专利名称：基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种照明设备,特别涉及一种基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统。
背景技术：
太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其无可比拟的优势得到迅速的推广应用。在城市亮化美化、道路照明、庭院照明、室内照明以及其他各领域的照明和应用中得到了有效的利用。尤其是在偏远无电地区，太阳能照明灯具更具有广泛的应用前景。ZigBee作为一种网络的短程无线通信协议，已经日益为大家所熟知，特别是带有路由的可组网功能，理论上可以使ZigBee覆盖的通讯面积无限扩展。它的低功耗、低成本、近距离、短时延、高容量、高安全等优点，使它具有广阔的应用前景。 超高亮L E D的研制成功，大大地降低了太阳能灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本报价，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。由于L E D具有的光效率高，发热量低等优势，已经越来越多地应用在照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。为了延长连续阴雨天气工作，一个方法是增大太阳能电池板发电量，这是很不经济的，另一个方法是合理用电。选择合适的控制方法在节省电源方面有重要的意义。路灯的控制方法已经历了 4代变化。从人工定时开关、时控和光控，一直在进行调整。普通的“时控”无法根据季节的变化而自动调整昼夜灯开关的时间，往往造成时控时间不准确，出现天未黑就亮灯，或者天亮了还未灭灯等情形，需要经常性的进行人工的调整。“光控”就是路灯能根据周围明暗变化，自动开关，但是城市的景观灯，使得该路段的路灯敏感地认为‘天亮’ 了，所以总是黑着，繁华路段因此很难采用光控开关。除此之外，行车大光灯太炫、茂密行道树遮挡等也或多或少影响光电管的感应，使得路灯忽明忽暗。虽然对于雷暴雨天气来说，采用光控手段有很多好处，但最终不适宜大量推广。每盏LED照明灯具都带有恒流驱动装置，统一开灯关灯的控制方式被普遍采用。而一般照明灯具使用的节能方式是(I)在配电箱安装天文时间控制器或者光电传感器统一调整开灯时间。(2)在配电箱安装节电器，根据时间调整输出电压，调节路灯亮度达到节能的目的。
发明内容本实用新型是针对现在LED照明路灯控制面对的问题，提出了一种基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，根据具有开灯时间调整功能、针对每盏灯进行控制的节电装置，考虑到成本因素，该节电装置特别适合太阳能LED照明灯具的控制，可以较好地改善灯具性能。充分满足了道路照明的要求，节省了电能。本发明所述节电控制装置包含控制器和编程器两部分，控制器和编程器之间通过无线通信。[0009]本实用新型的技术方案为一种基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，包括LED灯和电源，还包含节电控制器和编程器两部分，节电控制器和编程器之间通过无线通信，节电控制器安装在LED灯与电源之间。所述节电控制器电路以单片机系统为核心，单片机系统周围有外部存储模块、时钟电路、无线收发模块、LED脉宽调压驱动电路，无线收发模块接收编程器无线发射模块的信号后，将信号送入单片机系统，单片机系统调用时钟电路中的实时时间，单片机系统输出控制信号到LED脉宽调压驱动电路驱动LED灯，并将内部信息送入外部存储模块存储。所述时钟电路的内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历。所述外部存储模块选择了 24LC16作为节电控制器的数据库，24LC16与单片机通过SPI总线方式通信。所述编程器以单片机系统模块为核心，单片机系统模块周围有外部存储模块，键盘模块，液晶显示模块和无线收发模块，键盘模块键入命令送单片机系统模块，单片机系统模块输出信息通过液晶显示模块显示，单片机系统模块与无线收发模块互通信息，无线收发模块输出信息到节电控制器，单片机系统模块将内部信息送入外部存储模块存储。所述 无线收发模块的芯片与单片机系统模块之间通过SPI总线相连。所述键盘模块为行列式键盘，包含数字键与功能键，列线通过电阻接正电源；行线置为低电平，即列线与置为低电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按键。所述液晶显示模块选用LCD12864带中文字符型液晶显示屏。所述外部存储模块选择24LC16作为编程器的数据库，与单片机通过SPI总线方式通信。本实用新型的有益效果在于本实用新型基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，带有编程口，便于非专业人员操作。设定好时间参数后控制器根据天文时钟自动控制路灯的亮和灭，因此极大地降低了维护成本；由于控制器本身功耗低，如果设定的时间参数合适，节电效果将很明显，有助于延长照明时间、改善灯具的总体性能。
