CN103906322A - Led网灯中继增强控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种LED网灯中继增强控制系统，包括LED驱动模块及LED无线个域网模块；所述LED无线个域网模块包括中央协调器模块、路由节点、终端节点及无线通讯模块，所述LED驱动模块及所述无线通讯模块安装于LED中。上述LED网灯中继增强控制系统将多个包含无线通讯模块的LED结合起来构成Mesh物联网。使得LED内的无线通讯模块能够与中央协调器模块、路由节点、终端节点进行信号交互，提高路由节点、终端节点的信号强度。而LED又受中央协调器模块的控制，从而改变自身的发光颜色及亮度。因此上述LED网灯中继增强控制系统不仅能够控制LED的发光颜色，还能够通过LED之间组成的Mesh自组网增强路由节点及终端节点的信号强度。
Description
技术领域
本发明涉及中继增强控制系统，特别是涉及一种无线LED网灯中继增强控制系统。
背景技术
无线保真与蓝牙技术一样，同属于短距离无线技术，是一种网络传输标准。在日常生活中，它早已得到普遍应用，并给人们带来极大的方便。在室内使用Wi-Fi时，如果设备与路由器之间墙壁阻隔，信号会严重衰减，影响使用效果。同时，LED的无线控制也可通过Wi-Fi来实现，因此，若Wi-Fi的信号不够强的时候，LED的无线控制会失效。
发明内容
基于此，有必要提供一种无线LED网灯中继增强控制系统。
一种LED网灯中继增强控制系统，包括LED驱动模块及LED无线个域网模块；所述LED无线个域网模块包括中央协调器模块、路由节点、终端节点及无线通讯模块，所述LED驱动模块及所述无线通讯模块安装于LED中；
所述LED通过所述LED无线个域网模块形成Mesh自组网；
所述LED驱动模块用于驱动LED改变发光颜色及亮度；所述无线通讯模块用于接收所述中央协调器模块的控制信号；
所述中央协调器模块分别连接多个路由节点，所述路由节点分别对应连接终端节点，所述路由节点之间相互通信，所述路由节点还与对应连接的终端节点通信，所述终端节点分别控制单个LED或多个LED；
所述中央协调器模块还用于接收外部控制设备的控制信号，所述控制信号用于控制对应的LED的发光颜色及亮度，所述中央协调器模块将接收的控制信号通过所述路由节点及所述终端节点发送给对应的LED；
所述无线通讯模块用于接收经由所述中央协调器模块处理后的控制信号；
所述无线通讯模块与所述LED驱动模块连接，所述LED驱动模块根据接收的信号控制LED发光颜色及亮度；
其中，所述中央协调器模块接收外部控制设备的控制信号后，读取所述控制信号并解析控制信号，然后将控制信号通过所述路由节点及所述终端节点发送给对应的LED，LED中的无线通讯模块接收控制信号后传输给所述LED驱动模块，从而所述LED驱动模块控制LED的发光颜色及亮度。
在其中一个实施例中，所述LED通过所述LED无线个域网模块形成的Mesh自组网采用Mesh网络蚁群路由算法。
在其中一个实施例中，还包括与所述中央协调器模块连接的Wi-Fi发射模块，所述Wi-Fi发射模块用于向LED发送所述中央协调器模块处理过的控制信号。
在其中一个实施例中，还包括与所述中央协调器模块连接的Mesh发射模块，所述Mesh发射模块用于向LED发送所述中央协调器模块处理过的控制信号。
在其中一个实施例中，还包括与所述中央协调器模块连接的存储模块，所述存储模块用于存储所述中央协调器模块的缓存信号。
在其中一个实施例中，所述路由节点还与无线中继器相互通信。
在其中一个实施例中，所述无线通讯模块包括Zigbee模块，所述Zigbee模块用于接收所述中央协调器模块发送的控制信号，并将接收的控制信号传输给所述LED驱动模块。
在其中一个实施例中，所述Zigbee模块采用非平衡天线连接非平衡变压器完成数据的发送与接收。
在其中一个实施例中，所述Zigbee模块采用内部偏置电阻，所述内部偏置电阻用于为晶振提供工作电流。
