CN218301689U - 一种智慧物联市电路灯控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智慧物联市电路灯控制器，包括：利用NB IoT、4G‑CAT1、蓝牙网关等新型物联网通信技术实现远程控制，通过监控中心对一个区域的路灯进行统一管理，根据不同的规则对路灯终端进行灵活控制或调光，能够节约路灯的电耗。内置高精度电源计量芯片，可检测电压、电流、有功功率、视在功率、功率因数、累计电能漏电告警等。两种调光方式：精确的PWM信号输出，极短的上升沿和下降沿。内部双电源供电提供高精度模拟电压0‑10V输出，可控制输出步进为百分之一的0‑100％调光。本申请的方案，具备远程开关功能，高浪涌防护，过零检测与控制，极大的增加了继电器的使用寿命。

Description

一种智慧物联市电路灯控制器

技术领域

本实用新型涉及太阳能路灯控制技术领域，特别涉及一种智慧物联市电路灯控制器。

背景技术

近些年能源消耗严重，供电电力不足市电路灯缺点凸显。对比新能源太阳能路灯，太阳能路灯受环境影响较大，像南方连续阴雨天气导致太阳能路灯供电不足，在高楼林立的城市里，道路上的光照会被楼或者绿化遮挡。电池寿命限制，电池循环寿命下降，导致性能下降，照明效果不佳。对已铺设好的线路电缆只更换控制器成本低。所以市电路灯仍在城市可靠供电占有重要作用。

传统市电路灯存在能源浪费及管理维修困难。不能在不同时段调节不同亮度，需要人为手动开关灯，出现异常需要现场逐一排查等。随着物联网行业的发展，物联网市电路灯解决了上面的问题，满足的市电路灯的发展与管理需求。通过物联网后台终端设定好不同时间不同亮度节约能源，后台终端保存大数据并且查看远程实时数据排查异常锁定问题路灯方便维修管理。

智慧物联市电路灯控制器是LED市电路灯智能控制系统中的核心部分，也是智能市电路灯的节能产品，它与市电路灯分开两个独立模块，具有为市电LED路灯恒流源驱动提供远程定时、开关、调光、能耗计量、漏电报警等功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智慧物联市电路灯控制器，用以解决现有阳能路灯控制装置成本高且控制不便的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种智慧物联市电路灯控制器，包括：EMC电磁兼容模块、市电计量模块、市电输出模块、AC-DC供电模块、DC-DC供电模块、MCU控制模块、输出调光模块和物联通讯模块；

市电经过所述EMC电磁兼容模块后，分别进入所述市电输出模块和所述市电计量模块，所述AC-DC供电模块与所述市电计量模块连接，将交流电转化为直流电，并为所述物联通讯模块供电，所述DC-DC供电模块与所述AC-DC供电模块连接，将所述直流电的电压进行调整，以适用于所述MCU控制模块、所述市电计量模块和所述输出调光模块的用电；

所述市电计量模块计算采集到的市电参数，得到电能参数，并输出给所述MCU控制模块，所述MCU控制模块根据所述电能参数，对所述市电输出模块进行控制，调整所述市电输出模块的输出，所述市电输出模块的输出通过市电恒流源来控制所述输出调光模块的输出，控制恒流源负载输出亮度。

在一些实施例中，所述市电计量模块的具体结构包括：

所述市电计量模块内置高精度电源计量芯片，两路电流互感器转换后采集两路电流，电压互感器转换后采集电压，通过所述电源计量芯片内部计算方法计算电能参数。

在一些实施例中，所述电源计量芯片与所述MCU控制模块通过通讯的方式进行实时上报所述电能参数。

在一些实施例中，所述AC-DC供电模块的输出电压为12V。

在一些实施例中，所述DC-DC供电模块的输出电压分别为：5V、3.3V和10V；

5V电压为所述市电计量模块供电，3.3V电压为所述MCU控制模块供电，10V电压为所述输出调光模块供电。

在一些实施例中，所述MCU控制模块设置有RTC时钟芯片并且时钟芯片备份采用超级电容供电。

在一些实施例中，所述EMC电磁兼容模块采用板级EMC电路、金属外壳及可靠安全接地设计。

在一些实施例中，所述MCU控制模块根据所述电能参数，通过继电器对所述市电输出模块进行控制。

在一些实施例中，所述输出调光模块的输出有两种方式：第一种为PWM，即所述MCU控制模块输出PWM信号来控制一个10V电压频率为1KHZ；第二种为为0～10V电压调光，即所述MCU控制模块控制外接DAC芯片，所述DAC芯片输出接运算放大器实现一个0～10V的模拟电压。

