CN207926980U - 一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统，包括系统主机、LoRa无线协调器和LoRa无线单灯控制器，系统主机与LoRa无线协调器通过总线串行通信，LoRa无线协调器与LoRa无线单灯控制器通过无线网络连接，LoRa无线单灯控制器与外部灯具连接。本实用新型通过系统主机、LoRa无线协调器和LoRa无线单灯控制器对外部可调灯具进行集中控制，能够对可调灯具的故障进行自动检测及定位，并保证集中控制的同时具有功耗低的优点。

Description

一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统

技术领域

本实用新型涉及照明控制领域，尤其涉及一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统。

背景技术

随着我国高速公路的快速发展和城镇建设的加快，隧道照明和城镇道路照明迅猛增加，所需照明灯具数量急剧增长，成为交通领域和城镇公用事业最主要的能源消耗源。现有传统的隧道照明和城镇道路照明控制系统均将灯具分组分段设置安装，有分回路控制方式和分组分级有线调光控制方式。分回路控制方式不对每盏灯进行调光，仅仅控制每组某个回路电源的通断；分组分级有线调光控制方式采用调光控制信号电缆将一组灯具控制信号连接，一组灯具同时调整亮度。这些控制方式需要敷设调光控制线缆、敷设较多的独立照明回路和供电电缆，施工难度大，特别是在隧道照明中，由于使用回路通断和分组分级调光，难以达到隧道亮度平滑控制以满足隧道安全行车要求，且形成较大的电能浪费；此外，没有办法及时检测与诊断灯具故障，更不能对故障灯具进行定位，需要人工巡查才能确定灯具故障和灯具位置，隧道照明维护很不方便，当损坏灯具较多时容易影响行车安全，且当某盏灯具发生调光信号输入端短路时，会使所在一组调光线缆上的所有灯具异常，即不可调光，从而失去调光功能，严重影响隧道行车安全、道路人车安全，或者造成巨大的电能浪费。

近年来，随着物联网技术的发展，已经有许多具有短距离、低数据速率和低功耗特征的无线终端控制器应用于公路照明领域。然而，相对于公路照明而言，隧道内环境相对恶劣，灯具数量相对密集，而且有许多特长隧道。现有功能简单、通讯方式单一的无线终端控制器所存在的远距离与低功耗矛盾日益凸显，且这类无线终端控制器都没有灯具故障自动检测与定位功能，已不适用于隧道照明，随着城镇道路的发展，也难以满足城镇道路和企业内部区域智慧照明的要求。

实用新型内容

本实用新型目的在提供于一种LoRa无线单灯控制系统，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统，包括系统主机、LoRa无线协调器和LoRa无线单灯控制器，系统主机与LoRa无线协调器通过总线串行通信， LoRa无线协调器与LoRa无线单灯控制器通过无线网络连接，LoRa无线单灯控制器与外部灯具连接。

优选地，一种LoRa无线单灯控制系统，包括电源模块、LoRa无线模块、单片机、调光模块、继电器模块和电流采集模块，电源模块分别与LoRa无线模块、调光模块、继电器模块以及单片机连接以提供电力，单片机分别与继电器模块、电流采集模块和调光模块连接，调光模块和电流采集模块与外部灯具连接。

优选地，电源模块包括220V转12V电源模块和12V转3.3V电源模块， 220V转12V电源模块与12V转3.3V电源模块以及继电器模块连接，12V转3.3V电源模块与单片机、调光模块以及LoRa无线模块连接。

优选地，调光模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、保险丝F1、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、稳压二极管U1和运放芯片U2，电阻R1一端作为PWM信号输入端，另一端与三极管Q1基极连接；三极管Q1的集电极与电阻R2的一端、R3的一端以及稳压二极管的负极连接，电阻R2另一端与3.3V电源连接，电阻R3的另一端与电容C1的一端以及运放芯片U2的第一引脚连接，三极管Q1的发射极与稳压二极管U1的正极、电容C1的另一端、电阻R5的一端、电容C2的一端以及运放芯片U2的第二引脚连接并接地；电容C2的另一端与运放芯片U2的第二引脚连接并接12V电源；电阻R5的另一端分别与电阻R4一端以及运放芯片U2的第三引脚连接，电阻R4的另一端与运放芯片U2的第四引脚、保险丝F1一端、二极管D1的负极以及二极管D2的正极连接；二极管D1的正极接地，二极管D2的负极连接12V电源，保险丝F1另一端作为信号输出端。

