CN104582181A - 一种灯具信息采集控制装置 - Google Patents

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张志斌
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Abstract

本发明公开了一种灯具信息采集控制装置,灯具通过火线和零线连接交流电源,并且设有一个控制其开关的按键;该灯具信息采集控制装置包括:继电器,位于火线上,用于控制灯具所在回路的通断;电流测量器具,用于采集灯具的输入电流;电压测量器具,用于采集灯具的输入电压;电能计量芯片,用于计量灯具的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量;处理器,用于监测电能计量芯片采集的数据,并通过与其相连的继电器控制电路控制继电器的通断;开关量检测通信装置,用于检测灯具的状态信息并传递给处理器;无线通信装置,用于对灯具的状态信息进行无线传输,以及用于接收对于灯具的无线操作指令。

Description

一种灯具信息采集控制装置
技术领域
[0001] 本发明涉及照明领域的一种灯具信息采集控制装置。
背景技术
[0002] 在欧美发达国家,智能照明控制系统已经广泛应用在各种领域包括楼宇、商场、火车站、隧道、广场、医院等场合。欧美国家的西门子、路创、ABB等国际知名公司早已开始在智能照明控制领域研发出适合欧美市场特点的产品方案。欧美国家研宄此领域的重点是放在了如何便于用户对灯具的方便控制,甚至自动控制,有效管理方面。
[0003] 在我国此领域起步较晚,但随着信息技术的快速发展,国内有科研院校、科技公司陆续开始投入资金技术力量在此领域研发出符合中国国情的智能照明控制系统。在我国能源紧张,节能减排,已经刻不容缓的背景下,如何在灯具方便控制,自动控制等有效管理功能之外,还有更多的研宄放在灯具的有效使用节能上面。
[0004] 在窄带无线控制技术近二十年的快速发展中,无线通信组网也逐渐的从军用到工业应用领域逐渐的扩大使用领域。但在智能灯具控制领域无线组网国内还未有新突破。大多厂家采用Zigbee等国外技术应用组网实现灯具的智能控制。而国内拥有自主知识产权的组网技术发展还未有突破。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种灯具信息采集控制装置,用以实现单灯就地控制和远程控制以及对单灯输入电流,电压监控,灯具功率因数、消耗电量等数据的采集,通过灯具使用过程中输入电流和功率因数变化曲线检测灯具的健康状况,可以分析每一盏灯具的健康状况,可以提前判断哪些灯具已经到了使用年限,可以做好更换计划而统筹更换灯具,灯具一旦损坏,此灯具的输入电流会发生突变,维护人员可以得知灯具的损坏情况,周期性的打印出灯具信息的报表。
[0006] 实现上述目的的一种技术方案是:一种灯具信息采集控制装置,所述灯具通过火线和零线连接交流电源并且所述灯具设有一个控制其开关的按键;所述灯具信息采集控制装置包括:
[0007] 继电器,位于火线上,用于控制所述灯具所在回路的通断;
[0008] 电流测量器具,用于采集所述灯具的输入电流;
[0009] 电压测量器具,用于采集所述灯具的输入电压;
[0010] 电能计量芯片,用于计量所述灯具的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量;
[0011] 处理器,用于监测所述电能计量芯片所计量的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量,并根据所述电能计量芯片所计量的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量,通过与其相连的继电器控制电路,控制所述继电器的通断;
[0012] 开关量检测通信装置,连接所述灯具的按键,用于检测所述灯具的状态信息并将其传递给所述处理器;
[0013] 无线通信装置,用于将所述灯具的状态信息进行无线传输,以及用于接收对于所述灯具的无线操作指令,并通过所述处理器和所述开关量检测通信装置对所述灯具进行远程控制;
