CN204598369U - 太阳能供电智能灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种太阳能供电智能灯，该太阳能供电智能灯包含灯、灯本体控制部分、外部开关、太阳能电池板。灯本体控制部分又包括监测模块，灯控继电器，电源电容，信息存储模块，电压调节模块。其中，太阳能电池板与电源电容连接；无线电收发模块包含发射单元、接收单元、天线、同时包含有WiFi芯片；单片机内集成有数模转换器；单片机连接外部flash内存芯片，单片机连接有灯控继电器，灯本体监测模块设置有电压监测器，负载电流监测模块。本实用新型的太阳能供电智能灯，能够根据生活习惯设置夜间照明方案，提高夜间舒适度，同时结合灯体结构采用环保的太阳能进行供电，能够达到节能效果。

Description

太阳能供电智能灯

技术领域

本实用新型涉及照明领域，太阳能供电智能灯是智能照明控制系统中的一部分。

背景技术

太阳能供电智能灯不是传统灯具，而是智能设备的一种，除了太阳能供电智能灯体，还有一个手持智能控制设备。太阳能供电智能灯的核心功能是控制、灯光效果、创作、分享、光与音乐互动、光提升健康和幸福。产品主要涉及遥控液晶开关系列和遥控器系列，与传统照明相比，它可以实现液晶显示、触摸屏调光、一键场景、一对一遥控及分区灯光全开全关等管理；能够实现无线遥控，定时控制，遥控距离大于50米，可穿越墙壁和楼层，触摸屏正常使用寿命30万次以上。但目前太阳能供电智能灯具在按生活规律控制灯光方面还有空白，同时灯具节能效果也不好。

实用新型内容

本实用新型提供一种太阳能供电智能灯，可以监测调节照明亮度，采用清洁能源，达到节能目的，同时具有通讯功能。

灯本体包含灯、灯本体控制部分、外部开关、太阳能电池板。灯本体控制部分又包括监测模块，灯控继电器，电源电容，信息存储模块，电压调节模块，其中，太阳能电池板与电源电容连接；无线电收发模块包含发射单元、接收单元、天线、同时包含有WiFi芯片；单片机内集成有数模转换器；单片机连接外部flash内存芯片，单片机连接有灯控继电器，灯本体监测模块设置有电压监测器，负载电流监测模块。

和现有技术相比，本实用新型太阳能供电智能灯，根据生活习惯设置夜间照明方案，提高夜间舒适度，同时结合灯体结构采用环保的太阳能进行供电能够达到节能的效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细的说明。为了更清楚地说明本实用新型实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图(现有技术图除外)仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，通过下面的详细说明，本实用新型的上述目的、特征和优点将显而易见；并且在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型包含该太阳能供电智能灯的照明系统整体结构示意图

图2为本实用新型灯本体控制部分模块(含太阳能电池板)组成示意图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本实用新型的优选实施例。在此之前需要说明的是，本说明书及权利要求书中所使用的术语或词语不能限定解释为通常的含义或辞典中的含义，而应当立足于为了以最佳方式说明其实用新型发明人可以对术语的概念进行适当定义的原则解释为符合本实用新型技术思想的含义和概念。随之，本说明书所记载的实施例和附图中表示的结构只是本实用新型最佳实施例之一，并不能完全代表本实用新型的技术思想，因此应该理解到对于本实用新型而言可能会存在能够进行替换的各种等同物和变形例。

例如，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性连接于所述第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电性连接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本实用新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

下面以本实用新型的具体实施例为例，说明太阳能供电智能灯是如何工作的。太阳能供电智能灯是基于android系统的便携式智能照明控制终端技术，它是智能照明控制系统中的一部分，智能照明系统主要如下部分组成：

智能交互终端，智能交互终端是可连接中心控制器，通过友好的人机界面实现对家庭各个系统单元模块的信息进行显示、查询、管理的交互设备。智能交互终端可以是独立的器件，也可以由安装有特定软件的家用电脑及类似设备实现。智能手机或平板电脑可以作为智能交互终端。

灯本体，其功能是：可以接收来自智能交互终端或信息服务平台的控制信息，实现远程功能控制，并可上传照明信息。

中心控制器，中心控制器是负责本地连接受控灯本体，智能交互终端，远程通过互联网连接服务器及客户端软件的设备，在系统中中心控制器支持受控设备的注册、地址的分配、对受控设备的控制，对受控设备的数据进行采集存储、与智能交互终端及远程客户端软件的双向通信等功能。

中心控制器是整个智能家居控制系统的核心部分，其最重要的工作是接收、发送和处理数据。接收和发送数据都需要有效地传输媒介和技术，要与智能交互终端(平板电脑)相连通并进行数据的交互通信，无线的传输方式更方便适用。WiFi技术正是一种比较适用的无线传输技术，最终确定中心控制器与移动控制终端之间采用WiFi技术来进行无线数据通信。这样，中心控制器上需要集成WiFi芯片，并编写驱动程序，使其正常工作。

