智能照明系统集中控制器

摘要

本发明提供一种智能照明系统集中控制器，它包括主控芯片、射频模块、无线网络模块、电源管理模块、编码器；所述主控芯片通过接口芯片与所述无线网络模块相连，各个路灯节点上分别装配有节点控制器，所述主控芯片与各个节点控制器之间通过射频模块通信，所述主控芯片上连接有可以对路灯上节点控制器进行授时和定位的GPS模块；所述电源管理模块分别与所述GPS模块、射频模块、接口芯片、无线网络模块电路连接。该智能照明系统集中控制器使得人们通过联网计算机的远程数据监控中心可以对每盏路灯的工作状态进行配置，查询，实时给出路灯的工作状态，对有问题的路灯给出报警信息和定位。

权利要求

1.一种智能照明系统集中控制器，它包括主控芯片、射频模块、无线网络模块、电源管理模块、编码器，其特征在于：所述主控芯片通过接口芯片与所述无线网络模块相连，所述无线网络模块采用3G或者4G网络借助运营商基站进行通讯，各个路灯节点上分别装配有节点控制器，所述主控芯片与各个节点控制器之间通过射频模块通信，所述无线网络模块上设计有SIM卡座，所述SIM卡座上插入有SIM卡，所述主控芯片上连接有对路灯上节点控制器进行授时和定位的GPS模块；所述电源管理模块分别与所述GPS模块、射频模块、接口芯片、无线网络模块电路连接；

所述GPS模块配备通信串口，与主控芯片串口直连通信；所述射频模块采用SPI通信协议，所述主控芯片采用软件模拟的方式与射频模块建立通信；所述电源管理模块将输入电压划分为3.3V、4.2V分别给GPS模块和主控芯片供电；所述主控芯片初始化程序先读取芯片闪存中储存的IP地址信息，接着开始配置无线网络模块的工作参数，参数正确则与主控芯片的数据中心建立SOCKET连接服务；启动GPS模块，每隔相同时间读取一次位置和时间信息；建立通信后进入主程序，主控芯片通过射频模块向节点控制器发送信息查询各个控制器的工作电压电流状态，并每隔相同时间向数据中心传送一次各路灯数据；当集中控制器接收到数据中心的指令，停止查询，优先执行上面指令；

所述主控芯片采用MSP430F149，芯片XT2IN、XT2OUT引脚接8MHZ高速晶振，主控芯片的XTIN、XTOUT引脚接32.768KHZ时钟晶振，该主控芯片采用MAX706看门狗芯片作为辅助芯片；

主控芯片P5.5引脚连接看门狗6脚喂狗；

所述电源管理模块采用的电源集成芯片为MP1584，经过降压的12V直流电压经过电容滤波载到电源集成芯片的引脚7，所述电源管理模块采用电阻分压电路从输入端分得一个高电平信号给电源集成芯片使能引脚2；电源集成芯片的引脚4为反馈引脚，电源集成芯片的引脚1连接一个肖特基二极管和电感；电源集成芯片的引脚8与引脚1之间加入有旁路电容；电源集成芯片的电压输出端连接有用来滤波的电容；

所述电源管理模块上设有一只三极管和一个MOS管组成的开关电路，所述主控芯片通过P2.4引脚驱动三极管导通，使得所述电源管理模块供电；

所述接口芯片采用电平转换芯片MAX232，所述MAX232电路中发送端和接收端分别连接有MAX232芯片；

所述电平转换芯片MAX232的四条线路分别连接有串联的LED、电阻；所述电平转换芯片MAX232的芯片1脚和3脚，4脚和5脚，2脚和16脚，6脚和15脚均加入有的电容；

所述射频模块的接口设置有处理芯片AX5043，芯片AX5043的1脚接地，2脚接电源，4脚接引脚P1.0，5-8引脚连接主控芯片P2.3-P2.6，所述射频模块的12脚13脚接天线底座，其余引脚悬空；

所述智能照明系统集中控制器上各元件采用电路板组装，所述电路板上的元器件为贴片式或者直插式，所述无线网络模块部分的电解电容采用钽电容，所述电路板上的元器件使用的LED采用红色，所述电路板上的元器件使用的电阻均采用5%精度，所述射频模块和GPS模块添加屏蔽罩。

