CN110267418B - 基于智慧路灯的投影系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于智慧路灯的投影系统，包括路灯模块、投影灯模块、第一电源模块、第二电源模块、第一开关控制器模块、第二开关控制器模块、控制单元模块、输入端模块；本发明提供了一种投影灯同步控制策略的基于智慧路灯的投影系统和控制方法。

Description

基于智慧路灯的投影系统和控制方法

技术领域

本发明涉及投影领域，更具体的说，它涉及基于智慧路灯的投影系统和控制方法。

背景技术

景观亮化作为提升城市的现代化程度，美化城市环境，提高城市的形象，营造良好的城市生活氛围,已经很普遍。

传统的景观亮化工程中，由于LED技术的成熟，以LED为主的的灯具已广泛普及在城市的景观亮化中，多以分布于墙面、树枝等为主。

现在智慧路灯应用广泛，路灯杆在城市的覆盖范围广，资源完善，是城市景观亮化工程非常好的载体，将投影系统安装于路灯杆上，对于提升城市的亮化工程效果层次感，内容可变性有很大的优势。也是对城市亮化工程很好的补充。

但是将投影灯系统置于路灯杆上有很多困难：

1、主流的投影为幻灯片式的，目前在广告灯上已经有应用，但是内容不能换。主要是投射在地面或墙面上。

2、还有一种传统的投影仪式的投影系统，数字投影系统，在户外应用如果不能与灯具很好的结合，很难在高温、高湿等环境下长时间应用。

3、亮化工程讲究的是系统化，不是单一的，所以对一条道路或多条道路上投影的内容，最好是各个投影灯要有很好的互补性和联动性的效果，那么就需要一个智能系统来支撑。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种投影灯同步控制策略的基于智慧路灯的投影系统和控制方法。

本发明的技术方案如下：

基于智慧路灯的投影系统，包括路灯模块、投影灯模块、第一电源模块、第二电源模块、第一开关控制器模块、第二开关控制器模块、控制单元模块、输入端模块；

第一电源模块与路灯模块连接，并为其供电；第二电源模块与投影灯模块连接，并为其供电；第一开关控制器模块与第一电源模块、第二开关控制器模块、输入端模块、控制单元模块连接；控制单元模块与第二开关控制器模块、输入端模块、投影灯模块连接；第二开关控制器模块与第二电源模块连接。

进一步的，投影灯模块安装在路灯模块的灯杆上或投影灯模块里。

进一步的，第一开关控制器模块、第二开关控制器模块都包括开关，辅助电源电路、电网同步电路、单片机电路、控制接口、数据接口、采样电路、输入端和输出端；

输入端的地线与输出端的地线连接，输入端的零线与输出端的零线连接；辅助电源电路连接在输入端的火线和零线上；电网同步电路连接在输入端的火线和零线上；单片机电路与辅助电源电路、电网同步电路、开关、控制接口、数据接口、采样电路连接；辅助电源电路与电网同步电路连接；开关一端与输入端的火线连接，开关另一端与采样电路连接，采样电路电流输出端与第一开关控制器模块、第二开关控制器模块的输出端的火线连接。

进一步的，控制单元模块包括数字电路、通信电路、存储电路、第一串口、第二串口、第三串口、电源模块、第一串口电平转换芯片、第二串口电平转换芯片；

数字电路与通信电路、存储电路、第一串口、第二串口、第三串口、电源模块连接；第一串口电平转换芯片、第二串口电平转换芯片分别与第一串口、第二串口连接。

基于智慧路灯的投影系统的控制方法，将播放的片段，分别分割成n份，然后发送到对应n个路灯的投影系统中，并设定同步控制策略在相应时刻进行播放；同步控制策略具体如下：

101)确定系统时钟步骤：当系统上电后，电网同步电路开始工作，单片机将电网同步电路产生的脉冲做计时，并发送给数字电路将这个计时作为系统的时钟；

102)确定播放时刻步骤：当系统获取资源同步播放时刻后，按同步时刻开始播放资源。

进一步的，电网同步具体电路包括整流电路、电阻R61、电阻R62、比较器U61、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66；整流电路包括四个二极管；整流电路的一端与电阻R61的一端连接，电阻R61的另一端与电阻R62的一端、电阻R63的一端连接；电阻R62的另一端与整流电路的另一端一起接地；电阻R63的另一端与比较器U61连接，比较器U61与电阻R64的一端、电阻R65的一端连接；电阻R65的另一端与电阻R66的一端、比较器U61的其中一个引脚连接，且该引脚输出同步信号Vsyn。

进一步的，单片机电路205根据比较电路产生的同步信号Vsyn的周期进行计数。

本发明的优点在于：本方案通过专用电路进行电网同步计时，来作为系统时钟。解决了投影系统精确的播放时刻，完美结合智慧路灯体统达到很好的投影效果。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为本发明开关控制器电路图；

图3为本发明控制单元原理框图；

图4为本发明投影播放方法；

图5为本发明投影播放时刻图；

图6为本发明同步控制策略图；

图7为本发明同步电路原理图；

图8为本发明同步电路的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，本方案中未明确具体电路设计的电路均采用常规设计，如电源电路。

