專利名稱：一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能路燈，尤其是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路 燈。
背景技術(shù)：
路燈照明是城市基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，是展示城市形象的重要手段，它為人 們生活帶來便利的同時，也消耗和浪費(fèi)了大量的電力資源。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，特別是 光伏發(fā)電技術(shù)的推廣，各種各樣的太陽能路燈也逐漸問世。但是，由于太陽能路燈不需要電 力布線，不能有效監(jiān)控路燈的工作狀態(tài)成為了推廣太陽能路燈的一大困難。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是近年來發(fā)展最快的信息技術(shù)之一，它在不宜布線和布線成 本較高的場所有廣泛應(yīng)用。太陽能路燈不需要鋪設(shè)電纜，因此如果要對其進(jìn)行有效監(jiān)控，采 用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種有效途徑。目前，太陽能路燈主要應(yīng)用在沒有電力布線或路燈數(shù)較少的場所，每盞燈之間相 互獨(dú)立，由自帶控制器根據(jù)光照情況，不定時開啟路燈照明，存在開啟時間不一致、無規(guī)律， 不能進(jìn)行整體控制和管理等問題。特別是路燈出現(xiàn)故障時，不能及時反饋，需要工作人員進(jìn) 行定期巡檢。所以，如果要在整個城市或某個城區(qū)成片安裝太陽能路燈，進(jìn)行科學(xué)合理的控 制和管理，就需要采用帶有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的太陽能路燈。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要針對目前太陽能路燈整體監(jiān)控需求而設(shè)計的一種管理科學(xué)、操作 簡便的信息化智能設(shè)備，具有超低功耗、可控性強(qiáng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈， 由路燈控制器、LED路燈、太陽能電池組件、燈桿組成；所述太陽能路燈控制器由電阻網(wǎng)絡(luò)、 多路選擇器、光強(qiáng)、溫濕度傳感器電路、DC/DC電路、8051單片機(jī)、RF模塊、JTAG下載接口和 鉛蓄電池組成；所述8051單片機(jī)控制DC/DC電路，DC/DC電路與太陽能電池組件和鉛蓄電 池相連，為LED路燈供電；所述8051單片機(jī)與RF模塊集成于芯片CC2430，與光強(qiáng)、溫濕度 傳感器電路和多路選擇器相連；所述太陽能電池組件由多個太陽能電池單體組成，通過電 阻網(wǎng)絡(luò)與多路選擇器相連。本實(shí)用新型一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈，太陽能控制器直接采樣電 壓，經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)降壓，再經(jīng)過多路選擇器分時送入8051單片機(jī)，監(jiān)測每一個太陽能電池 單體產(chǎn)生的電壓，分析太陽能電池組件的工作狀態(tài)；光強(qiáng)、溫濕度傳感器電路采用光敏電阻 和溫濕度傳感器SHT11，分別采集環(huán)境參數(shù)，為單片機(jī)分析太陽能電池組件的工作狀態(tài)和故 障信息提供參考依據(jù)。8051單片機(jī)與RF模塊集成在CCM30芯片上；RF模塊采用外置鞭狀 天線。LED路燈采用大功率高亮度白色LED，每三只LED串聯(lián)為一組，在每只LED旁邊都并 聯(lián)了 一個穩(wěn)壓二極管，共有六組并聯(lián)；其中，六組開啟為全亮，三組開啟為半亮。太陽能路燈 可以組成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由中心控制器進(jìn)行狀態(tài)控制，管理員通過連接到中心控制器的PC對整個路燈系統(tǒng)進(jìn)行查看和控制。本實(shí)用新型一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈，采用目前較為成熟的傳感器 技術(shù)，設(shè)計電壓、光強(qiáng)、溫濕度傳感電路等；采用SOC(片上系統(tǒng))技術(shù)，設(shè)計包含RF和8051 單片機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和微控制電路，實(shí)現(xiàn)所有太陽能路燈之間的自組網(wǎng)，控制路 燈的開關(guān)和亮度；采用單片機(jī)控制技術(shù)，控制鉛蓄電池充放電過程，并通過路燈控制電路， 控制LED路燈的開關(guān)和亮度?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈的工作原理為首先在有太陽光照射時，太陽 能電池組件產(chǎn)生電能，通過充電控制電路為鉛蓄電池充電，當(dāng)充電結(jié)束時，可以通過微控制 器斷開充電電路，保護(hù)電池。在傳感器電路中，設(shè)計了對每一個太陽能電池單體進(jìn)行電壓傳 感的電路，監(jiān)測每一塊太陽能電池單體的電壓；通過光強(qiáng)、溫濕度傳感電路監(jiān)測環(huán)境參數(shù)。 