在一些实施例中，所述物联通讯模块包括：新型NB IoT、4G-CAT1和蓝牙网关。

本实用新型具有如下优点：

1.产品支持NB IoT、4G-CAT1、蓝牙网关多种通讯方式可选。

2.具备远程开关功能，高浪涌防护，过零检测与控制，极大的增加了继电器的使用寿命。

3.具备远程高精度调光功能，PWM/0-10V可同时输出，且0-10V调光精度较高，保证0V误触发市电恒流源。

4.具备远程电压、电流、有功功率、视在功率、功率因素、累计电能采集，并且双路电流检测实现漏电发现与告警，保护安全。

5.具备远程对灯具状态进行监测，故障信息主动上报。

6.RTC时钟电路选用超级电容为备用电池，保证短时间断电后时间正常。

7.国际通用交流输入范围(85～305VAC)，防护等级IP67，防雷等级>4KV，可应用于户外干燥/潮湿/雷雨环境。

8.高的隔离耐压等级。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的EMC电磁兼容模块电路原理示意图；

图3a是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的市电计量模块电路原理示意图；

图3b是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的市电计量模块电路原理示意图；

图3c是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的市电计量模块电路原理示意图；

图3d是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的市电计量模块电路原理示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的市电输出模块电路原理示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的AC-DC供电模块电路原理示意图；

图6a是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的DC-DC供电模块电路原理示意图；

图6b是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的DC-DC供电模块电路原理示意图；

图6c是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的DC-DC供电模块电路原理示意图；

图6d是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的DC-DC供电模块电路原理示意图；

图7a是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的MCU模块电路原理示意图；

图7b是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的MCU模块电路原理示意图；

图8a是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的输出调光模块电路原理示意图；

图8b是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的输出调光模块电路原理示意图；

图9是根据一示例性实施例示出的智慧物联市电路灯控制器的物联通讯模块电路原理示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方案对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，但是本领域技术人员应当理解，下文所述的实施方案仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施方案，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方案，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合实施例对本实用新型的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用来限制本实用新型的保护范围。本领域的技术人员在不背离本实用新型的宗旨和精神的情况下，可以对本实用新型进行各种修改和替换，所有这些修改和替换都落入了本实用新型权利要求书请求保护的范围内。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

智慧物联市电路灯控制器利用NB IoT、4G-CAT1、蓝牙网关等新型物联网通信技术实现远程控制，通过监控中心对一个区域的路灯进行统一管理，根据不同的规则对路灯终端进行灵活控制或调光，能够节约路灯的电耗。内置高精度电源计量芯片，可检测电压、电流、有功功率、视在功率、功率因数、累计电能漏电告警等。两种调光方式：精确的PWM信号输出，极短的上升沿和下降沿。内部双电源供电提供高精度模拟电压0-10V输出，可控制输出步进为百分之一的0-100％调光。

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步描述：

为实现上述目的，参见图1所示，本实用新型实施例提供了一种智慧物联市电路灯控制器，包括：

EMC电磁兼容模块、市电计量模块、市电输出模块、AC-DC供电模块、DC-DC供电模块、MCU控制模块、输出调光模块和物联通讯模块；

市电经过所述EMC电磁兼容模块后，分别进入所述市电输出模块和所述市电计量模块，所述AC-DC供电模块与所述市电计量模块连接，将交流电转化为直流电，并为所述物联通讯模块供电，所述DC-DC供电模块与所述AC-DC供电模块连接，将所述直流电的电压进行调整，以适用于所述MCU控制模块、所述市电计量模块和所述输出调光模块的用电；

所述市电计量模块计算采集到的市电参数，得到电能参数，并输出给所述MCU控制模块，所述MCU控制模块根据所述电能参数，对所述市电输出模块进行控制，调整所述市电输出模块的输出，所述市电输出模块的输出通过市电恒流源来控制所述输出调光模块的输出，控制恒流源负载输出亮度。

根据上述方案，进一步的，所述EMC电磁兼容模块采用板级EMC电路、金属外壳及可靠安全接地设计，提高控制器高的抗干扰能力及强的抗浪涌防护，使控制器能在室外雷雨天气可靠工作。

具体的，如图2所示，EMC电磁兼容模块：F1为慢融保险丝，防止控制器出现异常切断市电电源，并且使用慢融保险丝吸收脉冲能量。在雷电放电的过程中，由于瞬间放电产生了强烈的电磁脉冲，在临近的设备或电子线路上感应了幅值和变化速率都很高的浪涌电压电流，对某些电子设备产生毁灭性的的破坏，而过压/浪涌防护器件就是为各类电子设备提供防护的，避免设备内部的电子元器件遭受雷击浪涌的损坏。RV101-RV103为压敏电阻，P103为陶瓷放电管，用来在电路中用作浪涌保护，选用大体积的压敏电阻20D561K，可承受差模、共模各±4KV的浪涌电压。