如图所示，基于智慧路灯的投影系统，包括路灯模块101、投影灯模块102、第一电源模块103、第二电源模块104、第一开关控制器模块105、第二开关控制器模块107、控制单元模块109、输入端模块108。

第一电源模块103与路灯模块101连接，并为其供电；第二电源模块104与投影灯模块102连接，并为其供电；第一开关控制器模块105与第一电源模块103、第二开关控制器模块107、输入端模块108、控制单元模块109连接。控制单元模块109与第二开关控制器模块107、输入端模块108、投影灯模块102连接；第二开关控制器模块107与第二电源模块104连接。

路灯模块101部分实现道路基本照明的功能。投影灯模块102可以安装在灯杆上，也可以安装于路灯模块101的灯具里。第一电源模块103与路灯模块101连接，并为其供电；第二电源模块104与投影灯模块101连接，并为其供电。第一开关控制器模块105与第一电源模块103连接。第二开关控制器模块107与第二电源模块104连接。第二开关控制器模块107也能控制投影灯模块102的开关，第一开关控制器模块105、第二开关控制器模块107可以监测运行状态。控制单元模块109传送投影数据到投影灯模块102，实现分开设计控制，更方便相应操控。

路灯模块101实现道路照明。可以是LED灯、高强度气体放电灯等。

第一开关控制器模块105包括一个输入线、一个输出线、一个控制线、一个通信线。输入线(图中为标出)接到输入端的市电，输出线连接到电源的输入端，控制线连接到电源的控制线。通信线连接到控制单元。第二开关控制器模块107有一个输入线，一个输出线、一个通信线，其中输入线连接到市电输入端，输出线连接到电源的输入端。通信线连接到控制单元。控制单元与投影灯之间也设置通信线。

第一开关控制器模块105、第二开关控制器模块107内部电路都包括开关S1，辅助电源电路203、电网同步电路204、单片机电路205、控制接口207、数据接口208、采样电路206、输入端201和输出端202。

输入端201的地线与输出端202的地线连接，输入端201的零线与输出端202的零线连接。辅助电源电路203连接在输入端201的火线和零线上；电网同步电路204连接在输入端201的火线和零线上。单片机电路205与辅助电源电路203、电网同步电路204、开关S1、控制接口207、数据接口208、采样电路206连接；辅助电源电路203与电网同步电路204连接；开关S1一端与输入端201的火线连接，开关S1另一端与采样电路206连接，采样电路206的电流采样输出端与输出端202的火线连接。

开关S1，用于控制连接的相应路灯模块101或投影灯模块102的开关。其采用继电器、MOS管、晶闸管等开关器件，并由单片机电路控制。

辅助电源电路203，其输入端连接在输入端201的L线和N线(即对应的零线和火线)上，用于给单片机电路205和电网同步电路204供电。

单片机电路205通过数据接口208与控制单元进行数据交换,通过控制接口207控制电源。处理采样电路206和电网同步电路204的信号。

控制接口207连接到相应电源的控制线上，输出PWM数字信号或是0-10V模拟信号。

数据接口208用于和控制单元109进行串口通信。

采样电路206用于测量输出端202所接负载的用电信息，用电信息包括电压、电流、功率等信息，并将信息发送到单片机电路205上。

电网同步电路204用于电网同步计时。连接在输入端201的L线和N线上。

控制单元模块109包括数字电路307、通信电路309、存储电路308、第一串口303、第二串口304、第三串口306、电源模块305、第一串口电平转换芯片301、第二串口电平转换芯片302。

数字电路307与通信电路309、存储电路308、第一串口303、第二串口304、第三串口306、电源模块305连接；第一串口电平转换芯片301、第二串口电平转换芯片302分别与第一串口303、第二串口304连接。

数字电路307，可以是电脑、平板、嵌入式系统、单片机电路等。用于数据的处理发送接收。

通信电路309可以是4G、5G、光纤等网络接口电路等。用于连接互联网。

存储电路308可以是硬盘、闪存等用于数据存储的电路。

第一串口303用于和第一串口电平转换芯片301通信。

第二串口304用于和第二串口电平转换芯片302通信。

第三串口306用于和投影灯模块102做串口通信。

电源模块305用于给数字电路307、存储电路308和通信电路309供电。

第一串口电平转换芯片301通信和第二串口电平转换芯片302做电平转换用。当数字电路307为电脑时，用于连接电脑和单片机电路的串口。RXD和TXD分别与第一开关控制器模块105、第二开关控制器模块107的数据接口相连。

基于智慧路灯的投影系统的控制方法，将播放的片段，分别分割成n份，然后发送到对应n个路灯中，并设定同步控制策略在相应时刻进行播放；同步控制策略具体如下：

101)确定系统时钟步骤：当系统上电后，电网同步电路开始工作，单片机将电网同步电路产生的脉冲计时，并发送给数字电路将这个计时作为系统的时钟；

102)确定播放时刻步骤：当系统获取资源同步播放时刻后，按同步时刻开始播放资源。

例如：片段1被分割成1-1，2-1，3-1，...，n-1个片源。然后，服务器将这些片源发送到第1到第n个智慧路灯。并存储在控制单元的存储器中。在时刻1时开始播放，时刻2时停止播放。