优选地，电流采集模块包括电流互感器H1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D3、二极管D4和电容C3，电流互感器H1的第一脚作为电源火线的输入端、第三脚作为电源火线的输出端，电阻R6的一端与电流互感器H1的第二脚、电容C3的一端、二极管D3的负极、二极管D4的正极连接并连接至单片机，另一端与电流互感器H1的第四脚、电容C3的另一端、二极管D3的正极、二极管D4的负极、电阻R7的一端以及电阻R8的一端连接；电阻R7的另一端接地；电阻R8的另一端与3.3V电源连接。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过系统主机、LoRa无线协调器和LoRa无线单灯控制器对可调灯具进行集中控制，能够对可调灯具的故障进行自动检测及定位，并保证集中控制的同时具有功耗低的优点。

2、本实用新型的LoRa无线单灯控制器中设计了一种结构简单并且符合实际应用的DA调光模块，该模块电路设计不需要专门的数模芯片，大大节省了造价成本。

3、本实用新型的LoRa无线单灯控制器中所设计的电流采集模块的电路不需要加入电压放大器，也不需要其他添加芯片提高采集精度，成本低廉、结构简单又实用，经济效益高。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的一种LoRa无线单灯控制系统机构图；

图2是本实用新型优选实施例的LoRa无线单灯控制器系统结构图

图3是本实用新型优选实施例的调光模块电路框图；

图4是本实用新型优选实施例的电流采集与灯具电源输出模块电路框图；

图5是本实用新型优选实施例的单灯控制器功能与软件流程实现图。

图中，1、系统主机；2、LoRa无线协调器；3、LoRa无线单灯控制器；311、220V转12V电源模块；312、12V转3.3V电源模块；32、LoRa无线模块；33、单片机；34、调光模块；35、继电器模块；36、电流采集模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统，参见图1，包括系统主机1、LoRa无线协调器2和LoRa无线单灯控制器3，系统主机1与LoRa无线协调器2通过总线串行通信，LoRa无线协调器2与LoRa无线单灯控制器3通过无线网络连接，LoRa无线单灯控制器3与外部灯具连接。

系统主机1可使用可编程逻辑控制器PLC或者工业控制计算机，主机内置的总线接口模块通过485总线或者CAN总线或者PROFIBUS总线与LoRa无线协调器2内置的总线转换接口模块连接，主机与LoRa无线协调器2实现总线式串行通信，由主机发起通信。LoRa无线协调器2接收到主机命令后发起LoRa无线通信，将主机发出的命令发送给成功组网进入系统的LoRa无线可调光单灯控制器，然后可接受单灯控制器通过LoRa无线通信返回的灯具故障状态信息，并通过总线通信上传到系统主机1。LoRa无线单灯控制器3通过LoRa无线通信方式与LoRa无线协调器2进行通信，接收到LoRa无线协调器2发来的控制命令后解析并处理数据，根据命令解析结果，可分别进行自身的网络参数配置与修改、对所连接的LED灯具进行调光控制或电源的开关控制；如果命令是读取灯具故障状态信息，则向协调器返回相应的灯具故障状态值和故障定位数据。LoRa无线单灯控制器3通过电流传感器定时采集灯具故障信息。故障定位数据由单灯控制器自动生成。

由本实用新型的LoRa无线单灯控制器3、LoRa无线协调器2、系统主机1构成基于LoRa无线单灯控制系统。该系统应用于隧道、城镇道路或者企业区域照明，形成隧道管理所或者道路管理所或者企业照明一级的无线照明局域网络，通过互联网组网，可形成更大的照明监控系统，如省市级高速公路隧道照明智慧监控系统等。

优选地，参见图2，LoRa无线单灯控制器3包括电源模块、LoRa无线模块32、单片机33、调光模块34、继电器模块35和电流采集模块36，电源模块分别与LoRa无线模块32、调光模块34、继电器模块35以及单片机33连接以提供电力，单片机33分别与继电器模块35、电流采集模块36和DA调光模块34连接，调光模块34和电流采集模块36与外部灯具连接。