[0014] 交流转直流电源转换器,连接所述交流电源,用于为所述无线通信装置、所述继电器控制电路、所述处理器、所述电能计量芯片和所述开关量检测通信装置提供直流电压。
[0015] 进一步的,所述交流转直流电源转换器包括用于将220V交流电源转换成+5V直流电源的开关电源,以及用于将+5V直流电源转换成+3.3V直流电源并向所述处理器供电的低压差线性稳压器。
[0016] 再进一步的,所述开电源的两个输入端口,其中一个输入端口,通过保险丝连接火线,另外一个输入端口连接零线,所述开关电源的两个输入端口之间还设有一个压敏电阻,所述开关电源的一个输出端口连接所述低压差线性稳压器的输入端口并输出+5V直流电压,另一个输出端口接地,所述低压差线性稳压器的输出端口向所述处理器输出+3.3V直流电压。
[0017] 进一步的,所述电压测量器具包括一个电压测量互感器,所述电压测量互感器的两个输入端口分别通过一个电阻,对应连接火线和零线,所述电压测量互感器的两个输出端口分别通过一个电阻连接所述的电能计量芯片。
[0018] 进一步的,所述电流测量器具包括一个电流测量互感器,所述电流测量互感器的两个输入端口对应连接火线和零线,所述电流测量互感器的两个输出端口分别通过一个电阻连接所述的电能计量芯片。
[0019] 进一步的,所述的无线通信装置的通信频率为433MHz或者2.4GHz。
[0020] 进一步的,所述的继电器控制电路包括一个三极管和一个二极管,所述三极管的基极通过限流电阻连接所述处理器,所述三极管的发射极连接接地端,所述三极管的集电极连接所述二极管的正极,所述二极管的负极连接+5V直流电压端,所述二极管与所述继电器的线圈并联。
[0021] 进一步的,所述处理器监测所述灯具的输入电流,并在所述灯具的输入电流发生突变时,通过所述继电器控制电路切断所述继电器。
[0022] 进一步的,所述处理器定期将所述灯具的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量打印成报表。
[0023] 进一步的,所述的处理器为8位或者32位处理器。
[0024] 采用了本发明的一种灯具信息采集控制装置的技术方案,灯具通过火线和零线连接交流电源并且设有一个控制其开关的按键;该灯具信息采集控制装置包括:继电器,位于火线上,用于控制灯具所在回路的通断;电流测量器具,用于采集灯具的输入电流;电压测量器具,用于采集灯具的输入电压;电能计量芯片,用于计量灯具的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量;处理器,用于监测电能计量芯片采集的数据并通过与其相连的继电器控制电路,控制继电器的通断;开关量检测通信装置,用于检测灯具的状态信息并传递给处理器;无线通信装置,用于对灯具的状态信息进行无线传输,以及用于接收对于灯具的无线操作指令;交流转直流电源转换器,连接所述交流电源,用于为所述无线通信装置、所述继电器控制电路、所述处理器、所述电能计量芯片和所述开关量检测通信装置提供直流电压。其技术效果是:可以做到单灯就地控制和远程控制以及对单灯输入电流,电压监控,灯具功率因数、消耗电量等数据的采集,通过灯具使用过程中输入电流和功率因数变化曲线检测灯具的健康状况,可以分析每一盏灯具的健康状况,可以提前判断那些灯具已经到了使用年限,可以做好更换计划而统筹更换灯具,灯具一旦损坏,此灯具的输入电流会发生突变,维护人员可以得知灯具的损坏情况。
附图说明
[0025]图1为本发明的一种灯具信息采集控制装置的结构示意图。
[0026]图2为本发明的一种灯具信息采集控制装置的交流转直流电源转换器的结构示意图。
[0027] 图3为本发明的一种灯具信息采集控制装置的电压测量器具的结构示意图。
[0028] 图4为本发明的一种灯具信息采集控制装置的电流测量器具的结构示意图。
[0029] 图5为本发明的一种灯具信息采集控制装置的电能计量芯片结构示意图。
[0030] 图6为本发明的一种灯具信息采集控制装置的继电器控制电路结构示意图。
具体实施方式
