CN208924545U - 一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于嵌入式系统技术领域，公开了一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器,包括电源电路(1)、lora电路(2)、低功耗mcu电路(3)、磁保持继电器输出电路(4)。本实用新型提供了一种新型的基于lora技术的低功耗灯光控制器，其采用lora通讯方式控制灯光控制器，适合于长距离无线控制，由于lora的传输距离可以达到5km，所以这种灯光控制器的覆盖范围广，适合于远距离独立灯光的控制，例如山区照明、景观灯光的控制等。不仅如此，其采用阻容降压方式直接从220V电源线上取电，稳压为3.3V后给整机供电。控制器平时处于待机状态，待机电流700uA，几乎可以忽略不计；按每10秒唤醒一次，按照唤醒时间间隔10秒，工作时间10ms计算，其消耗电能仅为持续工作电能损耗的1/1000，几乎可以忽略不计；控制器采用磁保持继电器，控制灯光的通断，没有持续电流损耗，虽然通断发生时有大电流产生，但由于时间短暂，每天通断的次数有限，其电能损耗极小。综上所述，这种新型的灯光控制器，在每天通断次数有限的情况下，几乎不产生额为电能消耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及嵌入式系统技术领域，具体为一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器。
背景技术
LoRa是一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗无线数据传输技术，其接受灵敏度可达到-148dbm，其使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK（频移键控）调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的无线设备能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展系统容量。
磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器，也是一种自动开关。和其它电磁继电器一样，对电路起着自动接通和切断作用。所不同的是，磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢的作用，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的。磁保持继电器开关状态转换后，没有持续电能损耗，所以具有省电、性能稳定、体积小、承载能力大，比一般电磁继电器性能优越的等多种优点。
灯光控制器是一种对灯光的开关状态进行控制的智能装置，其使用范围非常广泛，例如家庭、办公场所、娱乐场所、路灯控制等。灯光控制器一般置于灯光内，通过无线或有线的方式控制灯光电源的通断，以达到节省电能，或者通过灯光组合制造特定环境氛围的目的。
从前述分析可以看出，灯光控制器的首要目的在于节省电能，其可以根据人员有无、指定时间、指定事件等多种情况控制灯光的开启与关闭以达到节省电能的目的。但有一点不可忽略的就是灯光控制器本身的电能损耗，虽然灯光的电源处于关闭状态，但是由于灯光控制器随时需要接收用户发来的指令信息，所以大部分现有灯光控制器从电源上取电后一直处于导通状态，虽然灯光控制器自身消耗电流不大，但是由于其一直处于导通状态，按工作电流20mA计算，一天耗电也接近0.1kwh（0.02 * 220 * 24 / 1000 = 0.1）。还有一点需要指出的是，大部分现有的灯光控制器其采用电磁继电器控制灯光的电源，由于电磁继电器在吸合后，始终保持高电流损耗（此数值和继电器选取有关，大部分继电器导通电流都在100mA以上），这也增加了灯光控制器本身的电能损耗。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种新型的基于lora技术的低功耗灯光控制器，其采用lora通讯方式控制灯光控制器，适合于长距离无线控制，由于lora的传输距离可以达到5km，所以这种灯光控制器的覆盖范围广，适合于远距离独立灯光的控制，例如山区照明、景观灯光的控制等。