说明书

智能照明系统集中控制器

所属技术领域

[0001] 本发明属于城市智能照明系统技术领域，尤其是涉及一种智能照 明系统集中控制器。

背景技术

[0002] 随着我国城市化的快速推进，城市照明路灯数量巨大且快速增 长，使城市照明管理难度也不断增加。市政工程在规划路灯照明系统 时往往是根据最大需求对路灯的工作状态进行控制，现普遍采用人工 巡线的管理方式，巡线的管理管理人员通过肉眼的查看来观测出路灯 的使用状况。但是由于路灯数目众多且安装比较分散，这就给路灯的 实时维护带来了很大的困难。现有技术方案存在着维护成本高、节能 效率低的缺点，同时传统的路灯管理方式浪费人力，也不能及时发现 故障灯带来的交通隐患。

发明内容

[0003] 对于上述的问题，本发明的目的在于提供一种通过无线局域网、 3G/4G网络和以太网组建物联网智能控制系统，通过控制中心对路灯 的状态实时监控和故障检测的智能照明系统集中控制器。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该智能照明系统集 中控制器包括主控芯片、射频模块、无线网络模块、电源管理模块、 编码器；所述主控芯片通过接口芯片与所述无线网络模块相连，所述 无线网络模块采用3G或者4G网络借助运营商基站进行通讯，各个 路灯节点上分别装配有节点控制器，所述主控芯片与各个节点控制器 之间通过射频模块通信，所述无线网络模块上设计有SIM卡座，所 述SIM卡座上插入有SIM卡，所述主控芯片上连接有可以对路灯上 节点控制器进行授时和定位的GPS模块；所述电源管理模块分别与 所述GPS模块、射频模块、接口芯片、无线网络模块电路连接。

[0005] 作为优选，所述GPS模块配备通信串口，与主控芯片串口0位直 连通信；所述射频模块采用SPI通信协议，所述主控芯片采用软件模 拟的方式与射频模块建立通信；所述电源管理模块将输入电压 划分为3.3V、4.2V、5.0V分别给模块和主控芯片供电；所述主控芯片初始化程序先读取芯片闪存中储存的IP地址信息，接着开始配置无线网络模块的工作参数，参数正确则与主控芯片的数据中心建立 SOCKET连接服务；启动GPS模块，每隔相同时间读取一次位置和 时间信息；建立通信后进入主程序，主控芯片通过射频模块向节点控 制器发送信息查询各个控制器的工作电压电流状态，并每隔相同时间 向数据中心传送一次该组路灯数据；当集中控制器接收到数据中心的 指令，停止查询，优先执行上面指令。

[0006] 作为优选，所述主控芯片采用MSP430F149，芯片XT2IN、 XT2OUT引脚接8MHZ高速晶振，主控芯片的XTIN、XTOUT引脚 接32.768KHZ时钟晶振，该主控芯片采用MAX706看门狗芯片作为 辅助芯片；主控芯片P5.5引脚连接看门狗6脚喂狗。

[0007] 作为优选，所述电源管理模块采用的电源集成芯片为MP1584， 经过降压的12V直流电压经过电容滤波载到电源集成芯片的引脚7， 所述电源管理模块采用电阻分压电路从输入端分得一个高电平信号 给电源集成芯片使能引脚2；电源集成芯片的引脚4为反馈引脚，电 源集成芯片的引脚1连接一个肖特基二极管和电感；电源集成芯片的 引脚8与引脚1之间加入有旁路电容；电源集成芯片的电压输出端连 接有用来滤波的电容。

[0008] 作为优选，所述接口芯片采用电平转换芯片MAX232，所述 MAX232电路中发送端和接收端分别连接有MAX232芯片。

[0009] 作为优选，所述电平转换芯片MAX232的四条线路分别连接有串 联的LED、电阻；所述电平转换芯片MAX232的芯片1脚和3脚，4 脚和5脚，2脚和16脚，6脚和15脚均加入有的电容。

[0010] 作为优选，所述电源管理模块上加入有一只三极管和一个MOS 管组成的开关电路，所述主控芯片通过P2.4引脚驱动三极管导通，使得所述电源管理模块供电。

[0011] 作为优选，所述射频模块的接口设置有处理芯片AX5043，芯片 AX5043的1脚接地，2脚接电源，4脚接主控芯片中断引脚P1.7， 5-8引脚连接主控芯片P2.3-P2.6，模块12脚13脚接天线底座，其余 引脚悬空。

[0012] 作为优选，所述GPS模块采用封装好的模块。

[0013] 作为优选，该智能照明系统集中控制器上各元件采用电路板组 装，所述电路板上的元器件为贴片式或者直插式，所述无线网络模块部分 的电解电容采用钽电容，所述电路板上的元器件使用的LED采用红色， 所述电路板上的元器件使用的电阻均采用5％精度，所述射频模块和 GPS模块添加屏蔽罩。