上述LED网灯中继增强控制系统将多个包含无线通讯模块的LED结合起来构成Mesh物联网。使得LED内的无线通讯模块能够与中央协调器模块、路由节点、终端节点进行信号交互，提高路由节点、终端节点的信号强度。而LED又受中央协调器模块的控制，从而改变自身的发光颜色及亮度。因此上述LED网灯中继增强控制系统不仅能够控制LED的发光颜色，还能够通过LED之间组成的Mesh自组网增强路由节点及终端节点的信号强度。
附图说明
图1为LED网灯中继增强控制系统的模块图；
图2（a）为Zigbee模块的部分电路原理图；
图2（b）为Zigbee模块的部分电路原理图；
图2（c）为Zigbee模块的部分电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，为LED网灯中继增强控制系统的模块图。
一种LED网灯中继增强控制系统，包括LED驱动模块201及LED无线个域网模块（图未示）；所述LED无线个域网模块（图未示）包括中央协调器模块101、路由节点102、终端节点103及无线通讯模块104，所述LED驱动模块201及所述无线通讯模块104安装于LED中。
所述LED通过所述LED无线个域网模块（图未示）形成Mesh自组网。
所述LED驱动模块201用于驱动LED改变发光颜色及亮度；所述无线通讯模块104用于接收所述中央协调器模块101的控制信号。
所述中央协调器模块101分别连接多个路由节点102，所述路由节点102分别对应连接终端节点103，所述路由节点102之间相互通信，所述路由节点102还与对应连接的终端节点103通信，所述终端节点103分别控制单个LED或多个LED。
所述中央协调器模块101还用于接收外部控制设备的控制信号，所述控制信号用于控制对应的LED的发光颜色及亮度，所述中央协调器模块101将接收的控制信号通过所述路由节点102及所述终端节点103发送给对应的LED。
所述无线通讯模块104用于接收经由所述中央协调器模块101处理后的控制信号。
所述无线通讯模块104与所述LED驱动模块201连接，所述LED驱动模块201根据接收的信号控制LED发光颜色及亮度。
其中，所述中央协调器模块101接收外部控制设备的控制信号后，读取所述控制信号并解析控制信号，然后将控制信号通过所述路由节点102及所述终端节点103发送给对应的LED，LED中的无线通讯模块104接收控制信号后传输给所述LED驱动模块201，从而所述LED驱动模块201控制LED的发光颜色及亮度。
LED通过所述LED无线个域网模块形成的Mesh自组网采用Mesh网络蚁群路由算法。
Mesh网络蚁群路由算法具体如下：
（1）灯具数据初始化。令时间t=0,NC=0，设置NCmax,τij(t)＝const,const为常数，Δτij(0)＝0。
（2）循环次数NC←NC+1.
（3）蚁群的禁忌表索引号k＝1。
（4）蚁群的数目k←k+1。
（5）蚁群个体根据状态转移概率式1所计算的概率选择元素j并前进，j∈{C-tabuk}。
（6）修改禁忌表指针，即选择好之后将蚂蚁移动到新的元素，并把该元素移动到蚂蚁个体的禁忌表中。
（7）若集合C中元素未遍历完，k<m,则跳转到第4步，否则执行第8步。
（8）根据式2和式3更新每条路径上信息量。
（9）若满足结束条件，则循环结束并输出程序计算结果，否则清空禁忌表并跳转到第2步。
LED网灯中继增强控制系统还包括与所述中央协调器模块101连接的Wi-Fi发射模块105，所述Wi-Fi发射模块105用于向LED发送所述中央协调器模块101处理过的控制信号。
LED网灯中继增强控制系统还包括与所述中央协调器模块101连接的Mesh发射模块106，所述Mesh发射模块106用于向LED发送所述中央协调器模块101处理过的控制信号。
LED网灯中继增强控制系统中每个终端节点103或路由节点102分别控制一盏灯或多盏灯，每个路由节点及终端节点会有单独的网络地址，手持控制终端通过自身无线模块发送命令到中央协调器模块101，中央协调器模块101将收到的命令通过无线传输发送到各个节点。在网络上，ZigBee定义了3种角色：第一个是中央协调器（Coordinator），负责建立网络，以及分配网络各个节点地置；第二个是路由器（Router），主要负责查找网络、建立以及修复数据的路由路径，并负责转送数据，路由器可以与协调器通信，也可以与终端节点进行通信，路由之间也可以进行通信；第三个是终端节点（FFD）只能选择加入已经形成的网络，可以与路由器进行收发数据信息，但不能转发信息。