當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)較低時，微控制器將通過RF電路向中心控制器發(fā)出開燈請求，由于每盞路燈中 光強(qiáng)傳感器的靈敏度有差異，當(dāng)中心控制器接受到50%的路燈發(fā)出開燈請求后，向所有路 燈發(fā)送控制指令，同時開啟一半路燈(可以是奇數(shù)編號，也可以是偶數(shù)編號，一般和前一天 的編號互補(bǔ))，當(dāng)中心控制器接收95%的路燈發(fā)出開燈請求后，開啟所有路燈，當(dāng)時間到達(dá) 晚上11點(diǎn)，中心控制器發(fā)出關(guān)燈指令，也只關(guān)閉一半，到了凌晨3點(diǎn)，交換編號工作。如果 在工作過程中，某盞燈的電量低于了 10%，該燈將提前關(guān)閉。當(dāng)天亮?xí)r，每盞路燈同樣會根 據(jù)光強(qiáng)傳感器判斷是否滅燈，當(dāng)中心控制器接受到50%的滅燈請求后，向所有路燈發(fā)送關(guān) 燈指令，關(guān)閉所有路燈。為了對本實(shí)用新型設(shè)計的太陽能路燈進(jìn)行更加系統(tǒng)的管理，將中心控制器通過串 口連接到PC機(jī)，并采用C++編寫太陽能路燈管理軟件，進(jìn)行管理員口令登陸，通過窗口左側(cè) 的街區(qū)分組，選擇不同的街區(qū)，查看本街區(qū)當(dāng)前路燈的工作狀態(tài)，也可以查到當(dāng)前每一盞路 燈的太陽能電池板的工作狀態(tài)、蓄電池儲能狀態(tài)、周圍的環(huán)境光強(qiáng)和環(huán)境溫濕度等信息， 也可以通過界面上設(shè)置的軟按鍵控制當(dāng)前路燈的工作狀態(tài)。本實(shí)用新型采用了低功耗、高集成度的專用無線收發(fā)芯片CCM30，用于實(shí)現(xiàn)各路 燈節(jié)點(diǎn)的自組網(wǎng)通訊，構(gòu)成了一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于太陽能路燈照明系統(tǒng)，不僅達(dá)到 了低碳、環(huán)保、節(jié)能的目的，而且實(shí)現(xiàn)對整個區(qū)域的太陽能路燈進(jìn)行集中監(jiān)控。

圖1太陽能路燈示意圖圖2太陽能路燈原理圖圖3太陽能路燈系統(tǒng)拓?fù)鋱D圖4管理軟件界面示意圖附圖中1-為路燈控制器；2-為LED路燈；3_為太陽能電池組件；4_為燈桿；5_為 JTAG下載接口 ；6-為電阻網(wǎng)絡(luò)；7-為多路選擇器；8-為光強(qiáng)、溫濕度傳感器電路；9-為DC/ DC電路；10-為8051單片機(jī)；11-為RF模塊；13-為鉛蓄電池；14-為太陽能電池單體； 15-為管理員PC ； 16-為中心控制器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1 太陽能路燈主要由LED路燈2、太陽能電池組件3、路燈控制器1帶鉛蓄 電池、燈桿4等四部分組成。其中LED路燈共有18顆，半亮狀態(tài)時只有9顆工作。太陽能 電池組件在燈柱上安裝方向要求向南，因此為了滿足不同方位的需求，太陽能電池組件可 以在水平面方向上360度旋轉(zhuǎn)，確保高效接收太陽光。路燈控制器主要包括電路板和鉛蓄 電池，并且要做到防水、防潮、防腐蝕。燈桿采用空心鋼管。太陽能路燈控制器1由太陽能電池組件3、電阻網(wǎng)絡(luò)6、多路選擇器7、光強(qiáng)、溫濕度 傳感器電路8、DC/DC電路9、8051單片機(jī)10、RF模塊11、JTAG下載接口 5和鉛蓄電池13組 成。其中太陽能電池組件選擇單晶硅材料，功率大于36W。DC/DC電路采用大功率場效應(yīng)管， 由單片機(jī)通過PWM驅(qū)動電路控制，并在蓄電池電量達(dá)到98%時，關(guān)閉充電電路。鉛蓄電池的 電壓為12V，容量大于40Ah。LED路燈采用大功率高亮度白色LED，每三只LED串聯(lián)為一組， 在每只LED旁邊都并聯(lián)了一個穩(wěn)壓二極管，共有六組并聯(lián)，其中，六組開啟為全亮，三組開 啟為半亮，既可以節(jié)能，又可以提高LED的使用壽命。傳感器網(wǎng)絡(luò)包括兩部分，一部分是采 用低電阻率的導(dǎo)線對太陽能電池單體進(jìn)行電壓采樣，然后通過電阻網(wǎng)絡(luò)得到5V以下的監(jiān) 測電壓，通過多路選擇器，分時送入到單片機(jī)中進(jìn)行檢測，判斷所有太陽能電池單體產(chǎn)生的 電壓是否正常，用于判斷電池單體是否出現(xiàn)了故障；光強(qiáng)傳感器采用光敏電阻，溫濕度傳感 器采用SHT11，主要用于檢測環(huán)境參數(shù)，為單片機(jī)進(jìn)行綜合分析提供依據(jù)。CCM30小系統(tǒng)是 典型的片上系統(tǒng)，具有集成度高、性能穩(wěn)定、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，常用于構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 CC2430芯片內(nèi)置有8051單片機(jī)，其外圍電路包括兩個晶振電路，分別是32kHz和32MHz，復(fù) 位電路，采用按鍵開關(guān)低電平復(fù)位，JTAG下載電路，采用IOpin標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，需要+3. 