[0014] 本发明的有益效果在于：该智能照明系统集中控制器采用低成本 通信方案，借助运营商通信网络与上位机控制中心建立SOCKET连 接，对路灯公共照明实行统一管理，达到照明远程监测、智能管控、 节能降耗的效果。所述无线网络模块采用3G或者4G网络借助运营 商基站进行通讯，这样可以实现超远距离通信，更加便于控制中心站 点的设计，只要有手机网络覆盖的地方便可通过数据中心对路灯进行 控制。该控制器各个模块之间的数据由主控芯片协调处理，当各模块 收到数据时，通过中断引脚唤醒主控芯片，主控芯片读取数据并做相 应判断。通过联网计算机的远程数据监控中心对每盏路灯的工作状态 进行配置，查询，实时给出路灯的工作状态，对有问题的路灯给出报 警信息和定位。

附图说明

[0015] 图1是智能照明系统集中控制器内部结构框图。

[0016] 图2是主控芯片最小系统原理图。

[0017] 图3是电源管理模块的电路原理图。

[0018] 图4是采用电平转换芯片MAX232作为接口芯片的电路原理图。

[0019] 图5是无线网络模块通讯电路原理图。

[0020] 图6是射频模块接口原理图。

[0021] 图7是GPS模块接线图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

[0023] 如图中实施例1中所示，本智能照明系统集中控制器包括主控芯 片、射频模块、无线网络模块、电源管理模块、编码器；所述主控芯 片通过接口芯片与所述无线网络模块相连，所述无线网络模块采用 3G或者4G网络借助运营商基站进行通讯，各个路灯节点上分别装 配有节点控制器，所述主控芯片与各个节点控制器之间通过射频模块 通信，所述无线网络模块上设计有SIM卡座，所述SIM卡座上插入 有SIM卡，所述主控芯片上连接有可以对路灯上节点控制器进行授 时和定位的GPS模块；所述电源管理模块分别与所述GPS模块、射 频模块、接口芯片、无线网络模块电路连接。

[0024] 该智能照明系统集中控制器采用低成本通信方案，借助运营商通 信网络与上位机控制中心建立SOCKET连接，对路灯公共照明实行 统一管理，达到照明远程监测、智能管控、节能降耗的效果。所述无 线网络模块采用3G或者4G网络借助运营商基站进行通讯，这样可 以实现超远距离通信，更加便于控制中心站点的设计，只要有手机网 络覆盖的地方便可通过数据中心对路灯进行控制。

[0025] 在具体设计时，该集中控制器与路灯节点控制器之间采用射频通 信原理，根据自主研发的通信协议组网，一个集中控制器可管理100 只路灯。该控制器各个模块之间的数据由主控芯片协调处理，当各模 块收到数据时，通过中断引脚唤醒主控芯片，主控芯片读取数据并做 相应判断。通过联网计算机的远程数据监控中心对每盏路灯的工作状 态进行配置、查询，实时给出路灯的工作状态，对有问题的路灯给出 报警信息和定位。在对复杂的路灯系统进行检测时，可以设立专门的 数据中心，在数据中心力安装多台该智能照明系统集中控制器，一个 数据中心可以实现上万只路灯的监控管理。

[0026] 在具体设计时，所述GPS模块配备通信串口，与主控芯片串口0 位直连通信；所述射频模块采用SPI通信协议，所述主控芯片采用软 件模拟的方式与射频模块建立通信；所述电源管理模块将输入 电压划分为3.3V、4.2V、5.0V分别给模块和主控芯片供电；所述主 控芯片初始化程序先读取芯片闪存中储存的IP地址信息，接着开始 配置无线网络模块的工作参数，参数正确则与主控芯片的数据中心 建立SOCKET连接服务；启动GPS模块，每秒读取一次位置和时间 信息；建立通信后进入主程序，主控芯片通过射频模块向节点控制器 发送信息查询各个控制器的工作电压电流状态，并每隔十分钟向数据 中心传送一次[0027] 该组路灯数据；当集中控制器接收到数据中心的指令，停止查询， 优先执行上面指令。

[0028] 在本实施例中，如图2所示，所述主控芯片采用MSP430F149， 芯片XT2IN、XT2OUT引脚接8MHZ高速晶振，主控芯片的XTIN、 XTOUT引脚接32.768KHZ时钟晶振，这样可以给系统提供精确定时。 该主控芯片采用MAX706看门狗芯片作为辅助芯片，这样可以保障 系统运行的稳定性。主控芯片P5.5引脚连接看门狗6脚喂狗。看门 狗与芯片连接的复位脚RST产生一个复位信号，使主芯片恢复正常 工作。