每一个投影灯模块播放的内容可以是文字、图片、动画。播放内容和规则由服务器下达，并存储在各自的存储单元中。但是存在一个问题，如果每个灯播放的时刻不同步，播放内容的一致性就会出现问题。如果每个投影灯利用互联网时间作为投影灯的时刻同步，由于网络传输延时的问题，可能存在一个误差，不能很好的达到同步播放的效果。有一个精准同步的办法，就是用电网同步，因为同一片区域对于同一个电网，延时是一样的。

电网同步具体电路包括整流电路、电阻R61、电阻R62、比较器U61、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66；电阻R61和电阻R62组成分压器；比较器U61、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66组成的迟滞比较电路。

电网同步电路的输入端与输入端L、N连接，整流电路包括四个二极管；整流电路的一端与电阻R61的一端连接，电阻R61的另一端与电阻R62的一端、电阻R63的一端连接；电阻R62的另一端与整流电路的另一端连接；电阻R63的另一端与比较器U61连接，比较器U61与电阻R64的一端、电阻R65的一端连接；电阻R65的另一端与电阻R66的一端、比较器U61的其中一个引脚连接，且该引脚输出同步信号Vsyn。单片机电路205根据比较电路产生的同步信号Vsyn的周期进行计数。

电网电压作为正弦波，进过整流和分压后得到正弦半波的整流信号。该整流信号经过比较器。产生形状为方波的同步信号Vsyn。比较器U61可以自电网上电时刻起，在同步信号的上升沿或下降沿进行计数。具体的电网同步电路工作的波形图如图8所示。电网电压Vline作为正弦波，经过整流和分压后得到正弦半波的整流信号Vrec。该整流信号Vrec被用作与高阈值电压Vth_h和低阈值电压Vth_l进行比较，产生形状为方波的同步信号Vsyn。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (3)

1.基于智慧路灯的投影系统，其特征在于：包括路灯模块、投影灯模块、第一电源模块、第二电源模块、第一开关控制器模块、第二开关控制器模块、控制单元模块、输入端模块；

第一电源模块与路灯模块连接，并为其供电；第二电源模块与投影灯模块连接，并为其供电；第一开关控制器模块与第一电源模块、第二开关控制器模块、输入端模块、控制单元模块连接；控制单元模块与第二开关控制器模块、输入端模块、投影灯模块连接；第二开关控制器模块与第二电源模块连接；

第一开关控制器模块、第二开关控制器模块都包括开关，辅助电源电路、电网同步电路、单片机电路、控制接口、数据接口、采样电路、输入端和输出端；

输入端的地线与输出端的地线连接，输入端的零线与输出端的零线连接；辅助电源电路连接在输入端的火线和零线上；电网同步电路连接在输入端的火线和零线上；单片机电路与辅助电源电路、电网同步电路、开关、控制接口、数据接口、采样电路连接；辅助电源电路与电网同步电路连接；开关一端与输入端的火线连接，开关另一端与采样电路连接，采样电路电流输出端与第一开关控制器模块、第二开关控制器模块的输出端的火线连接；

电网同步电路具体包括整流电路、电阻R61、电阻R62、比较器U61、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66；整流电路包括四个二极管；整流电路的输出端与电阻R61的一端连接，电阻R61的另一端与电阻R62的一端、电阻R63的一端连接；电阻R62的另一端与整流电路的接地端一起接地；电阻R63的另一端与比较器U61的阴极输入端连接，比较器U61的阳极输入端与电阻R64的一端、电阻R65的一端连接；电阻R65的另一端与电阻R66的一端、比较器U61的输出端连接，且该输出端输出同步信号Vsyn；

电网电压作为正弦波，经过整流和分压后得到正弦半波的整流信号，该整流信号经过比较器，产生形状为方波的同步信号Vsyn，比较器可以自电网上电时刻起，在同步信号的上升沿或下降沿进行计数；

其控制方法将播放的片段，分别分割成n份，然后发送到对应n个路灯的投影系统中，并设定同步控制策略在相应时刻进行播放；同步控制策略具体如下：

101）确定系统时钟步骤：当系统上电后，电网同步电路开始工作，单片机电路将电网同步电路产生的脉冲做计数，并发送给数字电路将这个计数作为系统的时钟；

102）确定播放时刻步骤：当系统获取资源同步播放时刻后，按同步时刻开始播放资源。

2.根据权利要求1所述的基于智慧路灯的投影系统，其特征在于：投影灯模块设置在路灯模块的灯杆上或投影灯模块里。

3.根据权利要求1所述的基于智慧路灯的投影系统，其特征在于：控制单元模块包括数字电路、通信电路、存储电路、第一串口、第二串口、第三串口、电源模块、第一串口电平转换芯片、第二串口电平转换芯片；

数字电路与通信电路、存储电路、第一串口、第二串口、第三串口、电源模块连接；第一串口电平转换芯片、第二串口电平转换芯片分别与第一串口、第二串口连接。