一種新型智能節(jié)能路燈分組控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型智能節(jié)能路燈分組控制器，包括AVR主控模塊、ISM通信模塊、移動通信模塊和顯示及輸入輸出模塊；顯示及輸入輸出模塊包括顯示屏和輸入設(shè)備；所述的輸入設(shè)備為按鍵或觸摸屏；所述的ISM通信模塊和移動通信模塊均與AVR主控模塊連接；顯示及輸入輸出模塊通過IO接口與AVR主控模塊連接。該新型智能節(jié)能路燈分組控制器易于實施，集成度高，具有高智能化特征。
【專利說明】一種新型智能節(jié)能路燈分組控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種新型智能節(jié)能路燈分組控制器。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟和信息時代的快速發(fā)展，城市路燈照明乃至高速公路照明已經(jīng)開始夜景 化、規(guī)?；⑾到y(tǒng)化、自動化和燈具的新型化。然而，目前所使用的大功率路燈大部分都是簡 單的直接照明，缺少必要的智能控制，或者有些雖然具備有智能控制的功能，但是卻不能自 動檢測路燈的照明狀況，也不能方便地對路燈進行遠程及本地調(diào)控。并且現(xiàn)有的照明管理 系統(tǒng)大都采用有線電纜控制照明燈具，對高壓鈉燈或LED路燈進行調(diào)控，通信協(xié)議也比較 復(fù)雜，建設(shè)成本和運營成本都比較高。特別地，對于隧道照明工程而言，山區(qū)和丘陵地區(qū)建 設(shè)里程不斷增加，隧道在公路中的比重逐步增大，從而它導(dǎo)致的問題也越來越多，這主要表 現(xiàn)在如下方面：1)數(shù)量巨大的照明燈具耗費了巨大的電能，照明電費在隧道運行成本中占 有較高的比例；2)人們對隧道路燈管理處理事故速度響應(yīng)不及時，不能夠及時準(zhǔn)備掌握系 統(tǒng)運行狀態(tài)信息，且不能合理調(diào)節(jié)照明負荷；3)不能夠靈活配置和管理路燈資源。盡管上 述問題在隧道照明中出現(xiàn)，但城市照明中也存在類似問題，這就需要對目前的路燈控制系 統(tǒng)進行改造。雖然個別發(fā)達城市進行了一定程度的改造，如有的系統(tǒng)實現(xiàn)"三遙"（即：遙 測、遙控、遙信）功能，有的系統(tǒng)通過光控和時控技術(shù)實現(xiàn)對接觸器進行控制，檢測每條路 段的亮光率，可有效控制全夜和半夜燈，可對供電變壓器（電壓或電流）線路路燈或開路等 突發(fā)事件進行及時報警，有些系統(tǒng)實現(xiàn)"雙燈單亮"，但均沒有實現(xiàn)按需照明，且達不到靈活 部署和控制的效果。因此，市場上急需開發(fā)高度信息化、便于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和具有高度智能化 的路燈控制器。 實用新型內(nèi)容
[0003] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型智能節(jié)能路燈分組控制器，該新 型智能節(jié)能路燈分組控制器易于實施，集成度高，具有高智能化特征。
[0004] 實用新型的技術(shù)解決方案如下：
[0005] -種新型智能節(jié)能路燈分組控制器，包括AVR主控模塊、ISM通信模塊、移動通信 模塊和顯不及輸入輸出模塊；
[0006] 顯示及輸入輸出模塊包括顯示屏和輸入設(shè)備；所述的輸入設(shè)備為按鍵或觸摸屏；
[0007] 所述的ISM通信模塊和移動通信模塊均與AVR主控模塊連接；顯示及輸入輸出模 塊通過10接口與AVR主控模塊連接。
[0008] 所述的移動通信模塊為GPRS通信模塊、3G通信模塊或4G通信模塊。
[0009] ISM通信模塊通過SPI接口與AVR主控模塊連接；移動通信模塊通過MAX232電平 轉(zhuǎn)換芯片與AVR主控模塊的UART接口相連。
[0010] 所述的AVR主控模塊采用AVRATmegal28芯片；所述的ISM通信模塊采用nRF24101 芯片，所述的顯示及輸入輸出模塊采用TFT034觸摸液晶模塊。
[0011] AVR主控模塊作為本分組控制器的核心，它分別與GPRS通信模塊、ISM通信模塊、 顯示及輸入輸出模塊進行信息通信和交互。AVR主控模塊采用AVR主流芯片開發(fā)，具有高性 能、低功耗的特性；
[0012] GPRS通信模塊內(nèi)部封裝了 TCP / IP等協(xié)議棧，提供中間通信和指令數(shù)據(jù)的雙向傳 輸功能；
[0013] ISM通信模塊中內(nèi)置ISM頻段單片無線收發(fā)芯片，具有內(nèi)置鏈路層，自動應(yīng)答及自 動重發(fā)功能、地址及CRC檢驗功能；顯示及輸入輸出模塊提供靈活的控制指令輸入接口和 液晶顯示輸出功能。
[0014] 有益效果：