根据上述方案，进一步的，所述市电计量模块的具体结构包括：

国际通用交流输入范围(85～305VAC)，所述市电计量模块内置高精度电源计量芯片，两路电流互感器转换后采集两路电流，电压互感器转换后采集电压，通过所述电源计量芯片内部计算方法计算电能参数，同时通过采集两路电流可以判断是否有偷电、漏电现象。

根据上述方案，进一步的，所述电源计量芯片与所述MCU控制模块通过通讯的方式进行实时上报所述电能参数。

具体的，如图3a,3b,3c,3d所示，市电计量模块：CT1为电流互感器串联到L输出火线上，通过电流互感器计算将电流转换成差分电压值V1N、V1P给到计量芯片U9，同理N零线也串联同型号互感器采集N线电流。JD1为电压互感器并联到火线与零线上，通过电压互感器计算将初级电压转换成差分电压值V3N、V3P给到计量芯片U9。计量芯片采集到实际电压及电流值通过内部计算得到电压、电流、有功功率、视在功率、功率因素、累计电能。计量芯片U9与主控单片机通过SPI接口通讯，单片机与讯通模块通讯将数据上传到云平台实时显示。并且通过两路电流的采集可以实现漏电保护告警。U101光耦隔离交流电过零检测来实现负载带电接通和关断，交流电每次交变时接单片机的IO脚都会检测到一个低电平，在检测到低电平时开通和关断继电器，增加负载继电器的使用寿命。

根据上述方案，进一步的，所述MCU控制模块根据所述电能参数，通过继电器对所述市电输出模块进行控制。

具体的，市电输出模块接市电恒流源，中间通过继电器来开关市电输出。继电器由MCU控制模块，可定时开关市电恒流源。并且通过前面的电压检测来实现过零检测与控制，极大的增加了继电器使用寿命。

具体的，如图4所示，市电输出模块：K1为负载继电器开关，网络EN接单片机引脚，EN为高电平时Q5导通K1继电器触点与常闭触点断开与常开触点接触从而将交流负载断开。触点是继电器最重要的组成部分，同时也是最易损坏的部分，特别是在高压、大功率控制系统中。由于触点闭合瞬间产生接触打火，并在断开瞬间产生拉弧使触点损坏，导致控制系统失效或造成严重后果。电路增加了光耦隔离过零检测，让继电器触点在零电流下切换增加继电器使用寿命。

根据上述方案，进一步的，所述AC-DC供电模块的输出电压为12V。

具体的，如图5所示，AC-DC供电模块：国际通用交流输入范围(85～305VAC),选择金升阳宽压系列LS10-13B12SS，85～305VAC输入，输出12V，输入输出隔离，12V为整个低压控制器部分供电。

根据上述方案，进一步的，所述DC-DC供电模块的输出电压分别为：5V、3.3V和10V；

5V电压为所述市电计量模块供电，3.3V电压为所述MCU控制模块供电，10V电压为所述输出调光模块供电。

具体的，如图6a,6b,6c,6d所示，DC-DC供电模块：12V通过U7转换成5V给计量芯片供电，5V通过U8转换成3.3V给单片机、时钟芯片、DAC芯片供电。12V通过U6转换成9.7V提供大约10V的PWM脉冲的调光信号。12V通过U4转换成-12V给运放供电。

根据上述方案，进一步的，所述MCU控制模块由单片机STM32芯片作为主芯片，增加RTC时钟芯片并且时钟芯片备份采用超级电容供电，保证在市电断电一段时间后时钟芯片仍然工作系统定时时间仍然准确。

具体的，如图7a,7b所示，MCU控制模块：主要是由U5单片机STM32芯片作为主芯片，实现整个系统通讯与控制。U11为时钟芯片准确记录时间，定时开关负载。P1为0.22F的超级电容，在市电停电时，可在一段时间给时钟芯片供电，保证在来电时定时功能正常

根据上述方案，进一步的，所述输出调光模块的输出有两种方式：第一种为PWM，即所述MCU控制模块输出PWM信号来控制一个10V电压频率为1KHZ；第二种为为0～10V电压调光，即所述MCU控制模块控制外接DAC芯片，所述DAC芯片输出接运算放大器实现一个0～10V的模拟电压。

具体的，如图8a,8b所示，输出调光模块：输出调光信号接市电恒流源的调光信号线上，通过输出不同电压及不同占空比的PWM来改变恒流源负载输出亮度。调光信号有两种：一种为PWM调光，PWM为高电平时：Q8导通，Q7导通，Q10导通，Q9不通，X6、X7输出高电平。PWM为低电平时：Q8不通，Q7不通，Q10不通，Q9导通放电，X6、X7输出低电平。PWM为1KHZ脉冲信号，调光时改变占空比来控制器恒流源负载的亮度。第二种为单片机控制外接U10 DAC芯片(通过I2C通讯)，DAC芯片输出接运算放大器U12,模拟电压经过U12放大X8，X9输出0～10V的模拟电压。这里的U12运放采用双电源供电，保证输出小电压及0V精度，同样将模拟信号接到恒流源的调光模拟信号上通过改变电压的大小来控制恒流源负载的亮度。