实现中心控制器上的WiFi通信，分为硬件实现和软件实现两部分。基于中心控制器我们要针对其上ARM微处理器芯片的特性，特别是通信接口的特性来选择合适的通信接口，从而来选择合适的通信接口的WiFi芯片，进而根据连接好的ARM芯片和WiFi芯片的特性，编写合适的驱动程序，以使中心控制器上的WiFi芯片能够正常工作，最终实现移动控制终端与中心控制器的通信。本文研究中中心控制器上选用的处理器为STM32F107VC型号的ARM芯片，其上有IZC，SPI，USART等各种通信接口，其性能各异，但理论上都能进行数据传输实现WiFi通信。因此，首先我们需要分析选择合适的通信接口与WiFi芯片的通信接口相连接，并且进而选择合适的WiFi芯片。

灯本体控制部分，包含有如下部件：灯控继电器、电压监测器、负载电流监测模块、Flash内存、无线电收发模块、接收单元、远程遥控器或无线主机、单片机、天线、墙体开关、电源电容、发射单元、电压调节模块。

灯本体包含灯、灯本体控制部分，外部开关、太阳能电池板。灯本体控制部分又包括监测模块，灯控继电器，电源电容，信息存储模块，电压调节模块。其 中，太阳能电池板与电源电容连接；无线电收发模块包含发射单元、接收单元、天线、同时包含有WiFi芯片；单片机内集成有数模转换器；单片机连接外部flash内存芯片，单片机连接有灯控继电器，灯本体监测模块设置有电压监测器，负载电流监测模块。

灯本体运行程序如下：

(1)记忆继电器延迟时间

针对灯控继电器开关以程序运用电压监测器、负载电流监测模块，进行多次开、关灯过程，以量测出该组灯控继电器在磁圈启动给电至接点搭接或释放止的延迟时间，此延迟时间值会储存在Flash内存指定地址内，做为往后开、关灯正式时延迟时间计算使用的重要参考数据。

(2)开启无线电收发模块省电

无线电收发模块以超省电时间同步机制开启接收单元，让远程遥控器或无线主机可以用无线电遥控方式开关灯，天线收到开、关灯命令会产生响应信号唤醒单片机进行开、关灯。

在灯关闭时，本实用新型电源是以关灯储电方式进行运转，电源最大供电能力只有6～8mA，而无线电收发模块的高灵敏度接收单元时耗电为15mA，本实用新型在灯关闭时，采用时间同步机制，让单片机内部定时器将时间程序以每100毫秒运转周期做一次无线电收发模块控制，每五周期做一次循环，也就是每100毫秒运转周期分割成5个时序(TimeSlot)，每时序时间20毫秒，程序在每一周期以不同1个时序时间内开启接收单元，此时接收单元耗能降至一直开启时的1/5，因此平均耗电降至3mA，电源输出耗能＜输入电能就不会出现。

相对的，配合接收单元开启时间的缩减，远程遥控器或无线主机也按此模式每周期只在同1个时序时间内发射控制数据包，发送端5周期时间都固定于时序发送控制数据包，因此5周期时间内本实用新型的无线电收发模块接收单元会在第三周期时序，就同步收到发送端传来控制数据包命令进行开关灯。

灯控开关开灯后，电源的CT变压器会加入充电(开灯充电)，此时电源最大供电能力增加至10～12mA，程序就会调整开启接收单元时序时间为60毫秒(3xTs)，也就是在每一周期以最少重复的3个时序开启接收单元，平均耗电虽增加至9mA(3x3mA)，但仍维持输出耗能＜输入电能稳定用电状况。当出现两组(含)以上灯控开关开灯后，电源最大供电能力又增加至18mA以上，为消耗多余充电 电力，程序弹性调整在全部时序时间一直开启接收单元，让供耗电状况尽量达到入出平衡。

(3)开灯

当单片机在待机状态透过天线或墙体开关监测收到开灯命令被响应信号唤醒，进行启动操作_开灯，以电压监测器进行AC电压监测，启动定时器进行一段计时延迟后启动继电器开灯磁圈给电，经继电器延迟时间后，让继电器接点在下一周期的AC电压搭接灯具负载给电开灯。继电器磁圈耗电约100mA，时间只有30毫秒(ms)，虽然短瞬间大量消耗电源电容所储存的电能，但在启动开灯后0.5秒时间内，就可以将此短暂消耗电能补回来。

响应信号唤醒单片机后，启动WiFi数据传输模式，可以将灯本体内的运行数据传输到中心控制器，也可以将中心控制器中经处理后的控制数据传入灯本体内，传入前中心控制器需对数据进行比对，如没有变化责不进行更新。