[0015] 本實用新型的新型智能節(jié)能路燈分組控制器中，在整個路燈管控系統(tǒng)中作為重要 樞紐，通過GPRS通信模塊與上位機的數(shù)據(jù)信息進行交互，并借助ISM通信模塊或者載波通 信設(shè)備能為下位機提供可靠數(shù)據(jù)傳輸支持。本實用新型可靠性高，互補，抗干擾性強，結(jié)構(gòu) 合理，環(huán)保、節(jié)能、可控且便于維護，為實現(xiàn)城市和隧道路燈網(wǎng)絡(luò)化、信息化的管理和智能控 制提供可靠基礎(chǔ)，它不僅可適用于大、中、小城市以及中小城鎮(zhèn)、居民社區(qū)和各類校園路燈 系統(tǒng)的智能控制，而且也對隧道和高速公路照明的解決方案提供技術(shù)支撐。本實用新型特 別適用于作為城市建設(shè)和隧道工程等公用設(shè)施照明系統(tǒng)的控制裝置。
[0016] 本實用新型提供了一種既具有節(jié)能環(huán)保，又可以達到靈活控制和安裝部署城市生 活照明或隧道照明的設(shè)計要求，最終實現(xiàn)按需照明的智能節(jié)能路燈分組控制器，該裝置為 主控制器和微型控制器提供重要的樞紐通信，從而使路燈控制系統(tǒng)對所有路燈進行遠程監(jiān) 控和控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為新型智能節(jié)能路燈分組控制器的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為AVR主控模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明：
[0020] 實施例1 :
[0021] 如圖1-2, 一種新型智能節(jié)能路燈分組控制器，包括AVR主控模塊、ISM通信模塊、 移動通信模塊和顯示及輸入輸出模塊；
[0022] 顯示及輸入輸出模塊包括顯示屏和輸入設(shè)備；所述的輸入設(shè)備為按鍵或觸摸屏；
[0023] 所述的ISM通信模塊和移動通信模塊均與AVR主控模塊連接；顯示及輸入輸出模 塊通過10接口與AVR主控模塊連接。
[0024] 所述的移動通信模塊為GPRS通信模塊、3G通信模塊或4G通信模塊。
[0025] ISM通信模塊通過SPI接口與AVR主控模塊連接；移動通信模塊通過MAX232電平 轉(zhuǎn)換芯片與AVR主控模塊的UART接口相連。
[0026] 所述的AVR主控模塊采用AVRATmegal28芯片；所述的ISM通信模塊采用ISM頻段 的單片無線收發(fā)器芯片，單片無線收發(fā)器芯片中集成有頻率發(fā)生器、增強型模式控制器、功 率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器解調(diào)器。
[0027] 所述的GPRS通信模塊采用移動公司提供的GPRS技術(shù)，通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片 和AVRATmegal28的UART接口相連，實現(xiàn)雙方相互數(shù)據(jù)通信。
[0028] 所述的ISM通信模塊采用世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片，其中無線收 發(fā)器包括頻率發(fā)生器、增強型SchockBurst TM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制 器解調(diào)器、輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置模塊【為硬件模塊】。
[0029] 所述的AVR主控模塊采用AVRATmegal28芯片。AVRATmegal28是高性能、低功耗 的AVR8位微處理器，它的運行速度快，大多數(shù)指令可以在一個時鐘周期內(nèi)完成；其壽命為 10, 〇〇〇次寫/擦除周期；具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)；通過片內(nèi)的啟動程序?qū)?現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程；真正的讀-修改-寫操作硬件乘法器只需兩個時鐘周期；具有128K字節(jié)的 系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash ;4K字節(jié)的內(nèi)部SRAM ;可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)軟件加密；具有 JTAG接口，方便程序在線調(diào)試、下載；兩個可編程的串行USART ;可工作于主機/從機模式 的SPI串行接口。