[0031] 请参阅图1,本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解,下面通过具体地实施例,并结合附图进行详细地说明:
[0032] 灯具91分别通过零线和火线,连接交流电源92。本灯具信息采集控制装置,包括处理器1、交流转直流电源转换器2、电能计量芯片U1、电压测量器具31、电流测量器具32、无线通信装置5、开关量检测通信装置继电器控制电路7和位于火线上的继电器8。
[0033] 处理器I可采用8位或者是32位CPU,用于对继电器8进行动作,监控灯具91的输入电流等。本实施例中处理器I采用了在采集电流、电压数据并进行继电器动作,监控电流方面具有广泛应用的意法半导体的ARM Cortex MO系列,型号为STM32R)51的处理器。
[0034] 处理器I通过交流转直流电源转换器2连接交流电源93 ο交流转直流电源转换器2用于将灯具91工作所需的交流电压需转化成处理器I工作所需的直流电压。
[0035] 交流转直流电源转换器2包括用于将直流电源转换成交流电源的开关电源U2和用于对直流电源进行降压的低压差线性稳压器U3。本实施例中,开关电源U2采用金升阳公司的LS03-15B05SR2S开关电源,低压差线性稳压器U3为德州仪器的TLV1117-33CDCYR低压差线性稳压器。开关电源U2用于将输入的220V的交流电压转换成+5V直流电压。开关电源 U2 设有 AC (L)端口,AC (N)端口,+V (cap)端口、-V (cap)端口、+Vo 端口 和-Vo 端口。其中,AC(L)端口连接交流电源92的火线,AC(N)端口连接交流电源92的零线。其中火线串联保险丝ZFl后与零线间跨接压敏电阻RVl,然后火线再连接开关电源U2的AC (L)端口,零线再连接开关电源U2的AC (N)端口。保险丝ZFl和压敏电阻RVl起到对开关电源U2进行过压保护的作用。开关电源U2的+Vo端口连接+5V直流电源端。低压差线性稳压器U3上设有IN端,GND端、OUT端和TPAD端,其中低压差线性稳压器U3的IN端连接+5V直流电源端,GND端接地,OUT端和TPAD端同时连接+3.3V直流电源端。开关电源U2的+V (cap)端口和-V(cap)端口之间连接极性电容E2,并通过电容C6接地。+5V直流电源端与接地端之间设有极性电容El。+3.3V直流电源端与接地端之间设有极性电容EC1。极性电容E2以及电容C6与开关电源U2形成交流转+5V直流电压输出,极性电容El并联在+5V直流电压端和接地端之间作为滤波储能电容。在开关电源U2输出的+5直流电压在通过低压差线性稳压器U3降压至+3.3V输出,给处理器I提供电源。
[0036] 电压测量器具31和电流测量器具32同时连接电能计量芯片U1。本实施例中,电能计量芯片Ul为钜泉光电科技公司生产的ATT7053型单相电能计量芯片。ATT7053型单相电能计量芯片在完成输入电压、输入电流信息的采集以及功率因素和消耗电量的计算方面已经有了广泛的应用。电能计量芯片Ul上设有V3P端口、V3N端口、V2P端口和V2N端口、SPICLK 端 P、SPIDO 端 P、SPIDI 端 P、SPICS 端 P, DVDD 端 P ,AVCC 端 P ,AGND 端口和 DGND端口。其中AGND端口和DGND端口接地,DVDD端口和AVCC端口连接+3.3V直流电源端。
[0037] 电压测量器具31用于采集灯具91的输入电压。电压测量器具31上设有电压测量互感器Tl,本实施例中采用的为湖北天瑞公司的TR-3121C型电压测量互感器。电压测量互感器Tl的第一输入端口通过电阻R3连接火线,第二输入端口通过电阻R5连接零线。电压测量互感器Tl的第一输出端口通过电阻R2连接电能计量芯片Ul的V3P端口,第二输出端口通过电阻R6连接电能计量芯片Ul的V3N端口。同时电压测量互感器Tl的第一输出端口和第二输出端口之间桥接电阻R4。电能计量芯片Ul的V3P端口与V3N端口之间连接有相互串联的电容C3和电容C4,其中电容C3和电容C4的连接点是接地的。通过电压测量互感器Tl与电阻R3、电阻R5、电阻R4、电阻R2、电阻R6、电容C3和电容C4的匹配,完成灯具91的输入电压的测量。