(4)关灯

当单片机在待机状态透过天线或墙体开关监测收到关灯命令被响应信号唤醒，程序进行启动操作_关灯，以电流监测器进行监测AC电流，启动定时器进行一段计时延迟后启动继电器关灯磁圈给电，经继电器延迟时间后，让继电器接点在下一周期的AC电流释放，让灯具负载断电关灯。如同开灯，继电器磁圈耗电约100mA，时间只有30毫秒(ms)，虽然短瞬间大量消耗超级电容器所储存的电能，但在关灯情况下，仍可以在1秒时间内，将此短暂消耗电能补回来。

(5)开灯实时电流监测过载保护

当开灯完成程序立即进行负载状态/电流数据监测，负载电流监测器给电，时耗电10毫安(mA)，先延迟1秒灯具负载启动稳定后开启监测操作，透过单片机内建的A/D转换器以每秒250KSampls/s取样速率进行8000次以上取样，判读时间约50毫秒后断电停止以节省耗电，取样数据经运算转换取得负载电流值并判断是否过载？若是，发现灯具负载有短路或过载超过上限值则可立刻进行关灯断电，做到用电安全保护。实时电流监测平均耗电10毫安(mA)，时间只有1.05秒(s)，虽然短瞬间大量消耗电源电容所储存的电能，但在启动开灯后1.5秒时间内，就可以将此短暂消耗电能补回来。

(6)无线电发射单元状态数据通报

通过负载电流监测，程序会启动无线电收发模块给电，透过发射单元将灯控 开关状态与负载电流数据传送给远程主机转送后台监控中心，做为数字家庭系统灯状态监控参考。发射单元发送无线电数据包时间约10毫秒耗电约40mA，不会过量消耗电源电容所储存的电能。

(7)待机状态超省电时钟计时

完成灯控开关状态与负载电流数据无线通报后，为节省耗能程序会启动时钟定时器后，让单片机回到待机模式运转，等待下一次开关灯响应信号，启动时钟计时，在一周期时间后由定时器启动时间响应信号，唤醒单片机再启动负载电流安全监测，以随时维持监控灯控开关的正常运转状况。单片机在定时器运转待机状态下的平均耗电低于10微安(uA)，而本实用新型装置待机状态下总平均耗电约3mA。

灯本体内镶嵌有智能模块及通讯模块，该智能模块具备灯工作状态记录功能，灯工作状态主要包括：开关灯的时间、亮度、色温。通讯模块主要包括无线接收部件。

中心控制器通过WiFi通讯接收灯体内镶嵌的智能模块收集的灯工作状态数据，灯具内部镶嵌的智能模块装置对居室内人员7天内开关灯的时间，色温的调整，进行数据的捕捉，将捕捉到的数据通过中心控制器回传至后台服务器数据库中，后台服务器根据数据库中数据的提取、分析，判断出其夜间睡眠的时间范围，开灯时间，光亮程度等，制定出照明方案，并将该方案回传至灯具模块中，今后凡是在这个睡眠时间段内开启灯具，灯具内部的智能模块装置将自动调节至后台服务器分析出的色温参数数值，造就舒适的照明环境；

通过灯本体模块，连接手机APP，可以手动控制灯具的开关、光亮、色温等，根据不同居室不同时间段使用灯具的数值，后台服务器将对此数据进行整体的分析调整，提供整套适合其生活作息时间的灯具照明方案，在提供舒适化照明的同时，实现智能化管理控制。

灯具的开启可以通过手机、无源开关等开启，方便晚上起夜；

灯本体工作流程：

例如第一天的睡眠时间为22：00-6：30，第二天时间为22：20-6：30灯具会将近一周7天的开关灯的时间及色温的使用情况回传至后台服务器；

后台服务器根据近7天作息时间的变化，制定出其的睡眠时间段及灯光色温，例如合理时间段为：22：00-7：00，色温3W暖色，制定合理的照明方案并回 传至智能模块中；

今后凡在此睡眠时间段开灯，灯具中的智能模块装置，都将自动调节至该舒适色温。

需要注意的是，尽管上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种太阳能供电智能灯，其特征在于：包含灯、灯本体控制部分、外部开关、太阳能电池板，灯本体控制部分又包括监测模块，灯控继电器，电源电容，信息存储模块，无线电收发模块，电压调节模块，其中太阳能电池板与电源电容连接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能供电智能灯，其特征在于，所述的无线电收发模块包含发射单元、接收单元、天线、同时包含有WiFi芯片；单片机内集成有数模转换器；单片机连接外部flash内存芯片，单片机连接有灯控继电器，灯本体监测模块设置有电压监测器，负载电流监测模块。