不仅如此，其采用阻容降压方式直接从220V电源线上取电，稳压为3.3V后给整机供电。控制器平时处于待机状态，待机电流700uA，几乎可以忽略不计；按每10秒唤醒一次，按照唤醒时间间隔10秒，工作时间10ms计算，其消耗电能仅为持续工作电能损耗的1/1000，几乎可以忽略不计；控制器采用磁保持继电器，控制灯光的通断，没有持续电流损耗，虽然通断发生时有大电流产生，但由于时间短暂，每天通断的次数有限，其电能损耗极小。综上所述，这种新型的灯光控制器，在每天通断次数有限的情况下，几乎不产生额为电能消耗。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器,包括电源电路(1)、lora电路(2)、低功耗mcu电路(3)、磁保持继电器输出电路(4)；所述的电源电路(1)采用220V阻容降压工作方式，为lora电路（2）、低功耗mcu电路（3）和磁保持继电器输出电路（4）提供电源，其中lora电路（2）的电源和磁保持继电器电路（4）的动作受低功耗mcu电路（3）控制；所述的lora电路(2)用于与无线网内其它设备通信，将接收到的数据传递给低功耗mcu（3），低功耗mcu电路（3）接收远端lora设备进行灯光电源的通断控制；所述的低功耗mcu电路(3)控制lora电路（2）的电源和磁保持继电器电路（4）的动作，其使用SPI接口与lora电路（2）连接，通过脉冲控制方式控制磁保持继电器电路（4）的通断；所述的磁保持继电器输出电路(4)接收低功耗mcu电路（3）的脉冲信号，对灯光电源进行通断控制。
优选的，所述的电源电路(1)采用220V阻容降压工作方式，为lora电路（2）、低功耗mcu电路（3）和磁保持继电器输出电路（4）提供电源，其中lora电路（2）的电源和磁保持继电器电路（4）的动作受低功耗mcu电路（3）控制;220V通过DP1接入电源电路（1）,阻容降压后经过硅桥整流，稳压管稳压后产生12V电压；经DU2（其型号为MCP33）稳压后给低功耗mcu电路（3）持续供电；lora电路（2）电源受低功耗mcu电路（3）控制，当DQ1（其型号是SI2301）MOS管导通后，经DU1（其型号为MCP33）稳压后给lora电路（2）供电。
优选的，所述的lora电路(2)用于与无线网内其它设备通信，将接收到的数据传递给低功耗mcu（3），低功耗mcu电路（3）接收远端lora设备进行灯光电源的通断控制;电路由lora芯片WU1、天线电路及其外围电路组成；WU1采用的型号是SX1278IMLTRT，天线电路由多重滤波电路组成，其选值频率为我国433M免费频段；WU1外接32M晶振，所有电源引脚均做去耦处理，复位引脚接阻容复位电路；其电源由电源电路（1）提供，采用SPI接口CS、SCK、MOSI和MISO与低功耗mcu电路（3）通信。
优选的，所述的低功耗mcu电路(3)控制lora电路（2）的电源和磁保持继电器电路（4）的动作，其使用SPI接口与lora电路（2）连接，通过脉冲控制方式控制磁保持继电器电路（4）的通断;电路由低功耗mcu芯片MU1（其型号是ATMEG168PA-AU）、程序下载接口MP1机器外围电路组成；其通过SPI接口CS、SCK、MOSI和MISO信号与lora电路（2）通信；通过C_W信号控制lora电路的电源，以降低整体功耗；通过A、B脉冲信号控制磁保持继电器输出电路（4）的通断。
优选的，所述的磁保持继电器输出电路(4)接收低功耗mcu电路（3）的脉冲信号，对灯光电源进行通断控制;电路由磁保持继电器控制芯片CU1（其型号是BL8023）和磁保持继电器CK1（其型号是BST902）组成，CK1的通断受低功耗mcu电路（3）的A和B引脚控制。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
(1)可以完成点对点5km以上的超远传输距离控制；
(2)采用磁保持继电器，没有持续电能损耗；
(3)低功耗设计，几乎不产生额为电能损耗；
(4)定时唤醒时间可设置，用以调节能耗和反应时间。
附图说明
本实用新型涉及到的附图说明如下：
图1为实用新型的系统总体框图；图2为电源电路图；图3为lora电路图；图4为低功耗mcu电路图；图5为磁保持继电器输出电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，