单片机33控制LoRa无线模块32，通过433MHz天线发射或接受无线信号实现无线通信，该天线应裸露于可调光单灯控制器外壳外，以免影响通信距离和传输效果。单片机33在接收到LoRa无线调光通信命令后，输出占空比可调的PWM信号给DA调光模块34，由DA调光模块34将PWM信号转换为0-10VDC调光控制信号，输出给灯具的电源控制模块，电源控制模块根据调光信号自动调节灯具的照明亮度实现调光。单片机33在接收到LoRa无线继电器开关控制信号通信命令后，控制继电器的通断，实现灯具电源的通断控制，即控制灯具电源的上电与断电。LoRa无线单灯控制器3和灯具的工作电源由单灯控制器的220VAC电源输入端口接入。LoRa无线可调光单灯控制器有两路输出，一路为灯具的0-10VDC或者PWM调光信号，一路为220VAC灯具电源。这两路输出与灯具对应输入连接，LoRa无线可调光单灯控制器就可以分别实现灯具的调光和电源通断控制。可调光灯具电源控制模块的电源输入端与LORA无线可调光单灯控制器的220V输出端连接，产生灯具电源，灯具运行的工作电流被LORA无线可调光单灯控制器的电流采集模块36检测；可调光灯具电源控制模块的调光输入端与LORA无线可调光单灯控制器的DA调光模块34输出端相连接，获得0-10V调光控制信号。若灯具所需调光控制信号为PWM信号，则由单片机33直接输出PWM信号，不需要通过DA调光模块34。

优选地，电源模块包括220V转12V电源模块311和12V转3.3V电源模块312， 220V转12V电源模块311与12V转3.3V电源模块312以及继电器模块35连接，12V转3.3V电源模块312与单片机33、调光模块34以及LoRa无线模块32连接。

交流220V市电接LORA无线可调光单灯控制器的电源输入端，在内部经过220V转12V电源模块311输出直流12V电源；直流12V电源直接给继电器线圈供电，同时，又经过12V转3.3V电源模块312输出直流3.3V电源，给单片机33和LoRa无线模块32提供3.3V供电。

优选地，调光模块34包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、保险丝F1、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、稳压二极管U1和运放芯片U2，电阻R1一端作为PWM信号输入端，另一端与三极管Q1基极连接；三极管Q1的集电极与电阻R2的一端、R3的一端以及稳压二极管的负极连接，电阻R2另一端与3.3V电源连接，电阻R3的另一端与电容C1的一端以及运放芯片U2的第一引脚连接，三极管Q1的发射极与稳压二极管U1的正极、电容C1的另一端、电阻R5的一端、电容C2的一端以及运放芯片U2的第二引脚连接并接地；电容C2的另一端与运放芯片U2的第二引脚连接并接12V电源；电阻R5的另一端分别与电阻R4一端以及运放芯片U2的第三引脚连接，电阻R4的另一端与运放芯片U2的第四引脚、保险丝F1一端、二极管D1的负极以及二极管D2的正极连接；二极管D1的正极接地，二极管D2的负极连接12V电源，保险丝F1另一端作为信号输出端。

图3所示为LoRa无线单灯控制器3中DA调光模块34的具体设计电路，实现占空比为0-100%的PWM调光信号到0-10V直流调光信号的转换：由单片机33输出PWM信号；三极管Q1和电阻R2、R3，电容C1将Q1输出的幅值3.3V、占空比0-100%变化的PWM波形转换为C1两端随PWM波形占空比变化，幅值为2.5-0V的直流电压波形，该直流电压波形经LM321运算放大电路放大，输出幅值在0-10V范围内变化的直流调光电压V_OUT。

优选地，参见图4，电流采集模块36包括电流互感器H1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D3、二极管D4和电容C3，电流互感器H1的第一脚作为电源火线的输入端、第三脚作为电源火线的输出端，电阻R6的一端与电流互感器H1的第二脚、电容C3的一端、二极管D3的负极、二极管D4的正极连接并连接至单片机33，另一端与电流互感器H1的第四脚、电容C3的另一端、二极管D3的正极、二极管D4的负极、电阻R7的一端以及电阻R8的一端连接；电阻R7的另一端接地；电阻R8的另一端与3.3V电源连接。

使用继电器HF32F的常闭触点连接220V输入火线220V-L，将电流互感器（DL-CT21C0.2）的源边接线端1连接继电器常闭触头（220V-L1）和电流互感器的源边接线端 3串接在灯具电源控制模块的供电电源火线（220V-L2）上，和220V电源零线经单灯控制器灯具电源输出接线端子输出给灯具供电。由图3中单片机控制继电器线圈电流的通断来实现灯具电源的断开和接通。当继电器断电时，灯具电流流过电流互感器源边，在电流互感器付边，即接线端子2和4上产生对应的电流。电流互感器的匝数比是1:200（源边：副边）；与电流互感器的副边接线端子2和4并联510欧姆的取样电阻R6，将电流信号转换成电压信号；通过两个二极管D4和D3反并联对电压信号进行限幅，由接线端子PC4输出。