[0029] 如图3所示，所述电源管理模块采用的电源集成芯片为MP1584， 经过降压的12V直流电压经过电容滤波载到电源集成芯片的引脚7， 所述电源管理模块采用电阻分压电路从输入端分得一个高电平信号 给电源集成芯片使能引脚2；电源集成芯片的引脚4为反馈引脚，这 里用于稳定输出电压，这里用两个电阻分压后将输出稳定在4.2V。 电源集成芯片的引脚1连接一个肖特基二极管和电感；电源集成芯片 的引脚8与引脚1之间加入有旁路电容；电源集成芯片的电压输出端 连接有用来滤波的电容。在本实施中电压输出端连接几个22uf电容 滤波，同时加入LED指示电路正常工作。

[0030] 如图4所示，所述接口芯片采用电平转换芯片MAX232，所述 MAX232电路中发送端和接收端分别连接有MAX232芯片。具体连 接时从主控芯片出串口0发送引脚P3.4连接到发送端MAX232第一 数据通道接收端T1IN既为如图的11脚转换后的信号从第一数据通 道发送端T1OUT既为如图的14脚输出，信号进入接收端MAX232 第一数据通道接收端R1IN既为如图的13脚，将变换后的信号通过 输出端R1OUT既为如图的12脚发送到所述无线网络模块的接收端。 从所述无线网络模块输出的信号通过同样的步骤传至主控芯片串口0 接收引脚P3.5，通过多次信号转换实现主控芯片与模块之间的稳定通 信。

[0031] 如图4所示，所述电平转换芯片MAX232的四条线路分别连接有 串联的LED、电阻；这样可以方便的显示通信状态。所述电平转换 芯片MAX232的芯片1脚和3脚，4脚和5脚，2脚和16脚，6脚和 15脚均加入有的0.1uf的电容。这些电容能有效去除电路中的干扰， 提升通信稳定性。

[0032] 如图5所示，所述电源管理模块上加入有一只三极管和一个MOS 管组成的开关电路，所述主控芯片通过P2.4引脚驱动三极管导通，使得所 述电源管理模块供电。4.2V电压经过电容滤波进入无线网络模块电 源引脚26、27、28、29、30，模块21、22、23、24、25接地线。模 块1脚接SIM卡座时钟引脚CCCLK，2脚接SIM卡座电源引脚 CCVCC，3脚接SIM卡座通信引脚CCIO，4脚接SIM卡座复位引脚 CCRST，5脚接SIM卡座通信引脚CCIN，6脚接SIM卡座接地引脚 CCGND，由于SIM卡与模块之间的通信对噪声和干扰要求较高，在 线路上加入电容滤除干扰。模块15脚和17脚为串口通信引脚，通过 232电平转换电路与主控芯片通信。37脚连接主控芯片P4.7用于发 送指令检测，32脚连接一只LED代替喇叭用于振铃检测，31脚连接 一只LED用作上电指示，代表模块得电。13脚模块网络注册检测， 连接一个三极管和LED组成的高电平点亮电路，模块网络注册成功， LED亮。模块41脚连接着内部MOS管，主控芯片通过P2.3引脚驱 动三极管导通内部MOS管，模块开始工作。

[0033] 如图6所示，所述射频模块的接口设置有处理芯片AX5043，芯片 AX5043的1脚接地，2脚接电源，4脚接引脚P1.0， 5-8引脚连接主控芯片P2.3-P2.6，所述射频模块的12脚13脚接天线底座，其余 引脚悬空。射频模块的天线座采用体积小的IPX封装，模块收到数据 通过与主控芯片连接的中断引脚唤醒主控芯片读取数据，主控芯片采 用软件模拟SPI通信原理与射频模块通信。

[0034] 如图7所示，所述GPS模块采用封装好的模块。封装好的模块是 稳定性高。在具体连接时，模块6脚和5脚接电源，工作电压3.3V-5V， 4脚串口接收引脚连接主控芯片串口1的发送引脚P3.6，5脚串口发 送引脚连接主控芯片串口1的接收引脚P3.7，主控芯片通过串口指令 控制模块。16脚天线输入引脚，7、11、13、14、15、17、19、24引 脚接地，其余悬空。

[0035] 该智能照明系统集中控制器上各元件采用电路板组装，所述电路 板上的元器件为贴片式或者直插式，所述无线网络模块部分的电解电容采 用钽电容，所述电路板上的元器件使用的LED采用红色，所述电路板上的元器件使用的电阻均采用5％精度，所述射频模块和GPS模块添加 屏蔽罩。焊接时需注意无线网络模块接口底座、天线座、SIM卡座均 为塑料材质，不可反复，焊易损坏。其余元器件按照原理图从贴片开 始依次焊接。

[0036] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。