專利名稱：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，屬于電子電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前路燈控制器有兩種一種是時(shí)間定時(shí)器，另一種采用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)通訊方式。 現(xiàn)有的路燈控制器在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有綜合考慮實(shí)際工作環(huán)境和用戶需求，電路沒(méi)有進(jìn)行模塊化分區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，輸入、輸出等電路單元都在一塊電路板上，電路之間沒(méi)有隔離保護(hù)設(shè)計(jì)和獨(dú)立供電。當(dāng)遭受雷擊、浪涌電壓沖擊時(shí)，極易損壞整個(gè)電路系統(tǒng)。輸出大功率、大電流場(chǎng)合沒(méi)有采取有效的抗干擾保護(hù)設(shè)計(jì)，EMC電磁干擾嚴(yán)重，影響電路的穩(wěn)定工作，如果電路一點(diǎn)發(fā)生損壞時(shí)，會(huì)造成整電路板故障，從而影響城市正常亮燈?，F(xiàn)有的路燈控制器基本是單機(jī)板，不支持GPRS、CDMA、3G無(wú)線上網(wǎng)通訊方式，不支持通過(guò)英特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理模式。 現(xiàn)有的路燈控制器，沒(méi)有產(chǎn)品化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所有東西都安裝在密封的機(jī)箱內(nèi)，體積大，散熱不好，相互干擾，輸入輸出線路都接到機(jī)箱內(nèi)，線路安裝沒(méi)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，連接線路多、凌亂， 今后拆卸和維護(hù)困難。路燈控制器M小時(shí)工作，每天都需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行工作安排，如天氣狀況進(jìn)、接待任務(wù)、節(jié)假日等情況調(diào)整開關(guān)燈時(shí)間；目前市面現(xiàn)有的具備遠(yuǎn)程控制的路燈控制器，功能單一，沒(méi)有考慮到路燈行業(yè)實(shí)際運(yùn)用情況，所有工作都依靠監(jiān)控中心遠(yuǎn)程設(shè)置；而路燈監(jiān)控系統(tǒng)通訊是依靠電信、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，控制管理，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法修改參數(shù)，勢(shì)必造成不能正常亮燈，影響市民生活。如不能及時(shí)調(diào)整時(shí)間極易造成能源浪費(fèi)。現(xiàn)有的路燈控制器沒(méi)有輸出運(yùn)行控制狀態(tài)指示(開或關(guān))，沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急使用的， 手動(dòng)開關(guān)燈控制，都依靠監(jiān)控中心下發(fā)指令控制。當(dāng)通訊出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)法開關(guān)燈，沒(méi)法保障了城市路燈的正常開關(guān)。另外采用補(bǔ)救辦法，外接強(qiáng)電開關(guān)直接操作交流接觸器開關(guān)，因路燈配電箱，工作在戶外，受高溫、潮濕等外界因素影響，加之體積較小、采用開放結(jié)構(gòu)，裸排結(jié)構(gòu)，因此直接操作強(qiáng)電，極易發(fā)生事故。現(xiàn)有的路燈控制器，功能簡(jiǎn)單，沒(méi)有監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等信息如輸入電壓、輸出回路電流數(shù)據(jù)，斷路器、交流接觸器、熔斷器運(yùn)行狀態(tài)。沒(méi)有報(bào)警監(jiān)控如熔斷器、交流接觸器、斷路器運(yùn)行狀態(tài)。報(bào)警監(jiān)控如停電報(bào)警、缺相報(bào)警、白天誤開燈報(bào)警、晚上誤關(guān)燈報(bào)警、保險(xiǎn)熔斷、斷路器跳閘、輸出回路斷路、短路和漏電、電壓、電流超上限報(bào)警，電壓、電流超下限報(bào)警?，F(xiàn)有的路燈控制器，采用系統(tǒng)集成模式，采用外部購(gòu)買，產(chǎn)品缺乏整體設(shè)計(jì)，輸出控制、輸入取樣信號(hào)，采用外置電器氣件進(jìn)行信號(hào)和能量轉(zhuǎn)換，電壓、電流信號(hào)采集沒(méi)有專業(yè)傳感器。外部安裝東西多，接線混亂復(fù)雜，維護(hù)困難，故障率高?，F(xiàn)有的路燈控制器，通訊設(shè)備實(shí)時(shí)性差，通訊資費(fèi)高。而路燈行業(yè)每天都要根據(jù)實(shí)際情況時(shí)間調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控，如不能及時(shí)監(jiān)測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)勢(shì)必影響到城市的正常亮燈和能源的浪費(fèi)。