根据上述方案，进一步的，所述物联通讯模块包括：新型NB IoT、4G-CAT1和蓝牙网关。终端云平台到基站再到控制器通讯模块。控制器通讯模块通过串口与单片机通讯，单片机收到AT命令来控制实现远程操作，实现数据管理实时上传及下发。

具体的，如图8所示，物联通讯模块：U1为NB IoT、4G-CAT1通讯接口，U2为蓝牙通讯接口，客户可根据需求来选择通讯方式。控制器通讯模块通过串口与单片机通讯，单片机收到AT命令来控制实现远程操作，实现数据管理实时上传及下发。

综上所述，本实用新型实施例的智慧物联市电路灯控制器具有如下优点：

1.产品支持NB IoT、4G-CAT1、蓝牙网关多种通讯方式可选。

2.具备远程开关功能，配备16A大功率继电器，高浪涌防护，过零检测与控制，极大的增加了继电器的使用寿命。

3.具备远程高精度调光功能，PWM/0-10V可同时输出，且0-10V调光精度较高，保证0V误触发市电恒流源。

4.具备远程电压、电流、有功功率、视在功率、功率因素、累计电能采集，并且双路电流检测实现漏电发现与告警，保护安全。

5.具备远程对灯具状态进行监测，故障信息主动上报。

6.强大的云端数据处理能力，轻松实现数据汇总与图表显示，精确而直观。

7.灵活的时控策略，不同时间不同亮度，不同的循环周期，智能结合季节、天气、节假日，让系统在最需要的时间阶段给予最合适的亮度照明，实现节能环保。

8.RTC时钟电路选用超级电容为备用电池，保证短时间断电后时间正常。

9.OTA在线升级功能。

10.国际通用交流输入范围(85～305VAC)，防护等级IP67，防雷等级>4KV，可应用于户外干燥/潮湿/雷雨环境

11.高的隔离耐压等级，输入对输出3000Vac。

Claims (10)

1.一种智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，包括：EMC电磁兼容模块、市电计量模块、市电输出模块、AC-DC供电模块、DC-DC供电模块、MCU控制模块、输出调光模块和物联通讯模块；

市电经过所述EMC电磁兼容模块后，分别进入所述市电输出模块和所述市电计量模块，所述AC-DC供电模块与所述市电计量模块连接，将交流电转化为直流电，并为所述物联通讯模块供电，所述DC-DC供电模块与所述AC-DC供电模块连接，将所述直流电的电压进行调整，以适用于所述MCU控制模块、所述市电计量模块和所述输出调光模块的用电；

所述市电计量模块计算采集到的市电参数，得到电能参数，并输出给所述MCU控制模块，所述MCU控制模块根据所述电能参数，对所述市电输出模块进行控制，调整所述市电输出模块的输出，所述市电输出模块的输出通过市电恒流源来控制所述输出调光模块的输出，控制恒流源负载输出亮度。

2.根据权利要求1所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述市电计量模块的具体结构包括：

所述市电计量模块内置高精度电源计量芯片，两路电流互感器转换后采集两路电流，电压互感器转换后采集电压，通过所述电源计量芯片内部计算方法计算电能参数。

3.根据权利要求2所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述电源计量芯片与所述MCU控制模块通过通讯的方式进行实时上报所述电能参数。

4.根据权利要求1所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述AC-DC供电模块的输出电压为12V。

5.根据权利要求4所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述DC-DC供电模块的输出电压分别为：5V、3.3V和10V；

5V电压为所述市电计量模块供电，3.3V电压为所述MCU控制模块供电，10V电压为所述输出调光模块供电。

6.根据权利要求1所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述MCU控制模块设置有RTC时钟芯片并且时钟芯片备份采用超级电容供电。

7.根据权利要求1所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述EMC电磁兼容模块采用板级EMC电路、金属外壳及可靠安全接地设计。

8.根据权利要求1所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述MCU控制模块根据所述电能参数，通过继电器对所述市电输出模块进行控制。

9.根据权利要求1所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述输出调光模块的输出有两种方式：第一种为PWM，即所述MCU控制模块输出PWM信号来控制一个10V电压频率为1KHZ；第二种为为0～10V电压调光，即所述MCU控制模块控制外接DAC芯片，所述DAC芯片输出接运算放大器实现一个0～10V的模拟电压。

10.根据权利要求1所述的智慧物联市电路灯控制器，其特征在于，所述物联通讯模块包括：新型NB IoT、4G-CAT1和蓝牙网关。

Images