CN215499670U - 一种新型楼宇智能灯控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型楼宇智能灯控制器，包括第一稳压电路、第二稳压电路、协调监控模块和若干个终端控制模块；协调监控模块和每一个终端控制模块通过无线通信连接组成星型网络；终端控制模块分别与声音传感器、光敏传感器和人体感测模块连接组成终端电路，终端控制模块连接继电器控制电路；第一稳压电路分别连接协调监控模块和所述终端电路，第二稳压电路连接继电器控制电路。本实用新型采用ZigBee无线网络通信进行连接，使得照明灯的布置方式更加灵活方便；同时采用星型网络连接，能够统一协调管理所有的灯光控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及灯光照明领域，尤其是涉及一种新型楼宇智能灯控制器。
背景技术
随着当今世界的飞速发展，资源浪费的问题愈加突出，尤其体现在各类建筑及大型公众场所的照明问题上。当前情况，大多的楼宇及公共场所都还是传统的照明方式，即人为的开关照明灯，这样的方式不但需要耗费人力，而且更加容易浪费资源，因为传统的照明方式不可避免的会出现没人或者不必要开灯情况下仍旧保持照明的情况。因此，实现楼宇灯的智能控制是潮流所趋，无可避免，这也当下在灯光控制方面所研究的发展方向。
在中国专利文献上公开的“一种智能灯光控制系统”，其公开号为CN206835424U，公开日期2018-01-02，包括设置于楼层上的照明灯和用于控制照明灯开闭的控制模块,控制模块包括一级开关、二级开关和可控开关；一级开关、二级开关串联，可控开关串联于照明灯，当一级开关和二级开关共同闭合时，可控开关闭合；一级开关包括光敏开关于光照强度低于预设光照值时闭合；二级开关包括并联的声控开关、人体红外感应开关和对照开关；声控于声音强度高于预设分贝值时闭合；人体红外感应开关于照明灯下存在人时闭合；对照开关当房门离开门框时闭合，该实用新型可以实现智能化的灯光开关控制。但是该实用新型需要使用电线连接各个部分，在墙体内布线的工程花费较大，同时在不同楼层布置的若干个智能灯光控制系统各自独立，无法进行统一的协调管理，需要花费人力来回确认工作状态。
实用新型内容
本实用新型是为了克服现有技术中智能灯光控制系统受限于电线连接造成的不便，以及各个不同位置的灯光控制系统缺乏统一协调管理的问题，提供了一种新型楼宇智能灯控制器，采用ZigBee无线网络通信进行连接，使得照明灯的布置方式更加灵活方便；同时采用星型网络连接，能够统一协调管理所有的灯光控制。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种新型楼宇智能灯控制器，包括第一稳压电路、第二稳压电路、协调监控模块和若干个终端控制模块；所述协调监控模块和每一个终端控制模块通过无线通信连接组成星型网络；所述终端控制模块分别与声音传感器、光敏传感器和人体感测模块连接组成终端电路，所述终端控制模块连接继电器控制电路；所述第一稳压电路分别连接协调监控模块和所述终端电路，所述第二稳压电路连接继电器控制电路。
本实用新型中，第一稳压电路和第二稳压电路用于将电源电压转化成智能灯控制电路中各个部件正常工作所需要的的电压并稳定输出。协调监控模块作为星型网络的中心部分，若干个终端控制模块作为星型网络的一个个节点，组合成完整的智能灯控制系统；协调监控模块可以协调处理各个节点的实时情况，方便相关人员对所有照明灯状态的了解，终端控制模块接收传感器采集的信息，和协调监控模块通信并分析，通过控制继电器的开闭来控制灯光的开启和关闭。
作为优选，所述协调监控模块设置有第一射频芯片，所述终端控制模块设置有第二射频芯片，协调监控模块和终端控制模块通过第一射频芯片和第二射频芯片之间的ZigBee无线网络双向连接。