4發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 通訊上支持因特網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，支持多種通訊模式，具備遙控、遙測(cè)、遙信和故障監(jiān)測(cè)、分析和報(bào)警功能，具有運(yùn)行狀態(tài)顯示，抗雷擊、抗浪涌電壓沖擊保護(hù)、抗EMC電磁干擾的智能無(wú)線路燈控制器。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，包括開關(guān)電源、主板、模擬信號(hào)變送板、輸入輸出變送母板、輸出控制模塊、輸入開關(guān)量模塊、通訊模塊；所述主板上設(shè)有嵌入式微處理器(MCU)，總線驅(qū)動(dòng)器，復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLD1)，復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)，復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)，與嵌入式微處理器(MCU)連接的程序復(fù)位芯片，譯碼器，時(shí)鐘芯片，存儲(chǔ)器，A/D轉(zhuǎn)換電路，精密運(yùn)算放大電路，線性整流電路，模擬開關(guān)，模擬信號(hào)變送板端口，輸入輸出變送母板端口，與嵌入式微處理器(MCU)相連接的通訊接口，顯示屏，操作按鍵；所述模擬信號(hào)變送板由電壓、電流傳感器構(gòu)成的無(wú)源取樣電路和浪涌、雷擊保護(hù)電路、線性電壓調(diào)節(jié)電路，RC濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；經(jīng)傳感器變比出的電壓、電流信號(hào)，經(jīng)保護(hù)、調(diào)節(jié)、濾波電路和模擬信號(hào)變送板端口與主板上的采樣電路連接，所述采樣電路由依次連接的模擬開關(guān)，精密運(yùn)算放大電路，線性整流電路，精密線性可調(diào)電阻、RC濾波網(wǎng)絡(luò)，A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，其中，模擬開關(guān)通過(guò)模擬信號(hào)變送板端口與模擬信號(hào)變送板連接，A/D轉(zhuǎn)換電路與嵌入式微處理器(MCU)連接；所述嵌入式微處理器(MCU)通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器與復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLD1)、復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)、復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)連接，復(fù)雜可編程邏輯器件 1 (CPLDl)通過(guò)譯碼器與模擬開關(guān)連接，所述復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLDl)還連接時(shí)鐘芯片和存儲(chǔ)器，嵌入式微處理器(MCU)還通過(guò)控制總線和地址總線與復(fù)雜可編程邏輯器件 1 (CPLDl)直接連接，嵌入式微處理器(MCU)還通過(guò)地址總線與存儲(chǔ)器連接；所述復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLDl)還通過(guò)控制總線與復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)、復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)連接，其中，復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)與顯示屏和操作按鍵連接，復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)通過(guò)輸入和輸出電路、輸入輸出變送母板端口與輸入輸出變送母板連接，輸出控制模塊和輸入開關(guān)量模塊插拔安裝在輸入輸出變送母板上；所述無(wú)線通訊模塊通過(guò)通訊接口與主板連接。作為優(yōu)選，所述的開關(guān)電源為DC/DC電源。作為優(yōu)選，所述主板還通過(guò)通訊接口連接一單燈監(jiān)測(cè)電力載波通訊模塊。作為優(yōu)選，所述操作按鍵包括用于修改控制器時(shí)鐘、日期、開關(guān)燈時(shí)間和查詢電壓、時(shí)間、編號(hào)參數(shù)的Kl上鍵，K2下鍵，K3功能鍵，K4選擇鍵。