3V 和+1. 8V電壓供電，分別采用AMSl 117-3. 3V和AMS1117-1. 8V穩(wěn)壓芯片供電。CC2430芯片 內(nèi)置RF模塊采用鞭狀天線。太陽能路燈系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖由太陽能路燈、中心控制器16和管理員PC15組成。太 陽能路燈可以組成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由中心控制器16進(jìn)行狀態(tài)控制，管理員通過連接 到中心控制器16的PC15對整個路燈系統(tǒng)進(jìn)行查看和控制。其中中心控制器采用CCM30 芯片，實(shí)現(xiàn)信息的快速處理。管理軟件界面示意圖包括路燈街區(qū)的分組子窗口、所選街區(qū)的路燈工作狀態(tài)子窗 口和操作控制鍵，采用C++編程實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型設(shè)計的太陽能路燈可以廣泛應(yīng)用于城市、鄉(xiāng)村道路照明，也可以用于 城市社區(qū)公共照明系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)科學(xué)、信息管理集中、智能化程度高、實(shí)時控制等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈，其特征在于由路燈控制器(1)、LED路燈 O)、太陽能電池組件(3)、燈桿(4)組成；所述太陽能路燈控制器⑴由電阻網(wǎng)絡(luò)(6)、多路 選擇器(7)、光強(qiáng)、溫濕度傳感器電路(8)、DC/DC電路(9) ,8051單片機(jī)(10)、RF模塊(11)、 JTAG下載接口 (5)和鉛蓄電池(13)組成；所述8051單片機(jī)(10)控制DC/DC電路(9)，DC/ DC電路(9)與太陽能電池組件(3)和鉛蓄電池(13)相連，為LED路燈⑵供電；所述8051 單片機(jī)(10)與RF模塊(11)集成于芯片CC2430，與光強(qiáng)、溫濕度傳感器電路⑶和多路選 擇器(7)相連；所述太陽能電池組件(3)由多個太陽能電池單體(14)組成，通過電阻網(wǎng)絡(luò) (6)與多路選擇器(7)相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈，其特征在于所述太陽能 控制器(1)直接采樣電壓，經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)(6)降壓，再經(jīng)過多路選擇器(7)分時送入8051 單片機(jī)(10)，監(jiān)測每一個太陽能電池單體(14)產(chǎn)生的電壓，分析太陽能電池組件(3)的工 作狀態(tài)；光強(qiáng)、溫濕度傳感器電路(8)采用光敏電阻和溫濕度傳感器SHT11，分別采集環(huán)境 參數(shù)，為單片機(jī)(10)分析太陽能電池組件(3)的工作狀態(tài)和故障信息提供參考依據(jù)。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈，其特征在于所述8051單 片機(jī)(10)與RF模塊(11)集成在CCM30芯片上；RF模塊采用外置鞭狀天線。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈，其特征在于LED路燈 (2)采用大功率高亮度白色LED，每三只LED串聯(lián)為一組，在每只LED旁邊都并聯(lián)了一個穩(wěn) 壓二極管，共有六組并聯(lián)；其中，六組開啟為全亮，三組開啟為半亮。
5.按照權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈，其特征在于太陽能路燈 可以組成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由中心控制器(16)進(jìn)行狀態(tài)控制，管理員通過連接到中心 控制器(16)的PC(K)對整個路燈系統(tǒng)進(jìn)行查看和控制。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的太陽能路燈，主要由集成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的路燈控制器(1)、LED路燈(2)、太陽能電池組件(3)、燈桿(4)等四部分構(gòu)成。本實(shí)用新型采用直接采樣電壓的方法監(jiān)測太陽能電池組件(3)的電壓，采用光敏電阻和溫濕度傳感器(8)采集環(huán)境參數(shù)；采用集成8051單片機(jī)(10)和RF模塊(11)的芯片CC2430，控制LED路燈(2)和DC/DC電路(9)，并建立了一個具有自組網(wǎng)功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各個太陽能路燈之間的實(shí)時通訊。本實(shí)用新型設(shè)計的太陽能路燈可以廣泛應(yīng)用于城市、鄉(xiāng)村的道路照明，也可以用于城市社區(qū)公共照明系統(tǒng)。
文檔編號F21S9/03GK201925842SQ20102062529
公開日2011年8月10日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者丁尚云, 孫先波, 易金橋, 胡濤, 譚建軍, 譚黎明, 黃勇 申請人:建始縣永恒太陽能光電科技有限公司, 湖北民族學(xué)院