本实用新型中，CC2530芯片是用在2.4GHz这一频段的ZigBee，IEEE 802.15.4这个协议，还包括RF4CE应用的一个具有真正意义的片上系统的解决方案。这个芯片的材料成本非常低，并且能够在这个基础上建立起非常强悍的网络节点，且CC2530自身融合了很多使用和好的性能。ZigBee是一项类似于蓝牙的新兴的无线通信技术，其产生参考了蜜蜂之间相互联系的方式，适合用于传输范围短以及数据传输速率低的电子元器件设备。ZigBee能够在上千的微传感器之间，通过一定的无线电标准完成相互的协调通信。
作为优选，所述第一稳压电路包括降压稳压芯片U1，所述降压稳压芯片U1的使能端和接地端相连并模拟接地，所述降压稳压芯片U1的第一输入端和第二输入端相连并连接电容C1的一端、电解电容C8的正极和开关PB1的第二接口；开关PB1的第一接口连接电源；降压稳压芯片U1的反馈端、第一输出端和第二输出端相连并连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电解电容C3的正极、电容C2的一端和电阻R2的一端并输出电压z_3V3；电阻R2的另一端通过发光二极管LED2与电容C2的另一端、电解电容C3的阴极、电容C1的另一端和电解电容C8的阴极相连并模拟接地；模拟接地端通过电阻R3接地。
本实用新型中，声音传感器、光敏传感器和人体感测模块以及射频芯片的供电电压要求为3.3V，因此需要将电源电压转换为3.3V的稳定电压。采用TPS73xx系列（如TPS7333）低压差串联型降压稳压芯片，可以提供500mA的稳压电流，在输出100mA电流的情况下，输入输出电压压差可以最多不超过35mV，这可以大大提高稳压电源的效率，或者提供大的电源稳压范围。
作为优选，所述第二稳压电路包括三端稳压器U2，所述三端稳压器U2的第三输入端与电容C6的一端和电解电容C4的正极相连并连接电源；所述三端稳压器U2的第三输出端与电解电容C5的正极、电容C7的一端和电阻R1的一端相连并输出5V电压；电阻R1的另一端通过发光二极管LED1与电容C7的另一端、电解电容C5的阴极、三端稳压器U2的接地端、电容C6的另一端和电解电容C4的阴极相连并接地。
本实用新型采用LM29400作为输出电压固定的低压差三端稳压器，输出电压5V，输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0. 8V，最大输入电压26V，工作温度在零下40摄氏度到125摄氏度之间，内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。
作为优选，所述协调监控模块包括射频芯片U3和显示屏OLED1，所述射频芯片U3的协调电压供应端接有第一稳压电路输出电压，所述射频芯片U3与显示屏OLED1相互连接。
采用OLED作为显示器，体积小、重量轻。并且由于是自身发光，其具有显示清楚，使用寿命长，功耗低，显示不同颜色的字体等优点。
作为优选，所述终端控制模块包括射频芯片U4，所述射频芯片U4的终端电压供应端接有第一稳压电路输出电压，射频芯片U4的第二、第三I/O端口分别连接光敏传感器M1的数字信号端和模拟信号端；射频芯片U4的第四、第五I/O端口分别连接人体感测模块M2的数字信号端和模拟信号端；射频芯片U4的第六、第七I/O端口分别连接声音传感器M3的数字信号端和模拟信号端；光敏传感器M1的接地端、声音传感器的接地端和人体感测模块的接地端同时接地；光敏传感器M1的电压端、声音传感器的电压端和人体感测模块的电压端同时连接第一稳压电路输出电压。
声音传感器测量声音强度；光敏传感器测量光照强度；人体感测模块测量人体是否进入测量范围，然后将所测物理量转换为电压信号，并传送给差动式放大器，它有着放大倍数高等优点。放大后的信号被转换为电流信号，并根据非线性进行校正，最终产生标准电流电压信号输入射频芯片。
