhou Applicant after: Guan Xiaokai Address before: D602 room 530 building 214135 Jiangsu province Wuxi city Wuxi District Branch Park of University Science and Technology Park Qingyuan Road Applicant before: Wuxi Jillion Smart Electronic Technology Co., Ltd. |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: WUXI JIAJU INTELLIGENT TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: GUAN XIAOKAI Effective date: 20140609 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 514000 MEIZHOU, GUANGDONG PROVINCE TO: 214000 WUXI, JIANGSU PROVINCE |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140609 Address after: 214000, room 301-303, building A1, No. 999 High East Road, Binhu District, Wuxi, Jiangsu Applicant after: Wuxi Jia Ju Intelligent Technology Co., Ltd. Address before: 514000 No. three, Lane 21, Gu Zhou road, Meijiang District, Guangdong, Meizhou Applicant before: Guan Xiaokai |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160803 Termination date: 20170321 |