一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器,包括电源电路(1)、lora电路(2)、低功耗mcu电路(3)、磁保持继电器输出电路(4)；所述的电源电路(1)采用220V阻容降压工作方式，为lora电路（2）、低功耗mcu电路（3）和磁保持继电器输出电路（4）提供电源，其中lora电路（2）的电源和磁保持继电器电路（4）的动作受低功耗mcu电路（3）控制；所述的lora电路(2)用于与无线网内其它设备通信，将接收到的数据传递给低功耗mcu（3），低功耗mcu电路（3）接收远端lora设备进行灯光电源的通断控制；所述的低功耗mcu电路(3)控制lora电路（2）的电源和磁保持继电器电路（4）的动作，其使用SPI接口与lora电路（2）连接，通过脉冲控制方式控制磁保持继电器电路（4）的通断；所述的磁保持继电器输出电路(4)接收低功耗mcu电路（3）的脉冲信号，对灯光电源进行通断控制。
请参阅图1和2，
电源电路(1)采用220V阻容降压工作方式，为lora电路（2）、低功耗mcu电路（3）和磁保持继电器输出电路（4）提供电源，其中lora电路（2）的电源和磁保持继电器电路（4）的动作受低功耗mcu电路（3）控制;220V通过DP1接入电源电路（1）,阻容降压后经过硅桥整流，稳压管稳压后产生12V电压；经DU2（其型号为MCP33）稳压后给低功耗mcu电路（3）持续供电；lora电路（2）电源受低功耗mcu电路（3）控制，当DQ1（其型号是SI2301）MOS管导通后，经DU1（其型号为MCP33）稳压后给lora电路（2）供电。
电路原理：电源电路（1）采用阻容降压方式，经由DD1、DD2、DD4和DD5整流二极管组成的整流电路后，送DD3稳压管，DD3稳压电流为12V；此12V经DU1和DU2稳压后产生2路3.3V电源，分别给低功耗mcu电路（3）、lora电路（2）；其中低功耗mcu电路（3）处于连续通电状态，由其产生控制信号C_W控制lora电路（2）的电源；控制电路采用MOS控制方法，选用的MOS管DQ1漏电流很小，当其处于截至状态时，其漏电流小于1uA，几乎可以忽略不计，所以整个模块的功耗在大部分时间只需考虑低功耗mcu电路（3）的功耗。
请参阅图1和3，
lora电路(2)用于与无线网内其它设备通信，将接收到的数据传递给低功耗mcu（3），低功耗mcu电路（3）接收远端lora设备进行灯光电源的通断控制;电路由lora芯片WU1、天线电路及其外围电路组成；WU1采用的型号是SX1278IMLTRT，天线电路由多重滤波电路组成，其选值频率为我国433M免费频段；WU1外接32M晶振，所有电源引脚均做去耦处理，复位引脚接阻容复位电路；其电源由电源电路（1）提供，采用SPI接口CS、SCK、MOSI和MISO与低功耗mcu电路（3）通信。
电路原理：电路通过lora无线方式与无线网内其它设备通信，通过SPI接口CS、SCK、MOSI和MISO信号与低功耗mcu电路（3）通信，其电源受低功耗mcu电路（3）控制，平常状态下处于断电状态，以节省功耗。
请参阅图1和4，
低功耗mcu电路(3)控制lora电路（2）的电源和磁保持继电器电路（4）的动作，其使用SPI接口与lora电路（2）连接，通过脉冲控制方式控制磁保持继电器电路（4）的通断;电路由低功耗mcu芯片MU1（其型号是ATMEG168PA-AU）、程序下载接口MP1机器外围电路组成；其通过SPI接口CS、SCK、MOSI和MISO信号与lora电路（2）通信；通过C_W信号控制lora电路的电源，以降低整体功耗；通过A、B脉冲信号控制磁保持继电器输出电路（4）的通断。
电路原理：电源电路（1）给低功耗mcu电路（3）持续供电，但低功耗mcu电路（3）平时处于睡眠状态，且对lora电路（2）进行掉电处理，所以整体功耗极低；低功耗mcu具备定时唤醒方式，按事先预设的时间自动唤醒；低功耗mcu唤醒后，给lora电路（2）供电，接收控制指令，按照指令通过A、B引脚以脉冲形式控制磁保持继电器输出电路的通断。
请参阅图1和5，
磁保持继电器输出电路(4)接收低功耗mcu电路（3）的脉冲信号，对灯光电源进行通断控制;电路由磁保持继电器控制芯片CU1（其型号是BL8023）和磁保持继电器CK1（其型号是BST902）组成，CK1的通断受低功耗mcu电路（3）的A和B引脚控制。