作为优选，所述继电器控制电路包括继电器K1和楼道灯L1，楼道灯L1的一端连接第二稳压电路输出电压，楼道灯L1的另一端连接继电器K1的常开接点，继电器K1的动接点接地，继电器K1的线圈一端接地，继电器K1的线圈的另一端和射频芯片U4的复位端连接，继电器K1还有一个常闭接点。
继电器不吸合时，动接点和常闭接点连通，楼道灯所在电路不连通，因此不发光；继电器线圈有电流通过吸合时，动接点和常开接点连通使得楼道灯所在回路连通，此时楼道灯发光进行照明。
本实用新型具有以下有益效果：采用ZigBee无线网络通信连接，使得照明灯的布置方式更加灵活方便，减少了使用电线连接需要在墙体安装的固定电线的麻烦，并且运行功耗低，使用成本低；以协调监控模块作为中心，终端控制模块作为节点，采用星型网络连接，能够统一协调管理所有的灯光控制，节省大量人工检查各个终端所需要的的人力。
附图说明
图1是本实用新型的整体系统框图；
图2是本实用新型的第二稳压电路图；
图3是本实用新型的第一稳压电路图；
图4是本实用新型的协调监控模块电路图；
图5是本实用新型的终端控制模块电路图；
图6是本实用新型实施例的节点入网绑定流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种新型楼宇智能灯控制器，包括第一稳压电路、第二稳压电路、协调监控模块和若干个终端控制模块；协调监控模块和每一个终端控制模块通过无线通信连接组成星型网络；终端控制模块分别与声音传感器、光敏传感器和人体感测模块连接组成终端电路，终端控制模块连接继电器控制电路；第一稳压电路分别连接协调监控模块和终端电路，第二稳压电路连接继电器控制电路。
协调监控模块使用一块CC2530射频芯片作为核心电路，终端控制模块使用另一块CC2530射频芯片作为核心电路，协调监控模块和终端控制模块通过射频芯片之间的ZigBee无线网络双向连接。
如图3所示，第一稳压电路采用TPS7333低压差串联型降压稳压芯片作为降压稳压芯片U1，降压稳压芯片U1的EN端和GND端相连并模拟接地，降压稳压芯片U1的3号引脚和4号引脚相连并连接电容C1的一端、电解电容C8的正极和开关PB1的2号接口；开关PB1的1号接口连接电源，开关PB1的3号接口空置，当开关PB1的1、2号接口相连时电路接通工作，当开关PB1的2、3号接口相连时电路断开不工作；降压稳压芯片U1的FB端、5号引脚和6号引脚相连并连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电解电容C3的正极、电容C2的一端和电阻R2的一端并输出电压z_3V3，电压z_3V3的大小为3.3伏；电阻R2的另一端通过发光二极管LED2与电容C2的另一端、电解电容C3的阴极、电容C1的另一端和电解电容C8的阴极相连并模拟接地；模拟接地端通过电阻R3接地。
如图2所示，第二稳压电路采用LM29400作为输出电压固定的低压差三端稳压器U2，三端稳压器U2的IN端与电容C6的一端和电解电容C4的正极相连并连接电源；三端稳压器U2的OUT端与电解电容C5的正极、电容C7的一端和电阻R1的一端相连并输出5V电压；电阻R1的另一端通过发光二极管LED1与电容C7的另一端、电解电容C5的阴极、三端稳压器U2的GND端、电容C6的另一端和电解电容C4的阴极相连并接地。
如图4所示，协调监控模块包括CC2530射频芯片U3和显示屏OLED1，射频芯片U3的16号引脚接有第一稳压电路输出电压，大小为3.3伏，射频芯片U3的13号引脚与显示屏OLED1的GND端相连，射频芯片U3的14号引脚与显示屏OLED1的VCC端相连，射频芯片U3的p00引脚与显示屏OLED1的DC端相连，射频芯片U3的p12引脚与显示屏OLED1的D0端相连，射频芯片U3的p13引脚与显示屏OLED1的D1端相连，射频芯片U3的p20引脚与显示屏OLED1的RST端相连。