[0038] 电流测量器具32用于采集灯具91的输入电流。电流测量器具32上设有电流测量互感器T2,本实施例中采用的为湖北天瑞公司的TR-2121-1C型电流测量互感器。电流测量互感器T2的第一输入端口连接火线,第二输入端口连接零线。电流测量互感器T2的第一输出端口通过电阻R7连接电能计量芯片Ul的V2P端口,第二输出端口通过电阻R9连接电能计量芯片Ul的V2N端口。同时电流测量互感器Tl的第一输出端口和第二输出端口之间桥接电阻R8。电能计量芯片Ul的V2P端口与V2N端口之间连接有相互串联的电容C7和电容C8,其中电容C7和电容C8的连接点是接地的。通过电流测量互感器T2与电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C7和电容C8的匹配,完成灯具91的输入电流的测量。
[0039] 电能计量芯片Ul通过V3P端口和V3N端口,获取电压测量器具31采集的灯具91的输入电压的数据,通过V2P端口和V2N端口测量电流测量器具32采集的灯具91的输入电流的数据。电能计量芯片Ul完成对灯具91的功率因数、灯具91消耗电量的计量,并将其获取的灯具91的输入电流的数据、灯具91的输入电压的数据、灯具91的功率因数、灯具91消耗电量等通过其SPICLK端口、SPIDO端口、SPIDI端口、SPICS端口传递处理器I。
[0040] 继电器控制电路7包括三极管Ql和二极管D1。三极管Ql的基极通过限流电阻RlO后接入处理器I的1端口。三极管Ql的发射极连接接地端。三极管Ql的集电极连接二极管Dl的正极,二极管Dl的负极连接+5V直流电压端。本实施例中,继电器8为欧姆龙公司的G5LA-14-DC5V继电器。二极管Dl与继电器8的线圈并联。处理器I根据灯具91的输入电流的数据、灯具91的输入电压的数据、灯具91的功率因数、灯具91消耗电量,判断灯具91的输入电流是否发生突变,功率因数是否降低,并在灯具91的输入电流发生突变或者功率因数降低时,通过继电器控制电路7控制继电器8,实现对灯具91的回路进行切断。
[0041] 无线通信装置5采用频率为2.4GHz无线通信装置,无线通信装置5采用产自挪威的nRF24L01P芯片和产自美国的20dBm功率放大芯片并连接天线51,使无线通信装置5的最大发射功率达到10mW (20dBm)。当然无线通信装置5也可采用频率为433MHz的无线通信装置。无线通信装置5用于实现与其他灯具信息采集控制装置的无线通信装置5的点对点的可靠通信。
[0042] 开关量检测通信装置6为一种连接灯具91的按键的开关量接入装置,也是一种有线介质的通信装置,其用于采集灯具91按键的开关状态信息并把灯具91按键的开关状态信息传输给处理器1,用于实现就地采集灯具91按键输入操作的信息。处理器I通过对其灯具91的输入电流的数据、灯具91的输入电压的数据、灯具91的功率因数、灯具91消耗电量数据,实现灯具91的开关功能,开关量检测通信装置6还可以将用户就地对灯具91的按键输入操作信息通过无线通信装置5,传输给其他灯具信息采集控制装置的无线通信装置5。因此,本发明的一种灯具信息采集控制装置既可以通过对灯具91的按键的操作,实现就地控制灯具91的亮和灭,也可以通过无线通信装置5和处理器I将控制指令传递给开关量检测通信装置6,实现远程控制灯具91的亮和灭。
[0043] 同时处理器I还将其通过电能计量芯片Ul采集的灯具91的输入电流的数据、灯具91的输入电压的数据、灯具91的功率因数和灯具91的消耗电量,监测灯具91使用过程中输入电流和率因数变化曲线检测灯具91的健康状况,可以分析每一盏灯具91的健康状况,可以提前判断那些灯具91已经到了使用年限,可以做好更换计划而统筹更换灯具91,灯具91 一旦损坏,此灯具91的输入电流会发生突变。维护人员可以得知灯具91的损坏情况,周期性的打印出灯具信息的报表。
