CN106535443A - 一种无线总线式灯具智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了照明工程领域的一种无线总线式灯具智能控制系统，包括一套控制输出系统和至少一个控制输入装置，控制输出系统是由若干沿一直线排列的控制输出装置构成的，每个控制输出装置用于控制一盏灯具，灯具均配置交流电源和继电器，控制输入装置位于控制输出系统中任意一个的控制输出装置的正下方；灯具通过火线和零线连接交流电源，且继电器位于火线上；控制输出装置包括：输出处理器，交流转直流电源转换器、通信接收装置、无线通信装置、天线和继电器控制电路，无线通信装置连接输出处理器，天线连接无线通信装置，使控制输出系统中的各控制输出装置形成链式传递的无线网络，控制输入装置包括输入处理器、直流电源、通信发射装置和输入设备。
Description
技术领域
本发明涉及照明工程领域的一种无线总线式灯具智能控制系统。
背景技术
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。欧美国家研究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。国内外有线总线布线控制系统有KNX总线、C-BUS总线、RS485总线。
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，还有更多的研究放在灯具的有效使用节能上面。
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
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种无线总线式灯具智能控制系统,其为采用无线链式传输，信息流控制方式的无线总线式灯具控制系统，灯具方便控制，自动化程度高，节省能源。
实现上述目的的一种技术方案是：一种无线总线式灯具智能控制系统，包括一套控制输出系统和至少一个控制输入装置，所述控制输出系统是由若干沿一直线排列的控制输出装置构成的，每个所述控制输出装置用于控制一盏灯具，所述灯具均配置交流电源和继电器，所述控制输入装置位于所述控制输出系统中任意一个的控制输出装置的正下方；
所述灯具通过火线和零线连接所述交流电源，且所述继电器位于所述火线上；
所述控制输出装置包括：输出处理器，交流转直流电源转换器、通信接收装置、无线通信装置、天线和继电器控制电路，所述交流转直流电源转换器连接所述交流电源和所述输出处理器，所述无线通信装置连接所述输出处理器，所述天线连接所述无线通信装置，使所述控制输出系统中的各控制输出装置形成链式传递的无线网络，所述继电器控制电路连接所述继电器和所述输出处理器；
所述控制输入装置包括输入处理器，以及与所述输入处理器连接的直流电源、通信发射装置和输入设备，所述通信发射装置连接该控制输入装置正上方的控制输出装置中的通信接收装置。
进一步的，所述控制输入装置中的输入设备可以为按键开关阵列、位移传感器，温度传感器，照度传感器、定时器。
进一步的，所述通信发射装置与对应的通信接收装置之间可通过RS485总线，RS232总线，CAN-BUS总线或红外管进行通信。
进一步的，所述输入处理器和所述输出处理器均为8位ARM处理器或者32位ARM处理器。
进一步的，所述交流转直流电源转换器包括开关电源以及低压差线性稳压器，所述开关电源将220V交流电压转换成+5V直流电压，所述低压差线性稳压器将+5V直流电源转换成+3.3V直流电压。
再进一步的，所述开关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还通过压敏电阻连接，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输出处理器输出+3.3V直流电压。
进一步的，所述的无线通信装置的通信频率为433MHz或者2.4GHz。
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输出处理器，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。
进一步的，所述控制输出系统中的每个控制输出装置都有唯一的地址。
采用了本发明的一种无线总线式灯具智能控制系统的技术方案，包括一套控制输出系统和至少一个控制输入装置，所述控制输出系统是由若干沿一直线排列的控制输出装置构成的，每个所述控制输出装置用于控制一盏灯具，所述灯具均配置交流电源和继电器，所述控制输入装置位于所述控制输出系统中任意一个的控制输出装置的正下方；所述灯具通过火线和零线连接所述交流电源，且所述继电器位于所述火线上；所述控制输出装置包括：输出处理器，交流转直流电源转换器、通信接收装置、无线通信装置、天线和继电器控制电路，所述交流转直流电源转换器连接所述交流电源和所述输出处理器，所述无线通信装置连接所述输出处理器，所述天线连接所述无线通信装置，使所述控制输出系统中的各控制输出装置形成链式传递的无线网络，所述继电器控制电路连接所述继电器和所述输出处理器；所述控制输入装置包括输入处理器，以及与所述输入处理器连接的直流电源、通信发射装置和输入设备，所述通信发射装置连接该控制输入装置正上方的控制输出装置中的通信接收装置。其技术效果是：采用无线链式传输，信息流控制方式的无线总线式灯具控制系统，灯具方便控制，自动化程度高，节省能源。