LED网灯中继增强控制系统还包括与所述中央协调器模块101连接的存储模块107，所述存储模块107用于存储所述中央协调器模块101的缓存信号。
路由节点102还与无线中继器相互通信。
无线中继器可有效连接物联Internet通信网关和超出物联Internet通信网关有效控制区域的其它ZigBee网络设备的灯具上，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。它无需接入网线，自行中继组网，扩散网络信号，组建庞大的树形网络，实现网络的灵活顺畅运行，保障使用效果。能有效覆盖室内50-100米,室外200-300米的长距离传输。
无线通讯模块104包括Zigbee模块，所述Zigbee模块用于接收所述中央协调器模块101发送的控制信号，并将接收的控制信号传输给所述LED驱动模块201。
Zigbee模块采用非平衡天线连接非平衡变压器完成数据的发送与接收。
Zigbee模块采用内部偏置电阻，所述内部偏置电阻用于为晶振提供工作电流。
跳频算法是Zigbee独特的性能，是灯具间自组网实现的，Wi-Fi只有中继功能的，实现长距离的传输或穿墙用。
基于Zigbee定义了三种设备类型：1)Zigbee协调器（Zigbee Coordinator，ZC），用于初始化网络信息，每个网络只有一个ZC。
2)Zigbee路由器（Zigbee Router，ZR），起监视或控制作用，也用跳频方式传递信息的路由器或中继器。
3)Zigbee终端设备（Zigbee End Device，ZED），只有监视或控制功能，可以与路由器进行收发数据信息，不能做路由或中继之用.
在LED灯具中增加Zigbee模块、利用Zigbee路由器（Zigbee Router，ZR）独特的跳频方式传递，然后同中央协调器、
终端节点进行数据交互后在传递给具备中继功能的Wi-Fi信息的路由器,利用Wi-Fi的中继器来实现长距离（实现覆盖室内50-100米，室外200-300米的长距离传输）传输，有效解决信号穿墙性差而引起信号的衰减或长距离的信号衰减。从而使得Wi-Fi信号增强。
如图2（a）-（c）所示，为Zigbee模块的电路原理图。
如图2（a）所示，Zigbee模块包括：芯片CPU Core、电容C19，电容C21、电容C52、电容C53、电容C48、电容C54、电容C55、电容C57、电容C58及晶振XTAL-1。电容C48一端接芯片CPU Core的loop-c端，另一端接地。芯片CPU Core的VDD-vco端接3V电源，电容C53一端接3V电源，另一端接地。芯片CPU Core的VDD-CP端接3V电源，电容C52一端接3V电源，另一端接地。芯片CPU Core的VDD-PLL端接3V电源，电容C19一端接3V电源，另一端接地。芯片CPU Core的VDD-A端及VDD-BG端均接3V电源，电容C55、电容C57及电容C58的一端均接3V电源，另一端均接地。晶振XTAL-1的两源极分别接芯片CPU Core的XTAL-P端及XTAL-P端。晶振XTAL-1的两接地端接地。电容C21的一端接芯片CPU Core的XTAL-P端，另一端接地。电容C54的一端接芯片CPU Core的XTAL-N端，另一端接地。
如图2（b）所示，Zigbee模块还包括天线A1、电容L1，电感L2、、电感L3、电感L4、电感L5、高频插入接口RFIN-1、电容C7、电容C8、电容C38、电容C37、电容C39、电容C40、电容C43、电容C44及电容C45。