参见图5， LoRa无线单灯控制器3的软件功能控制包括以下步骤：

步骤一：LoRa无线可调光单灯控制器接收到与自身网络号一致的LoRa无线协调器2发来的无线命令信息后，首先判断命令是否是读取灯具故障状态命令，如果是，则启动ADC采样，并运行故障判断程序进行灯具故障判断。然后返回灯具故障状态信息给网络LoRa无线协调器2，若有灯具故障，还会自动返回故障灯具的定位信息。

步骤二：如果不是读取灯具故障状态命令，则判断命令是否为灯具调光命令，如果是，则LoRa无线可调光单灯控制器通过DA调光模块34输出与之相连的LED灯具调光控制信号进行平滑调光，3秒内调到所要求的调光值。

步骤三：如果不是对灯具进行调光命令，则判断命令是否为灯具电源开关控制命令，如果是，则继电器模块35做出相应的动作，控制灯具电源开通或者关闭。

步骤四：如果不是控制灯具电源开关命令，则判断是否是修改节点网络参数命令，如果是，则LoRa无线可调光单灯控制器在线修改自身网络参数，修改完成后自动重启。

步骤五：如果不是修改节点网络参数命令，则LoRa无线可调光单灯控制器转换为无线接收模式，等待新的无线信息到来。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统，其特征在于，包括系统主机（1）、LoRa无线协调器（2）和LoRa无线单灯控制器（3），所述系统主机（1）与所述LoRa无线协调器（2）通过总线串行通信，所述LoRa无线协调器（2）与所述LoRa无线单灯控制器（3）通过无线网络连接，所述LoRa无线单灯控制器（3）与外部灯具连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统，其特征在于，所述LoRa无线单灯控制器（3）包括电源模块、LoRa无线模块（32）、单片机（33）、调光模块（34）、继电器模块（35）和电流采集模块（36），所述电源模块分别与所述LoRa无线模块（32）、所述调光模块（34）、所述继电器模块（35）以及所述单片机（33）连接以提供电力，所述单片机（33）分别与所述继电器模块（35）、所述电流采集模块（36）和所述调光模块（34）连接，所述调光模块（34）和所述电流采集模块（36）与外部灯具连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统，其特征在于，所述电源模块包括220V转12V电源模块（311）和12V转3.3V电源模块（312），所述220V转12V电源模块（311）与所述12V转3.3V电源模块（312）以及所述继电器模块（35）连接，所述12V转3.3V电源模块（312）与所述单片机（33）、所述调光模块（34）以及所述LoRa无线模块（32）连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统，其特征在于，所述调光模块（34）包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、保险丝F1、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、稳压二极管U1和运放芯片U2组成，电阻R1一端作为PWM信号输入端，另一端与三极管Q1基极连接；三极管Q1的集电极与电阻R2的一端、R3的一端以及稳压二极管的负极连接，电阻R2另一端与3.3V电源连接，电阻R3的另一端与电容C1的一端以及运放芯片U2的第一引脚连接，三极管Q1的发射极与稳压二极管U1的正极、电容C1的另一端、电阻R5的一端、电容C2的一端以及运放芯片U2的第二引脚连接并接地；电容C2的另一端与运放芯片U2的第二引脚连接并接12V电源；电阻R5的另一端分别与电阻R4一端以及运放芯片U2的第三引脚连接，电阻R4的另一端与运放芯片U2的第四引脚、保险丝F1一端、二极管D1的负极以及二极管D2的正极连接；二极管D1的正极接地，二极管D2的负极连接12V电源，保险丝F1另一端作为信号输出端。

5.根据权利要求2所述的一种基于LoRa技术的无线单灯控制系统，其特征在于，所述电流采集模块（36）包括电流互感器H1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D3、二极管D4和电容C3，电流互感器H1的第一引脚作为电源火线的输入端、第三引脚作为电源火线的输出端，电阻R6的一端与电流互感器H1的第二引脚、电容C3的一端、二极管D3的负极、二极管D4的正极连接并连接至单片机（33），另一端与电流互感器H1的第四引脚、电容C3的另一端、二极管D3的正极、二极管D4的负极、电阻R7的一端以及电阻R8的一端连接；电阻R7的另一端接地；电阻R8的另一端与3.3V电源连接。