电路原理：磁保持继电器控制芯片BL8023可以将电平信号转换为脉冲信号控制磁保持继电器CK1的通断，其电平由低功耗mcu电路（3）的A和B引脚控制；当A给高电平，B给低电平时，磁保持继电器开；当A给低电平，B给高电平时，磁保持继电器关；当A和B电平相同时，继电器处于保持状态；继电器的输出控制220V火线的通断，从而控制灯光的开与关。
综上所述：一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器,其可以完成点对点5km以上的超远传输距离控制，其采用磁保持继电器，没有持续电能损耗，其低功耗设计，几乎不产生额为电能损耗，其定时唤醒时间可设置，用以调节能耗和反应时间，因此有效的解决了现有技术的不足。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器,包括电源电路(1)、lora电路(2)、低功耗mcu电路(3)、磁保持继电器输出电路(4)；所述的电源电路(1)采用220V阻容降压工作方式，为lora电路（2）、低功耗mcu电路（3）和磁保持继电器输出电路（4）提供电源，其中lora电路（2）的电源和磁保持继电器输出电路（4）的动作受低功耗mcu电路（3）控制；所述的lora电路(2)用于与无线网内其它设备通信，将接收到的数据传递给低功耗mcu电路（3），低功耗mcu电路（3）接收远端lora设备进行灯光电源的通断控制；所述的低功耗mcu电路(3)控制lora电路（2）的电源和磁保持继电器输出电路（4）的动作，其使用SPI接口与lora电路（2）连接，通过脉冲控制方式控制磁保持继电器输出电路（4）的通断；所述的磁保持继电器输出电路(4)接收低功耗mcu电路（3）的脉冲信号，对灯光电源进行通断控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器其特征在于，所述的电源电路(1)采用220V阻容降压工作方式，为lora电路（2）、低功耗mcu电路（3）和磁保持继电器输出电路（4）提供电源，其中lora电路（2）的电源和磁保持继电器输出电路（4）的动作受低功耗mcu电路（3）控制;220V通过DP1接入电源电路（1）,阻容降压后经过硅桥整流，稳压管稳压后产生12V电压；经型号为MCP33的DU2稳压后给低功耗mcu电路（3）持续供电；lora电路（2）电源受低功耗mcu电路（3）控制，当型号为SI2301的MOS管DQ1导通后，经DU1稳压后给lora电路（2）供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器其特征在于，所述的lora电路(2)用于与无线网内其它设备通信，将接收到的数据传递给低功耗mcu电路（3），低功耗mcu电路（3）接收远端lora设备进行灯光电源的通断控制;电路由lora芯片WU1、天线电路及其外围电路组成；WU1采用的型号是SX1278IMLTRT，天线电路由多重滤波电路组成，其选值频率为我国433M免费频段；WU1外接32M晶振，所有电源引脚均做去耦处理，复位引脚接阻容复位电路；其电源由电源电路（1）提供，采用SPI接口CS、SCK、MOSI和MISO与低功耗mcu电路（3）通信。
4.根据权利要求1所述的一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器其特征在于，所述的低功耗mcu电路(3)控制lora电路（2）的电源和磁保持继电器输出电路（4）的动作，其使用SPI接口与lora电路（2）连接，通过脉冲控制方式控制磁保持继电器输出电路（4）的通断;电路由低功耗mcu芯片MU1，其型号是ATMEG168PA-AU，程序下载接口MP1机器外围电路组成；其通过SPI接口CS、SCK、MOSI和MISO信号与lora电路（2）通信；通过C_W信号控制lora电路的电源，以降低整体功耗；通过A、B脉冲信号控制磁保持继电器输出电路（4）的通断。
5.根据权利要求1所述的一种基于lora传输技术的低功耗灯光控制器其特征在于，所述的磁保持继电器输出电路(4)接收低功耗mcu电路（3）的脉冲信号，对灯光电源进行通断控制;电路由磁保持继电器控制芯片CU1，其型号是BL8023，和磁保持继电器CK1，其型号是BST902，CK1的通断受低功耗mcu电路（3）的A和B引脚控制。
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