[0030] 所述的GPRS通信模塊內(nèi)部封裝了 TCP / IP等協(xié)議棧，可為遠程無線傳輸提供透 明的TCP / IP通道，主要完成分組控制器與主控器以及控制中心服務(wù)器通信，完成指令數(shù) 據(jù)的雙向傳輸。GPRS模塊與主控器通過UART雙向傳送數(shù)據(jù)。本智能節(jié)能路燈分組控制器 選用移動公司提供的GPRS技術(shù)，通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片和AVRATmegal28的UART1 口相 連，實現(xiàn)全雙工的數(shù)據(jù)通信。模塊采用5V供電，AVRATmegal28的TO6 口經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn) 換芯片轉(zhuǎn)換后接到模塊的DTR，其中DTR信號用來通知GPRS模塊準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)還是發(fā)送已 經(jīng)結(jié)束。
[0031] 所述的ISM通信模塊選用nRF24101作為ISM通信模塊無線收發(fā)芯片。nRF24101 芯片是工作在2. 4?2. 5GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片，無線收發(fā)器包括： 頻率發(fā)生器、增強型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器解調(diào)器、 輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過SPI接口進行設(shè)置。它具有內(nèi)置鏈路層，自動應(yīng) 答及自動重發(fā)功能、地址及CRC檢驗功能、數(shù)據(jù)傳輸率1或2Mbps、SPI接口數(shù)據(jù)速率0? 8Mbps、125個可選工作頻道。芯片具有極低的電流消耗，當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率 為-6dBm時電流消耗為9. 0mA，接收模式時為12. 3mA。
[0032] 所述的顯示及輸入輸出模塊選擇TFT034觸摸液晶模塊用作顯示及控制指令輸 入。TFT034采用四線電阻觸摸屏作為輸入，LED屏作為顯示輸出。
[0033] 參見圖1，智能節(jié)能路燈分組控制器包括：AVR主控模塊、GPRS通信模塊、ISM通信 模塊、顯示及輸入輸出模塊。AVR主控模塊作為本分組控制器的核心，它分別與GPRS通信模 塊、ISM通信模塊、顯示及輸入輸出模塊進行信息通信和交互。AVR主控模塊采用AVR主流 芯片開發(fā)，具有高性能、低功耗的特性；GPRS通信模塊內(nèi)部封裝了 TCP / IP等協(xié)議棧，提供 中間通信和指令數(shù)據(jù)的雙向傳輸功能；ISM通信模塊中內(nèi)置ISM頻段單片無線收發(fā)芯片，具 有內(nèi)置鏈路層，自動應(yīng)答及自動重發(fā)功能、地址及CRC檢驗功能；顯示及輸入輸出模塊提供 靈活的控制指令輸入接口和液晶顯示輸出功能。其中本實用新型各模塊之間相互獨立，易 于擴展和維護；但又相互聯(lián)系，由于分組控制器與主控制器、微控制器相互通信，則需要模 塊間相互協(xié)調(diào)工作和配合。
[0034] 如圖2, AVR主控模塊由四個電路和三個接口構(gòu)成，具體包括：復(fù)位電路、時鐘電 路、JTAG電路、電源電路、UART接口、SPI接口、10接口。UART接口是一種通用串行數(shù)據(jù)總 線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計中，UART 用來與PC進行通信，包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。對于本實用新型中， UART接口將與主控制器進行數(shù)據(jù)通信。SPI (Serial Peripheral Interface-串行外設(shè)接 口）接口是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進行通信以 交換信息，對于本實用新型中，SPI接口將與ISM模塊進行對接。10接口就是典型的輸入\ 輸出接口，對應(yīng)于本實用新型而言，它提供對顯示及輸入輸出模塊的數(shù)據(jù)顯示和輸入。
[0035] 本系統(tǒng)采用選用nRF24101作為ISM通信模塊無線收發(fā)芯片。由于ISM是開放性 的頻段，經(jīng)常容易導(dǎo)致通信的堵塞或中斷的現(xiàn)象。本實用新型利用抗干擾技術(shù)解決此頻段 的通信穩(wěn)定性問題，即跳頻通信（FH)技術(shù)具有優(yōu)良的抗干擾性能。
[0036] 觸摸液晶屏通過26腳排線與主控器相連，主控器10 口數(shù)據(jù)可直接驅(qū)動觸摸液晶 屏模塊。