天线A1的一端接电感L1与电容C7的公共连接点，电容C7的另一端接地。电感L1的另一端接电容C38，电感L2的一端接电感L1与电容C38的公共连接点。电感L2的另一端接地。高频插入接口RFIN-1的一端接地，另一端接电容C38与电容C43的公共连接点。电感L3一端接电容C38与电容C43的公共连接点，另一端接芯片CPU Core的RF-N端。电容C37的一端接地，另一端接芯片CPU Core的RF-N端。电容C43一端接电容C38另一端接芯片CPU Core的RF-P端。电感L4两端分别接芯片CPU Core的RF-P端及XF-N端。电感L5一端接芯片CPU Core的RF-P端，另一端接3V电源。电容C39一端接地，另一端接3V电源。电容C40一端接地，另一端接3V电源。电容C44及电容C45一端接地，另一端均接3V电源。
如图2（c）所示，Zigbee模块还包括芯片U3、电阻R1、电容C4、电容C50、电容C34、晶振Y2、电阻R5、电阻R3及电阻R4。
电阻R3一端接芯片CPU Core的SPI/I2C端，另一端接3.3V电源。电阻R4一端接芯片CPU Core的SPI/I2C端，另一端接地。晶振Y2的两端分别接芯片CPU Core的XTAL32-P端及XTAL32-N端。电阻R5与晶振Y2并联。电容C50一端接CPU Core的XTAL32-P端，另一端接地。电容C34一端接CPU Core的XTAL32-N端，另一端接地。
芯片U3的型号为7904。芯片U3的A端输入MPU CLK信号，电源VCC端接3V电源，电容C4一端接3V电源，另一端接地。电阻R1一端接芯片U3的Y端，另一端接CPU Core的XTAL32-P端。
上述CPU是完全符合802.15.14/Zigbee技术的射频系统单芯片。适用于各种ZigBee或类似ZigBee的无线网络节点，包括调谐器、路由器和终端设备。其具低耗电、网络节点多、传输距离远等优势，硬件支持CSMA/CA功能；数字化的RSSI/LQI支持。
CPU Core电路原理：
CPU Core电路才用非平衡天线，连接非平衡变压器的装置来完成数据的发送接收，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻（50Ω）的要求。内部T/R交换电路完成LNA和PA之间的交换。CPU Core采用内部偏置电阻，此电阻主要用来为32MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用1个32MHz的石英谐振器（XTAL1）和2个电容（C50和C34）构成一个32MHz的晶振电路。用1个32.768kHz的石英谐振器（XTAL2）和2个电容（C43和C38、C7）构成一个32.768kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1.8V电压的引脚和内部电源供电，C44和C45电容是去耦合电容，用来电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。
上述LED网灯中继增强控制系统将多个包含无线通讯模块104的LED结合起来构成Mesh物联网。使得LED内的无线通讯模块104能够与中央协调器模块101、路由节点102、终端节点103进行信号交互，提高路由节点102、终端节点103的信号强度。而LED又受中央协调器模块101的控制，从而改变自身的发光颜色及亮度。因此上述LED网灯中继增强控制系统不仅能够控制LED的发光颜色，还能够通过LED之间组成的Mesh自组网增强路由节点102及终端节点103的信号强度。
基于上述所有实施例，LED网灯中继增强控制系统的工作原理如下：
Wi-Fi设备终端可通过Wi-Fi模组直接与路由节点102进行无缝对接。
首次使用，只需用IE访问中继点，简单初始设置指定的中继路由、跳频算法，认证方式和加密方式。
联入路由成功后，以后每次上电将自动中继指定的路由Wi-Fi信号。
控制、采集数据LED数据通过Wi-Fi与设备终端进行交互。
灯与灯之间支持Mesh自组网，达到家庭物联网之效果；
独特的Zigbee Mesh跳频路由算法，提供了LED系统Wi-Fi控制信号中继功能。
控制LED的MCU方案支持4路PWM，其中三路接入驱动R、G、B灯条，一路接入白色灯条。将LED灯应用分为二个调光方案，即彩光灯和白灯。