[0044] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种灯具信息采集控制装置,所述灯具通过火线和零线连接交流电源并且所述灯具设有一个控制其开关的按键;其特征在于所述灯具信息采集控制装置包括: 继电器,位于火线上,用于控制所述灯具所在回路的通断; 电流测量器具,用于采集所述灯具的输入电流; 电压测量器具,用于采集所述灯具的输入电压; 电能计量芯片,用于计量所述灯具的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量; 处理器,用于监测所述电能计量芯片所计量的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量,并根据所述电能计量芯片所计量的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量,通过与其相连的继电器控制电路,控制所述继电器的通断; 开关量检测通信装置,连接所述灯具的按键,用于检测所述灯具的状态信息并将其传递给所述处理器; 无线通信装置,用于将所述灯具的状态信息进行无线传输,以及用于接收对于所述灯具的无线操作指令,并通过所述处理器和所述开关量检测通信装置对所述灯具进行远程控制; 交流转直流电源转换器,连接所述交流电源,用于为所述无线通信装置、所述继电器控制电路、所述处理器、所述电能计量芯片和所述开关量检测通信装置提供直流电压。
2.根据权利要求1所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于:所述交流转直流电源转换器包括用于将220V交流电源转换成+5V直流电源的开关电源,以及用于将+5V直流电源转换成+3.3V直流电源并向所述处理器供电的低压差线性稳压器。
3.根据权利要求2所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于:所述开电源的两个输入端口,其中一个输入端口,通过保险丝连接火线,另外一个输入端口连接零线,所述开关电源的两个输入端口之间还设有一个压敏电阻,所述开关电源的一个输出端口连接所述低压差线性稳压器的输入端口并输出+5V直流电压,另一个输出端口接地,所述低压差线性稳压器的输出端口向所述处理器输出+3.3V直流电压。
4.根据权利要求1所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于:所述电压测量器具包括一个电压测量互感器,所述电压测量互感器的两个输入端口分别通过一个电阻,对应连接火线和零线,所述电压测量互感器的两个输出端口分别通过一个电阻连接所述的电能计量芯片。
5.根据权利要求1所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于:所述电流测量器具包括一个电流测量互感器,所述电流测量互感器的两个输入端口对应连接火线和零线,所述电流测量互感器的两个输出端口分别通过一个电阻连接所述的电能计量芯片。
6.根据权利要求1所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于:所述的无线通信装置的通信频率为433MHz或者2.4GHz ο
7.根据权利要求1所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于:所述的继电器控制电路包括一个三极管和一个二极管,所述三极管的基极通过限流电阻连接所述处理器,所述三极管的发射极连接接地端,所述三极管的集电极连接所述二极管的正极,所述二极管的负极连接+5V直流电压端,所述二极管与所述继电器的线圈并联。
8.根据权利要求1所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于:所述处理器监测所述灯具的输入电流,并在所述灯具的输入电流发生突变时,通过所述继电器控制电路切断所述继电器。
9.根据权利要求1所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于;所述处理器定期将所述灯具的输入电流、输入电压、功率因数和消耗电量打印成报表。
10.根据权利要求1所述的一种灯具信息采集控制装置,其特征在于:所述的处理器为8位或者32位处理器。
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