图I为本实用新型基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统结构框图；图2为本实用新型基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统中节电控制器的程序流程图；图3为本实用新型基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统中节电控制器电路图；图4为本实用新型基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统中编程器的程序流程图；图5为本实用新型基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统中编程器电路图。
具体实施方式
如图I所示基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统结构框图，系统包含节电控制器2和编程器3两部分，节电控制器2和编程器3之间通过无线通信，节电控制器2安装在LED灯4与电源I之间。[0019]节电控制器2的电路包含几个部分以单片机系统为核心，单片机系统周围有外部存储模块，LED驱动电路模块，时钟电路模块和无线收发模块。编程器3通过zigbee技术与节点控制器2无线通讯，编程器3的电路包含几个部分以单片机系统为核心，单片机系统周围有外部存储模块，键盘模块，液晶显示模块和无线收发模块。由于白光LED的正向伏安特性特别陡，很小的电压波动会导致电流急剧变化，影响发光效果，还可能导致LED烧坏，所以需要采用恒流驱动方式，本发明使用脉宽调制方式进行电流的调节，电源电压应高于LED所需电压。节点控制器2的遥控收发模块接收来自编程器3发射模块的信号，单片机根据当地日出和日落的时间加上偏移时间来控制LED回路是否导通，因此该节点控制器2可以用来调节路灯的明暗，控制电源I的消耗。为了能够最大限度的节省电能，在不同的时间段对路灯的亮度进行设置。考虑到人体生理特点及生活行为习惯，在天刚黑下来的时候，路灯亮一些，而到了晚一些的时候，路灯暗一些，早上天亮前灯亮一些。
为进一步了解该发明装置的特点及达到的功能，现结合所给的电路图，详细介绍该装置。I)节电控制器2的具体实现节电控制器2电路包含单片机系统、外部存储模块、时钟电路、无线收发模块、LED脉宽调压驱动电路这几部分。节点控制器2的工作流程如下。上电后，系统进行初始化，包括单片机系统的初始化，驱动电路部分的初始化，时钟电路的初始化，ZigBee无线模块的初始化等。之后开始扫描信道，然后加入到网络中。加入网络后将启动定时器并按照默认的占空比输出PWM，并检测是否收到有新的控制命令，即是否需要校正时间参数或经纬度参数；如果有则按照新的占空比输出，没有则按照原来的占空比输出。同时，单片机还将查询I / 0 口的电平变化，并判断是否有异常；异常则立刻报警，发送数据到编程器，正常状态则是按照原设定的发送时间发送路灯的状态。节点控制器2的软件工作流程图如图2所示。节点控制器2的硬件电路图核心部分如图3所示。下面结合硬件管脚的连接情况，详细介绍该装置。单片机电路中单片机Ul的电源管脚并联一个电容并与接地端相连，管脚13接一个有源晶振再接地，管脚31和32接电容C8。单片机的RA3管脚与LED驱动电路的U2的EN使能端连接，用于控制LED驱动电流回路的通断，从而控制LED路灯的开关；单片机的PWM信号输出后经过三极管SS9013放大，再与LED驱动电路的U2的COMP管脚进行连接，通过PWM信号的调节，控制驱动电路的大小，进而可以调节LED灯的亮度。时钟电路的U5内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路，实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力。 LED驱动电路具有过压保护，过流保护，最大可驱动30W的LED灯。驱动电路的U2的EN使能端与单片机的RA3管脚进行连接，可以用于控制LED回路的通断及LED灯的开关；单片机的PWM信号输出后经过三极管SS9013放大，再与LED驱动电路的COMP管脚进行连接，可以进行LED灯的亮度控制。无线收发模块用于接收来自编程器的信息。该模块的四个管脚分别与单片机的RDO，RDl, RD2，RD3管脚进行连接通信，其余三个管脚一个接电源，一个接地，一个悬空。外部存储模块为了能够及时存储网络地址，时钟信息，系统的调用程序等重要信息，并防止掉电丢失数据。设计中选择了 24LC16作为节电控制器的数据库，以存储重要数据。U4与单片机通过SPI总线方式通信。2)编程器3的具体实现根据编程器3实现功能要求.整个硬件电路主要由单片机系统模块、ZigBee无线收发模块、4 X 4键盘阵列模块、IXD显示模块、外部存储模块及电源模块等几个模块组成。首次运行编程器3时，通过编程器3作为网络协调器建立一个zigbee的网络。建立网络的过程包括扫描能量信道，选择地址信息，设置网络标识，初始化网络设置等。网络建成后，编程器扫描并捕捉信道上的设备的入网请求，给入网的设备分配网内地址和网络标识号。绑定设备端点之间和对象之间的逻辑连接，并不断的维护和更新网络端点绑定表。上电后，系统进行初始化，进行网络的自启动，然后不断扫描端口等待外部请求。外部请求来了之后系统判断请求类型。若为新节点加入网络,则为其分配地址；若为节点数据请求，接受信息显示在LCD上；如果是键盘的数据请求，则确定控制的参数，然后发送参数至节电器校正参数。编程器3的软件工作流程图如图4所示。编程器3的硬件电路图核心部分如图5所示。下面结合硬件管脚的连接情况，详细介绍该装置。无线收发模块用于和控制器进行通信，监控控制器的各个参数。无线收发模块的U4芯片与单片机采用简单的4线SPI接口，最大通信范围可达400米。