一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统的制作方法

技术领域

本发明属于数据监控领域，尤其涉及一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统。

背景技术：

随着科技的发展，无线传感器网络技术已经渗透到人类生产和生活的方方面面。无线通信网已经逐步发展到能为任何人和物件之间随时、随地通信的物联网，网络的规模极速扩大，但与此同时物联网的总体的稳定性和可持续发展问题也越来越突出。与此同时，为了满足人类生活的需要，越来越多的传感器需要被安放在人迹罕至或者环境恶劣的地区，这些地区恶劣的环境决定了人们无法使用化学电池为无线传感器节点供电，因为在这些地区更换化学电池往往是一件不太可能的事情。正因为这些原因，本发明才想到采用可再生能源为无线通信节点供能来解决这些问题。

在网络技术逐步成熟的背景下，大型灯光终端控制系统技术也由传统的模拟调光技术转化为数字调光技术。数字调光技术具有抗干扰能力强、信号便于存储等优点。传统的大型灯光终端控制系统存在设备管理不完善、不易维护等问题，并且已有系统多是处理单个命令的直接控制，对于负责批命令控制的研究还有待深入。无线传感网是物联网技术的重要基础，解决了互联的问题，由具有感知、处理和无线通信能力的大量传感器节点形成一个多跳的自组织网络系统，完成既定的任务。

目前大型灯光终端控制系统大多利用以太网络进行数据的有线传输，存在着成本高、综合布线复杂、通信电缆选择等实际工程问题，限制了灯光终端控制系统的发展前景。在控制灯光终端系统时，技术人员需要对灯光命令、灯具开关及亮度调节等方面进行及时且准确的把握，需要一套完善、精确的无线传感网络对温度参数、亮度参数及颜色参数等灯光参数的变化进行有效监测，并根据灯光控制命令等其他要求，实现大型灯光的最好效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出了一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统，包含监控终端、汇聚节点和由多个具有检测的厂房光亮参数的传感器节点构成的无线传感器网络；所述无线传感器网络将传感器节点采集的灯光数据传至汇聚节点，所述汇聚节点将接收的灯光数据上传至监控终端；所述传感器节点包含光强传感器、模数转换器、放大电路、数据处理模块、无线通信模块和电源模块，所述光强传感器依次经过模数转换器、放大电路连接数据处理模块，所述无线通信模块和电源模块分别与数据处理模块连接；所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电源能量管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器；所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容的输入端连接在升压电路和稳压器之间；所述稳压器包含稳压电源芯片、第一电解电容、第二电解电容、电感、第一电阻、第二电阻和二极管，所述第一电解电容的负极分别连接第一电阻的一端和升压电路的输出端，第一电阻的另一端连接稳压电源芯片的输入端，二极管的负极分别连接电感的一端和稳压电源芯片的输出端，电感的另一端与第二电阻串联后分别连接放大电路的输入端、第二电解电容的负极，第一电解电容的正极、第二电解电容的正极、稳压电源芯片的接地端、二极管的正极与地连接。

作为本发明一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统的进一步优选方案，所述监控终端包含微控制器模块以及分别与其连接的射频收发器、显示模块、数据存储模块、时钟模块。

作为本发明一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统的进一步优选方案，所述无线通信模块包含单片机以及与其连接的射频发射器。

作为本发明一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统的进一步优选方案，所述数据处理模块采用芯片型号为SPCE061A的微处理器。

作为本发明一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统的进一步优选方案，所述光强传感器的芯片型号为TSL2561。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明设计合理、成本低、操作简单、布网灵活且方便；

2、本发明传感器节点通过无线通信方式形成多跳、自组织的无线传感器网络，通过多个光亮传感器组成的无线传感器网络对厂房的亮度进行智能监控该自组网能力强，可实时同步对厂房内光亮度进行实时监测，传感器节点的能耗低、可扩展性强、布网位置信息直观；

3、本发明的传感器节点采用太阳能供电，有效地节约了资源；

4、本发明以微型温差发电器作为能量源，以德州仪器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作为DC-DC升压变换器实现了可以从低至80mV的能量源采集能量，并利用外围电路实现对能量源的最大功率点跟踪控制，并结合能量缓冲器在必要时存储能量，然后通过MIC841N双电压比较器和TPS78001超低压差线性稳压器，实现了微型温差能量的有效采集和利用。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明传感器节点的结构原理图；