如图5所示，终端控制模块包括CC2530射频芯片U4，射频芯片U4的16号引脚接有第一稳压电路输出电压，大小为3.3伏，射频芯片U4的p02引脚和p03引脚分别连接光敏传感器M1的SDL端和SAL端；射频芯片U4的p04引脚和p05引脚分别连接人体感测模块M2的SDL端和SAL端；射频芯片U4的p06引脚和p07引脚分别连接声音传感器M3的SDL端和SAL端；光敏传感器M1的GND端、声音传感器的GND端和人体感测模块的GND端同时接地；光敏传感器M1的VCC端、声音传感器的VCC端和人体感测模块的VCC端同时连接第一稳压电路输出电压，大小为3.3伏。
如图5所示，继电器控制电路包括继电器K1和楼道灯L1，楼道灯L1的一端连接第二稳压电路输出电压，电压大小5伏；楼道灯L1的另一端连接继电器K1的常开接点，即触点4；继电器K1的动接点，即触点3接地；继电器K1的线圈一端，即触点1接地；继电器K1的线圈的另一端，即触点2和射频芯片U4的15号引脚连接；继电器K1还有一个常闭接点，即触点5。
本实用新型中，第一稳压电路和第二稳压电路用于将电源电压转化成智能灯控制电路中各个部件正常工作所需要的的电压并稳定输出。协调监控模块作为星型网络的中心部分，若干个终端控制模块作为星型网络的一个个节点，组合成完整的智能灯控制系统；协调监控模块可以协调处理各个节点的实时情况，方便相关人员对所有照明灯状态的了解，终端控制模块接收传感器采集的信息，和协调监控模块通信并分析，通过控制继电器的开闭来控制灯光的开启和关闭。
本实用新型中，CC2530芯片是用在2.4GHz这一频段的ZigBee，IEEE 802.15.4这个协议，还包括RF4CE应用的一个具有真正意义的片上系统的解决方案。这个芯片的材料成本非常低，并且能够在这个基础上建立起非常强悍的网络节点，且CC2530自身融合了很多使用和好的性能。ZigBee是一项类似于蓝牙的新兴的无线通信技术，其产生参考了蜜蜂之间相互联系的方式，适合用于传输范围短以及数据传输速率低的电子元器件设备。ZigBee能够在上千的微传感器之间，通过一定的无线电标准完成相互的协调通信。
本实用新型中，声音传感器、光敏传感器和人体感测模块以及射频芯片的供电电压要求为3.3V，因此需要将电源电压转换为3.3V的稳定电压。采用TPS73xx系列（如TPS7333）低压差串联型降压稳压芯片，可以提供500mA的稳压电流，在输出100mA电流的情况下，输入输出电压压差可以最多不超过35mV，这可以大大提高稳压电源的效率，或者提供大的电源稳压范围。在3.3V的稳压电路中还接有一个发光二极管，作为电路的提示作用，发光时表示电路正常工作，不发光表示电路不在工作状态。
本实用新型采用LM29400作为输出电压固定的低压差三端稳压器，输出电压5V，输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0. 8V，最大输入电压26V，工作温度在零下40摄氏度到125摄氏度之间，内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。在5V的稳压电路中还接有一个发光二极管，作为电路的提示作用，发光时表示电路正常工作，不发光表示电路不在工作状态。
采用OLED作为显示器，体积小、重量轻。并且由于是自身发光，其具有显示清楚，使用寿命长，功耗低，显示不同颜色的字体等优点。
声音传感器：可以探测周围环境声音的强度。该传感器只能基于振动原理识别声音的存在，但它无法识别声音的大小或频率，其灵敏程度可以进行修整，其工作时候的电压大概在3.3V~5V之间，输出形式以数字开关量输出高低电平。