附图说明
图1为本发明的一种无线总线式灯具智能控制系统的结构示意图。
图2为本发明的一种无线总线式灯具智能控制系统中的控制输出装置的结构示意图。
图3为本发明的一种无线总线式灯具智能控制系统中的控制输出装置的交流转直流电源转换器的结构示意图。
图4为本发明的一种无线总线式灯具智能控制系统中的控制输出装置的继电器控制电路的结构示意图。
图5为本发明的一种无线总线式灯具智能控制系统中的控制输入装置的结构示意图。
具体实施方式
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：
本发明的一种无线总线式灯具智能控制系统，采用无线链式传输的无线网络，组建一套无线总线式灯具智能控制系统，包括控制输出系统和至少一个控制输入装置2。
其中控制输出系统是由若干个沿一条直线，依次排列的控制输出装置1构成的。每个控制输出装置1都有唯一的通信地址，并用于控制隧道内的一盏灯具3，以及与该灯具3配套的一个交流电源4。灯具3与交流电源4之间通过火线和零线连接，其中火线上设有一个继电器5。
控制输入装置2设于所述控制输出系统中任意一个控制输出装置1所控制的灯具3的正下方。控制输入装置2包括输入处理器21，以及与输入处理器21连接的直流电源22、通信发射装置23和输入设备24。
其中直流电源22配有太阳能电池板，可使直流电源22将灯具3的光能转变成电能存储起来。
输入设备24可以为按键开关阵列241或者各类传感器，比如位移传感器242，温度传感器243，照度传感器244、定时器245等。其中按键开关阵列241用于生成开关动作，发送给输入处理器21，而位移传感器242，温度传感器243，照度传感器244、定时器245等用于生成各类触发信号，发送给输入处理器21。
输入处理器21为8位或者32位ARM处理器。输入处理器21检测按键开关阵列241生成的开关动作，或者位移传感器242，温度传感器243，照度传感器244、定时器245等生成的触发信号，将其转变成用于控制输出系统中各个控制输出装置1的控制信号。
通信发射装置23可以是有线式的通信装置，比如RS485总线式通信装置，RS232总线式通信装置，CAN-BUS总线式通信装置，并与位于该控制输入装置2正上方的控制输出装置1进行通信，通信发射装置23可以是无线式的通信装置，比如红外管式通信装置，与位于该控制输入装置2正上方的控制输出装置1进行通信。
控制输出装置1包括输出处理器11，交流转直流电源转换器12、通信接收装置13、无线通信装置15、天线151和继电器控制电路17。
输出处理器11可采用8位或者是32位ARM处理器，用于对继电器5进行动作，实现对灯具3的控制。
输出处理器11通过交流转直流电源转换器12连接交流电源4。灯具3工作所需的交流电压经过交流转直流电源转换器12，转化成直流电压，以供输出处理器11工作时使用。
交流转直流电源转换器12包括一个开关电源U2和低压差线性稳压器U3，其中开关电源U2将灯具3工作时的220V的交流电压转换成+5V直流电压，低压差线性稳压器U3对+5V直流电压进行进一步的降压，将+5V的直流电压降为+3.3V的直流电压输出，向输出处理器11供电。
本实施例中，开关电源U2为金升阳公司的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的第一个输入端口，即AC(L)端口，连接交流电源4的火线，开关电源U2的第二个输入端口，即AC(N)端口，连接交流电源4的零线。交流电源4与开关电源U2的AC(L)端口之间设有保险丝ZF1，开关电源U2的AC(L)端口和开关电源U2的AC(N)端口之间跨接有压敏电阻RV1，开关电源U2的AC(L)端口连接零线，因此开关电源U2得到了过压保护。开关电源U2上还设有：+Vo端口、+V(cap)端口、-V(cap)端口和-Vo端口，+Vo端口连接+5V直流电源端；+V(cap)端口和-V(cap)端口之间连接极性电容E2，且-V(cap)端口通过电容C6接地。-Vo端口接地。+5V直流电源端与接地端之间设有极性电容E1。
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E1为一个滤波储能电容。
低压差线性稳压器U3的IN端口连接+5V直流电源端，GND端接地，低压差线性稳压器U3的OUT端口和TPAD端口同时连接+3.3V直流电源端。+3.3V直流电源端与接地端之间设有极性电容EC1。开关电源U2输出的+5V直流电压在通过低压差线性稳压器U3降压至+3.3V输出，给输出处理器1提供电源。
继电器控制电路17是由三极管Q1和二极管D1组成的。三极管Q1的基极通过限流电阻R10接入输出处理器1的IO端口。三极管Q1的发射极连接接地端。三极管Q1的集电极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接+5V直流电压端。本实施例中，继电器5为欧姆龙公司的G5LA-14-直流5V继电器。二极管D1与继电器5的线圈并联。