图3是本发明传感器节点电源模块结构图；

图4是本发明传感器节点电源模块稳压器电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于稳压器的工业厂房灯光终端控制系统，包含监控终端、汇聚节点和由多个具有检测的厂房光亮参数的传感器节点构成的无线传感器网络；所述无线传感器网络将传感器节点采集的灯光数据传至汇聚节点，所述汇聚节点将接收的灯光数据上传至监控终端；本发明传感器节点通过无线通信方式形成多跳、自组织的无线传感器网络，通过多个光亮传感器组成的无线传感器网络对厂房的亮度进行智能监控该自组网能力强，可实时同步对厂房内光亮度进行实时监测，传感器节点的能耗低、可扩展性强、布网位置信息直观。

如图2所示，所述传感器节点包含光强传感器、模数转换器、放大电路、数据处理模块、无线通信模块和电源模块，所述光强传感器依次经过模数转换器、放大电路连接数据处理模块，所述无线通信模块和电源模块分别与数据处理模块连接；所述光强传感器实时采集厂房的光亮参数，依次经过模数转换器和放大电路的模数转换和放大处理，进而上传至数据处理模块，将采集的光亮参数通过无线通信模块经汇聚节点汇总进而传输至监控终端。

如图3所示，所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电源能量管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器；所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容的输入端连接在升压电路和稳压器之间；

如图4所示，所述稳压器包含稳压电源芯片、第一电解电容、第二电解电容、电感、第一电阻、第二电阻和二极管，所述第一电解电容的负极分别连接第一电阻的一端和升压电路的输出端，第一电阻的另一端连接稳压电源芯片的输入端，二极管的负极分别连接电感的一端和稳压电源芯片的输出端，电感的另一端与第二电阻串联后分别连接放大电路的输入端、第二电解电容的负极，第一电解电容的正极、第二电解电容的正极、稳压电源芯片的接地端、二极管的正极与地连接。

该控制系统采用网络传输协议TCP/IP协议和灯光控制协议如DMX512协议、Art-net协议或ACN协议。用户根据下达的任务书命令，将其解析并打包成TCP/IP数据包的格式发送给相应协议解码器，解码器再将接收到的数据包解码为该协议的数据包并发送给协议终端控制器，再将其转换为信号以控制灯具。

系统可设置基本工作模式参数，如调光曲线、预热模式、同步方式、工作状态选择等。当灯光设备在工作中突然运行不正常或者工作参数超过指定值时，能立即发出警报信号。

所述的大型灯光终端控制系统，各传感器的输出的模拟信号较弱，因此需要通过信号放大电路进行放大信号，放大电路采用运算放大器的同相闭环连接方式。

无线传感器网络结构自组形成，通过路由协议、时钟同步等无线传感网基础支撑技术建立起大型灯光控制无线传感网的体系架构，根据传感器采集的数据，判断出场景内区域目前的灯具状况，再根据控制终端下达的批命令调节灯光设备，达到适合的需求。

所述无线传感网所使用的协议为多跳网络协议，能够将一个节点发出的信息包可靠地传输到网络中的每个节点，在保证可靠通信的前提下，尽量避免不必要的转发通信量。

本发明通过高效的能量收集和有效的能量管理实现了无线传感器网络的功能，成为了真正的能量自供给无线传感器系统，同时也顺应了现在我国通信行业绿色无线电的发展要求。

本发明采用了高性能的微处理器SPCE061A为核心经过实际测试，该系统具有较强的网络通信能力、高实时性、通信快速可靠的特点，具有很高的实用价值；SPCE061A微处理器是凌阳科技公司所生产的16位μ'nSPTM微处理器，内部采用总线结构。主要参数有：工作电压(CPU)VDD为2．4～3．6 V，(I／O)VDDH为2．4～5．5 V；时钟：0．32～49．152 MHz；内置2 KBSRAM和32 KB FLASH；2个16位可编程定时器／计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数／模转换)输出通道；32位I／O位通用可编程输入／输出端口；14个中断源可来自定时器A／B时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能，内置在线仿真电路ICE接口，具有保密能力，具有Watch Dog功能，μ'nSPTM的指令系统提供具有较高运算速度的16位×16位乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能。

SPCE061A具有很高的计算速度，这对于实时操作系统是极为重要的。对于SPCE061A，传统的微处理器硬件和软件的开发已被简化，不再需要在线仿真。其SPCE061A大容量FLASH及SRAM，内建以太网接口，可直接通过网络实现监控；具备UART接口，可使各种串行设备快速进行网络连接。SPCE061A微处理器的软件开发平台ICE集编程、编译、链接、调试、下载于一体，并有完善的TCP／IP协议栈，支持全功能UART通信，配备各种I／O驱动函数库。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。