光敏传感器：采用灵敏型光敏电阻传感器，通过比较器来进行输出，输出的信号干净，呈现的波形不多但是波形图观察清晰，具有将强的驱动能力，光线亮度的检测可以通过可调电位器来进行调节，其工作时候的电压大概在3V~5V，输出形式以DO数字开关量输出高低电平和AO模拟电压输出。
人体感测模块：全自动感应，当有人进入灵敏度范围时，高电平为输出，当有人离开灵敏度范围时，高电平自动延时关闭，低电平为输出。对其进行触发的方式有两种，感应输出封锁：一旦感应数据（高电平变低）被再现，感应模块可在传感器不接受任何感应信号的情况下确定瞬时锁定时间。该功能可工作并锁定感应输出的时间间隔，适合用在测量距离的产品上。工作电压大范围：一般来说其直流电压在5V～20V之间。
声音传感器测量声音强度；光敏传感器测量光照强度；人体感测模块测量人体是否进入测量范围，然后将所测物理量转换为电压信号，并传送给差动式放大器，它有着放大倍数高等优点。放大后的信号被转换为电流信号，并根据非线性进行校正，最终产生标准电流电压信号输入射频芯片。
本实用新型中，继电器不吸合时，动接点和常闭接点连通，楼道灯所在电路不连通，不发光；继电器线圈有电流通过吸合时，动接点和常开接点连通使楼道灯所在回路连通，此时楼道灯发光进行照明。在楼道灯的电路中，使用5V的电压供电使楼道灯发光，同时也可以选用24V的电压对楼道灯进行单独供电，然后通过继电器的关断来控制楼道灯电路的连通或断开。
实施例一，当协调监控模块和终端控制模块都只有一个时，即只需要进行一个楼道灯的智能控制，协调监控模块和终端控制模块可以使用同一个射频芯片CC2530作为核心电路，即图4中的芯片U3和图5中的芯片U4是同一块芯片，利用其引脚复用功能，根据预设的程序选择引脚的具体功能。在一块芯片上实现对传感器数据的收集、分析和对继电器通断的控制来控制灯光的开和关，以及具体工作状态的显示。
实施例二，协调监控模块和终端控制模块采用不同的CC2530射频芯片作为核心电路，一个协调监控模块对应多个终端控制模块，协调监控模块实时接收来自终端控制模块采集的数据信息，判断并将工作状态显示在相连的OLED显示屏上，终端控制模块根据具体情况判断是否需要开启或关闭楼道灯，控制灯的开和关。
该系统的实现主要是依靠协调监控模块以及终端控制模块的配合，搭建了ZigBee组网，以此来对消息进行传送。因为楼宇内的灯位置都是固定的，以楼道灯作为节点的信号变化不大。为减少协调监控模块的负荷，提高系统效率，减少数据拥塞的概率，采用节点绑定。如图6所示，以协调监控模块作为中心协调器，每个楼道灯相匹配的终端控制模块作为一个节点，进行节点入网绑定。作为中心协调器，广播要求各个节点上报地址信息，处理并记录接收到的相应的节点地址信息完成绑定；在节点部分，各个节点组成网络，向协调器报告自己的地址信息并广播告知相邻的节点报告地址信息，各个节点处理并记录相应的节点地址信息完成绑定。
当整个楼道灯智能控制系统通电后，进行程序初始化。初始化完成后，各个终端控制模块将检测是否收到了数据采集或操作的命令，如若收到了命令，就开始利用光敏传感器、声音传感器和人体感测模块测量当前环境中的光照强度、声音强度和红外感应数据，并通过Zigbee网络将其传输给协调监控模块，协调监控模块会对当前楼宇内的光线、声音和人员等信息进行分析并发出控制灯亮灭的指令，终端控制模块通过控制继电器的关断来控制楼宇灯的亮灭。判断时首先考虑光照强度是否充足，当光照强度充足时，楼宇灯始终处于关闭状态不会发光；当光照强度不充足时，若声音传感器检测到声音强度大于设定阈值或人体感测模块感应到有人员进入感应范围时，终端控制模块控制继电器导通从而控制楼宇灯开启发光；而当声音传感器检测到声音强度小于设定阈值且人体感测模块在感应范围内感应不到有人时，继电器会重新关断从而控制楼宇灯关闭不发光。