当用户选择彩色调光时，再选择所调光颜色，数据自动解析出所选颜色的RGB构成，将数据传输给中继器的IP，IP再传输给MCU，MCU接收数据后，MCU关闭白色灯。此时，再将RGB数据通过3路PWM控制信号调节驱动电源直流模块，驱动电源直流模块接收到控制信号后，立即改变三色灯输出电流的大小，使LED发光模块发光效果与用户选择一样。
当用户选择白色灯调光时，同样将灰度数据传输给中继器的IP，IP再传输给MCU，MCU接收到数据后，MCU关闭彩色灯，并打开白色灯。此时，再将此数据通过1路PWM控制信号调节驱动电源直流模块，驱动电源直流模块接收到控制信号后，立即改变白色灯输出电流的大小，使LED发光模块发白光的效果与用户选择一样。
上述LED网灯中继增强控制系统将Wi-Fi热点与LED结合起来，通过ZigbeeMesh独特的跳频路由算法使得LED大大中继增强Wi-Fi控制信号，又可以照明，而且LED可以利用Wi-Fi信号进行PWM颜色控制，并且可以利用LED灯泡达到设备到设备的物-物连接，组成物联网，可以解决室内照明和Wi-Fi信号中继，以及家庭物联网多重需求，从而降低成本，节约资源。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种LED网灯中继增强控制系统，包括LED驱动模块，其特征在于，还包括LED无线个域网模块；所述LED无线个域网模块包括中央协调器模块、路由节点、终端节点及无线通讯模块，所述LED驱动模块及所述无线通讯模块安装于LED中；
所述LED通过所述LED无线个域网模块形成Mesh自组网；
所述LED驱动模块用于驱动LED改变发光颜色及亮度；所述无线通讯模块用于接收所述中央协调器模块的控制信号；
所述中央协调器模块分别连接多个路由节点，所述路由节点分别对应连接终端节点，所述路由节点之间相互通信，所述路由节点还与对应连接的终端节点通信，所述终端节点分别控制单个LED或多个LED；
所述中央协调器模块还用于接收外部控制设备的控制信号，所述控制信号用于控制对应的LED的发光颜色及亮度，所述中央协调器模块将接收的控制信号通过所述路由节点及所述终端节点发送给对应的LED；
所述无线通讯模块用于接收经由所述中央协调器模块处理后的控制信号；
所述无线通讯模块与所述LED驱动模块连接，所述LED驱动模块根据接收的信号控制LED发光颜色及亮度；
其中，所述中央协调器模块接收外部控制设备的控制信号后，读取所述控制信号并解析控制信号，然后将控制信号通过所述路由节点及所述终端节点发送给对应的LED，LED中的无线通讯模块接收控制信号后传输给所述LED驱动模块，从而所述LED驱动模块控制LED的发光颜色及亮度。
2.根据权利要求1所述的LED网灯中继增强控制系统，其特征在于，所述LED通过所述LED无线个域网模块形成的Mesh自组网采用Mesh网络蚁群路由算法。
3.根据权利要求1所述的LED网灯中继增强控制系统，其特征在于，还包括与所述中央协调器模块连接的Wi-Fi发射模块，所述Wi-Fi发射模块用于向LED发送所述中央协调器模块处理过的控制信号。
4.根据权利要求1所述的LED网灯中继增强控制系统，其特征在于，还包括与所述中央协调器模块连接的Mesh发射模块，所述Mesh发射模块用于向LED发送所述中央协调器模块处理过的控制信号。
5.根据权利要求1所述的LED网灯中继增强控制系统，其特征在于，还包括与所述中央协调器模块连接的存储模块，所述存储模块用于存储所述中央协调器模块的缓存信号。
6.根据权利要求1所述的LED网灯中继增强控制系统，其特征在于，所述路由节点还与无线中继器相互通信。
7.根据权利要求1所述的LED网灯中继增强控制系统，其特征在于，所述无线通讯模块包括Zigbee模块，所述Zigbee模块用于接收所述中央协调器模块发送的控制信号，并将接收的控制信号传输给所述LED驱动模块。
8.根据权利要求7所述的LED网灯中继增强控制系统，其特征在于，所述Zigbee模块采用非平衡天线连接非平衡变压器完成数据的发送与接收。
9.根据权利要求7所述的LED网灯中继增强控制系统，其特征在于，所述Zigbee模块采用内部偏置电阻，所述内部偏置电阻用于为晶振提供工作电流。
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