无线通信装置15采用频率为通信频率为433MHz或者2.4GHz。无线通信装置5由挪威产的nRF24L01P芯片和美国的20dBm功率放大芯片组成，并连接天线51，使无线通信装置5的最大发射功率达到100mW(20dBm)，以使单个控制输出装置1的无线通信装置15的作用实现控制信息在控制输出系统的各个无线总线控制输出装置1之间的链式传递，本实施例中，无线通信装置15是同时向其与其相邻的若干个无线通信装置15同时发送信息的，即无线通信装置15的信号覆盖与其相邻的若干个控制输出装置1，这样可在控制输出系统中任意一个控制输出装置1出现故障时不影响信息的链式传递。
通信接收装置13可以是有线式的通信装置，比如RS485总线式通信装置，RS232总线式通信装置，CAN-BUS总线式通信装置，使所述控制输出系统接收来自控制输入装置2的控制信号，实现对所有灯具3的控制。通信接收装置13可以是无线式的通信装置，比如红外管式通信装置，使所述控制输出系统接收来自控制输入装置2的控制信号，实现对所有灯具3的控制。
控制输入装置2的控制信号经过通信发射装置23传输给其正上方的控制输出装置1的通信接收装置13，并由该控制输出装置1通过单侧或双侧的链式传递，传送给控制输出系统中的每一台控制输出装置1。
每一台控制输出装置1存储控制场景，且控制输出装置1可任意组态。存储的场景由控制输入装置2的触发条件触发。当控制输入装置2触发产生的控制信号在控制输出系统中上传输，每一台控制输出装置1根据存储的场景智能判断其输出的动作。
假设在铁路隧道单侧安装照明灯具3，共200套，灯具3间隔25米。通过本发明的一种无线总线式灯具智能控制系统来管理和控制该200套灯具3的使用。隧道两出口处设有控制输入装置2。隧道内每隔100米安装一套紧急开关，按键按下，该200套灯具3全亮。
控制输入装置2配置的按键开关阵列241包括六个按键。按键一按下，该200套灯具3全部打开，按键二按下，该200套灯具3全部关闭，按键三按下，该为按键开关阵列241上方的灯具3起，序列为奇数的灯具3开启，按键四按下，从该为按键开关阵列241上方的灯具3起，序列为奇数的灯具3关闭，按键五按下，从该为按键开关阵列241上方的灯具3起，序列为偶数的灯具3开启，按键六按下，从该按键开关阵列241上方的灯具3起，序列为偶数的灯具3关闭。
整套系统的控制输出装置1由调试软件配置为任意地址的一位按键的场景开关按下，全部灯具打开。由此可以实现整个隧道的智能控制。
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 (9)
1.一种无线总线式灯具智能控制系统，包括一套控制输出系统和至少一个控制输入装置，所述控制输出系统是由若干沿一直线排列的控制输出装置构成的，每个所述控制输出装置用于控制一盏灯具，所述灯具均配置交流电源和继电器，所述控制输入装置位于所述控制输出系统中任意一个的控制输出装置的正下方；其特征在于：
所述灯具通过火线和零线连接所述交流电源，且所述继电器位于所述火线上；
所述控制输出装置包括：输出处理器，交流转直流电源转换器、通信接收装置、无线通信装置、天线和继电器控制电路，所述交流转直流电源转换器连接所述交流电源和所述输出处理器，所述无线通信装置连接所述输出处理器，所述天线连接所述无线通信装置，使所述控制输出系统中的各控制输出装置形成链式传递的无线网络，所述继电器控制电路连接所述继电器和所述输出处理器；
所述控制输入装置包括输入处理器，以及与所述输入处理器连接的直流电源、通信发射装置和输入设备，所述通信发射装置连接该控制输入装置正上方的控制输出装置中的通信接收装置。
2.根据权利要求1所述的一种无线总线式灯具智能控制系统，其特征在于：所述控制输入装置中的输入设备可以为按键开关阵列、位移传感器，温度传感器，照度传感器、定时器。
3.根据权利要求1所述的一种无线总线式灯具智能控制系统，其特征在于：所述通信发射装置与对应的通信接收装置之间可通过RS485总线，RS232总线，CAN-BUS总线或红外管进行通信。
4.根据权利要求1所述的一种无线总线式灯具智能控制系统，其特征在于：所述输入处理器和所述输出处理器均为8位ARM处理器或者32位ARM处理器。
5.根据权利要求1所述的一种无线总线式灯具智能控制系统，其特征在于：所述交流转直流电源转换器包括开关电源以及低压差线性稳压器，所述开关电源将220V交流电压转换成+5V直流电压，所述低压差线性稳压器将+5V直流电源转换成+3.3V直流电压。
6.根据权利要求5所述的一种无线总线式灯具智能控制系统，其特征在于：所述开关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还通过压敏电阻连接，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输出处理器输出+3.3V直流电压。
7.根据权利要求1所述的一种无线总线式灯具智能控制系统，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。
8.根据权利要求1所述的一种无线总线式灯具智能控制系统，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输出处理器，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。
9.根据权利要求1所述的一种无线总线式灯具智能控制系统，其特征在于：所述控制输出系统中的每个控制输出装置都有唯一的地址。
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