上述实施例只是对本实用新型的说明和阐述，以便于理解，并不是对本实用新型的任何限制，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型楼宇智能灯控制器，其特征在于，包括第一稳压电路、第二稳压电路、协调监控模块和若干个终端控制模块；所述协调监控模块和每一个终端控制模块通过无线通信连接组成星型网络；所述终端控制模块分别与声音传感器、光敏传感器和人体感测模块连接组成终端电路，所述终端控制模块连接继电器控制电路；所述第一稳压电路分别连接协调监控模块和所述终端电路，所述第二稳压电路连接继电器控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种新型楼宇智能灯控制器，其特征在于，所述协调监控模块设置有第一射频芯片，所述终端控制模块设置有第二射频芯片，协调监控模块和终端控制模块通过第一射频芯片和第二射频芯片之间的ZigBee无线网络双向连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型楼宇智能灯控制器，其特征在于，所述第一稳压电路包括降压稳压芯片U1，所述降压稳压芯片U1的使能端和接地端相连并模拟接地，所述降压稳压芯片U1的第一输入端和第二输入端相连并连接电容C1的一端、电解电容C8的正极和开关PB1的第二接口；开关PB1的第一接口连接电源；降压稳压芯片U1的反馈端、第一输出端和第二输出端相连并连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电解电容C3的正极、电容C2的一端和电阻R2的一端并输出电压z_3V3；电阻R2的另一端通过发光二极管LED2与电容C2的另一端、电解电容C3的阴极、电容C1的另一端和电解电容C8的阴极相连并模拟接地；模拟接地端通过电阻R3接地。
4.根据权利要求1所述的一种新型楼宇智能灯控制器，其特征在于，所述第二稳压电路包括三端稳压器U2，所述三端稳压器U2的第三输入端与电容C6的一端和电解电容C4的正极相连并连接电源；所述三端稳压器U2的第三输出端与电解电容C5的正极、电容C7的一端和电阻R1的一端相连并输出5V电压；电阻R1的另一端通过发光二极管LED1与电容C7的另一端、电解电容C5的阴极、三端稳压器U2的接地端、电容C6的另一端和电解电容C4的阴极相连并接地。
5.根据权利要求2所述的一种新型楼宇智能灯控制器，其特征在于，所述协调监控模块包括射频芯片U3和显示屏OLED1，所述射频芯片U3的协调电压供应端接有第一稳压电路输出电压，所述射频芯片U3与显示屏OLED1相互连接。
6.根据权利要求2所述的一种新型楼宇智能灯控制器，其特征在于，所述终端控制模块包括射频芯片U4，所述射频芯片U4的终端电压供应端接有第一稳压电路输出电压，射频芯片U4的第二、第三I/O端口分别连接光敏传感器M1的数字信号端和模拟信号端；射频芯片U4的第四、第五I/O端口分别连接人体感测模块M2的数字信号端和模拟信号端；射频芯片U4的第六、第七I/O端口分别连接声音传感器M3的数字信号端和模拟信号端；光敏传感器M1的接地端、声音传感器的接地端和人体感测模块的接地端同时接地；光敏传感器M1的电压端、声音传感器的电压端和人体感测模块的电压端同时连接第一稳压电路输出电压。
7.根据权利要求2或6所述的一种新型楼宇智能灯控制器，其特征在于，所述继电器控制电路包括继电器K1和楼道灯L1，楼道灯L1的一端连接第二稳压电路输出电压，楼道灯L1的另一端连接继电器K1的常开接点，继电器K1的动接点接地，继电器K1的线圈一端接地，继电器K1的线圈的另一端和射频芯片U4的复位端连接，继电器K1还有一个常闭接点。
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