将芯片U4与单片机之间通过SPI总线相连。将U4的串行I/O (SCK、SDI、SD0和CS)、RESET、WAKE和INT等引脚接到单片机相关的引脚上。键盘为4X4行列式键盘，包含数字键与功能键。列线通过电阻接正电源。先用列线发送扫描字，然后读取行线的状态，查看是否有按键按下。判断闭合键所在的位置，在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其他线为高电平，在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态，若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按键。键盘键入命令，由液晶显示模块显示。液晶显示模块选用IXD12864带中文字符型液晶显示屏，它自带汉字字库，通过查询中文字库表便能实现IXD的中文显示，只用三个管脚就能完成通讯和控制。74LS245为三态输出的8组总线收发器。A、B端为数据输入/输出口，OE端为三态允许端，T/R端控制数据传输的方向，PSB端接高电平时为并行传输，接地时为串行传输，RS、R/W、E端分别为数据、读写、使能控制端。外部存储模块为了能够及时存储网络地址等重要信息，并防止掉电丢失数据。设计中选择了 24LC16作为编程器的数据库，以存储重要数据。U5与单片机通过SPI总线方式通信。只要校正好控制器的时钟，输入所在地区的经度和纬度，控制器即可根据地球自转和公转的规律，自动计算出不同季节每天的日出日落时间，实现对路灯及相关设备的全自动开关控制。权利要求1.一种基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，包括LED灯和电源，其特征在于，还包含节电控制器和编程器两部分，节电控制器和编程器之间通过无线通信，节电控制器安装在LED灯与电源之间。
2.根据权利要求I所述基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，其特征在于，所述节电控制器电路以单片机系统为核心，单片机系统周围有外部存储模块、时钟电路、无线收发模块、LED脉宽调压驱动电路，无线收发模块接收编程器无线发射模块的信号后，将信号送入单片机系统，单片机系统调用时钟电路中的实时时间，单片机系统输出控制信号到LED脉宽调压驱动电路驱动LED灯，并将内部信息送入外部存储模块存储。
3.根据权利要求2所述基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，其特征在于，所述时钟电路的内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过串行接口与单片机进行 >通信实时时钟/日历。
4.根据权利要求2所述基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，其特征在于，所述外部存储模块选择了 24LC16作为节电控制器的数据库，24LC16与单片机通过SPI总线方式通信。
5.根据权利要求I所述基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，其特征在于，所述编程器以单片机系统模块为核心，单片机系统模块周围有外部存储模块，键盘模块，液晶显示模块和无线收发模块，键盘模块键入命令送单片机系统模块，单片机系统模块输出信息通过液晶显示模块显示，单片机系统模块与无线收发模块互通信息，无线收发模块输出信息到节电控制器，单片机系统模块将内部信息送入外部存储模块存储。
6.根据权利要求5所述基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，其特征在于，所述无线收发模块的芯片与单片机系统模块之间通过SPI总线相连。
7.根据权利要求5所述基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，其特征在于，所述键盘模块为行列式键盘，包含数字键与功能键，列线通过电阻接正电源；行线置为低电平，即列线与置为低电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按键。
8.根据权利要求5所述基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，其特征在于，所述液晶显示模块选用LCD12864带中文字符型液晶显示屏。
9.根据权利要求5所述基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，其特征在于，所述外部存储模块选择24LC16作为编程器的数据库，与单片机通过SPI总线方式通信。
专利摘要本实用新型涉及一种基于zigbee技术的节能型太阳能LED灯具系统，包括LED灯，电源，节电控制器和编程器，节电控制器和编程器之间通过无线通信，节电控制器安装在LED灯与电源之间。带有编程口，便于非专业人员操作。设定好时间参数后控制器根据天文时钟自动控制路灯的亮和灭，因此极大地降低了维护成本；由于控制器本身功耗低，如果设定的时间参数合适，节电效果将很明显，有助于延长照明时间、改善灯具的总体性能。
文档编号H05B37/02GK202475892SQ20122009150
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者付东翔, 刘丽莉 申请人:上海理工大学