[0037] ISM通信模塊主要用于完成主控器與節(jié)點控制器之間的數(shù)據(jù)通信，其具有無需許 可、低功耗及低成本等特點。ISM(Industrial Scientific Medical)Band，是由 ITU_R(ITU Radiocommunication Sector,國際通信聯(lián)盟無線電通信局）定義的。此頻段主要是開放給 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)三個主要機構(gòu)使用，屬于Free License，無需授權(quán)許可，只需要遵守一定的 發(fā)射功率（一般低于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾即可。ISM頻段無線通信技術(shù)為固 定與移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立了一個特別連接的信息溝通渠道，而且開發(fā)簡單快速， 可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實現(xiàn)設(shè)備間的無線連接。
[0038] GPRS模塊主要用于主控器（即分組控制器）與遠程控制中心通信，完成指令數(shù)據(jù) 的雙向傳輸。其與主控器通過UART1雙向傳送數(shù)據(jù)。GPRS模塊中核心通信原理是基于GPRS 技術(shù)，它是通用分組無線業(yè)務(wù)（GeneralPacketRadioSer-vice)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其可 以提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的數(shù) 據(jù)傳輸。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換 模式的網(wǎng)絡(luò)資源。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾 的大數(shù)據(jù)量傳輸。使用GPRS技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠在線且按流量計費， 大大降低了系統(tǒng)的營運成本。
[0039] 該新型智能節(jié)能路燈分組控制器采用模塊化設(shè)計，可適用于道路照明燈具中。其 中，控制器中的內(nèi)置電路核心器件為雙D觸發(fā)器CD4013,電路接成兩個雙穩(wěn)態(tài)電路。GPRS 模塊作為主控制器和遠程控制器中心的傳輸紐帶。ISM通信模塊作為主控器與節(jié)點控制器 的通信載體，對各節(jié)點控制器的數(shù)據(jù)進行分組匯總，按照頻段與主控器進行通信。該分組控 制器可以實現(xiàn)對照明節(jié)點進行任意分組，從而為提供采用時控/光控、工作日/節(jié)假日/ 重大節(jié)日燈的多套控制方案奠定基礎(chǔ)。分組方式，可以是在新型智能節(jié)能路燈分組控制器 上手動設(shè)定分組，或通過遠程控制中心來設(shè)定分組。
[0040] 以上所述的具體實施例僅僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實 用新型的構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域中普通工 程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實 用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種新型智能節(jié)能路燈分組控制器，其特征在于，包括AVR主控模塊、ISM通信模塊、 移動通信模塊和顯示及輸入輸出模塊； 顯示及輸入輸出模塊包括顯示屏和輸入設(shè)備；所述的輸入設(shè)備為按鍵或觸摸屏； 所述的ISM通信模塊和移動通信模塊均與AVR主控模塊連接；顯示及輸入輸出模塊通 過10接口與AVR主控模塊連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型智能節(jié)能路燈分組控制器，其特征在于，所述的移動通 信模塊為GPRS通信模塊、3G通信模塊或4G通信模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型智能節(jié)能路燈分組控制器，其特征在于，ISM通信模 塊通過SPI接口與AVR主控模塊連接；移動通信模塊通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片與AVR主控 模塊的UART接口相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型智能節(jié)能路燈分組控制器，其特征在于，所述的AVR主控 模塊采用AVRATmegal28芯片；所述的ISM通信模塊采用nRF24101芯片，所述的顯示及輸入 輸出模塊采用TFT034觸摸液晶模塊。
【文檔編號】G05B19/418GK203851323SQ201420098237
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】葉鈺, 楊正輝, 車德勇 申請人:湖南中能力華新能源技術(shù)有限公司