作為優(yōu)選，所述復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)與輸入輸出變送母板間的輸出電路中，串聯(lián)隔離和極性保護(hù)二級(jí)管、LED狀態(tài)指示二級(jí)管、濾波電容和手動(dòng)開關(guān)鍵SWfSWS， 所述輸入電路中，串聯(lián)限流、下拉電阻、極性保護(hù)和LED狀態(tài)指示發(fā)光二級(jí)管。作為優(yōu)選，所述模擬開關(guān)、精密運(yùn)算放大電路、線性整流電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，由輸入電壓DC5V，輸出電壓正負(fù)DC12V獨(dú)立地線隔離電源供電。[0020]作為優(yōu)選，所述輸出控制模塊包括光耦、二級(jí)管、三極管、繼電器、壓敏電阻、電阻； 其中，光耦控制端與輸入輸出變送母板連接，光耦輸出端與三極管構(gòu)成復(fù)合驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)繼電器，繼電器的線圈兩端并聯(lián)TVS管和二級(jí)管串聯(lián)構(gòu)成的感生電動(dòng)勢(shì)吸收回路，繼電器的電源端串聯(lián)一只0. 5W的限流保護(hù)電阻，所述光耦兩側(cè)采用不共地電源供電，繼電器的常開觸點(diǎn)兩端并聯(lián)一只壓敏電阻，最后連接到輸出控制端子排。作為優(yōu)選，所述輸入開關(guān)量模塊包括光耦、二極管、穩(wěn)壓二級(jí)管、電阻、電解電容、 三極管、壓敏電阻、發(fā)光二級(jí)管；其中，輸入取樣交流電壓經(jīng)火線和零線間并聯(lián)的壓敏電阻， 輸入火線上的串聯(lián)電阻和穩(wěn)壓二級(jí)管構(gòu)的成分壓和限流電路，再經(jīng)二級(jí)管和發(fā)光二級(jí)管組成的整流電路以及濾波電容后，送至光耦控制端，光耦控制端再并聯(lián)一只IOmA分流電阻， 光耦輸出端與三級(jí)管構(gòu)成OC門驅(qū)動(dòng)電路，再連接至輸入輸出變送母板。作為優(yōu)選，所述通訊接口為RS232和RS485通訊接口。作為優(yōu)選，所述RS232通訊接口采用抗靜電2KV的ESD保護(hù)集成電路，RS232電平的T)(D、RXD、RTS、CTS數(shù)據(jù)線路上串接10歐姆短路保護(hù)電阻。作為優(yōu)選，所述RS485通訊接口采用抗靜電2KV的ESD保護(hù)集成電路，從嵌入式微處理器(MCU)出來(lái)的T)(D、RXD和R/T數(shù)據(jù)線經(jīng)3片單門集成電路反向驅(qū)動(dòng)與光耦的輸入端連接，光耦的輸出與RS485接口集成電路數(shù)據(jù)線相連，RS485接口集成電路輸出的A/B差分總線上接上偏和下偏電阻，然后經(jīng)雙向TVS管組成的共模和差模抑制保護(hù)電路，線路還串連自恢復(fù)保險(xiǎn)電阻，所述RS485接口采用DC/DC隔離電源供電保護(hù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)采用開關(guān)電源、主板、模擬量采集(遙測(cè))、輸出控制模塊(遙控)、輸入開關(guān)量模塊(遙信)、通訊模塊的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可根據(jù)用戶的每臺(tái)配電箱實(shí)際情況配置采集、控制、開關(guān)量模塊數(shù)量，迅速組網(wǎng)。當(dāng)用戶需要更換通訊方式和設(shè)備時(shí)，無(wú)須更換路燈控制器和修改路燈控制器的任何軟硬件，真正做到即插即用。且路燈控制器采用低功耗，無(wú)鉛封裝的集成電路。設(shè)備環(huán)保，低功耗。在通訊模式上 支持有線和無(wú)線多種通訊方式，有線通訊支持RS232、RS485總線等通訊方式，無(wú)線通訊支持?jǐn)?shù)傳電臺(tái)RADI0、GPRS、CDMA、3G等通訊方式，可有效避免更換通訊方式帶來(lái)的重復(fù)投資和浪費(fèi)，路燈控制器可同時(shí)支持兩種通訊方式，保證通訊網(wǎng)絡(luò)的安全可靠。通過(guò)因特網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的遙控、遙測(cè)、遙信(三遙)智能無(wú)線控制。智能無(wú)線路燈控制器內(nèi)置無(wú)線上網(wǎng)設(shè)備(GPRS/CDMA/3G)通過(guò)移動(dòng)、聯(lián)通(GPRS)或電信(CDMA)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理。智能無(wú)線路燈控制器上設(shè)有獨(dú)立的顯示屏窗口和鍵盤(K114)，工作人員在現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)鍵盤直接修改控制器時(shí)鐘、日期、開關(guān)燈時(shí)間和查詢電壓、時(shí)間等各項(xiàng)參數(shù)，當(dāng)通訊故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)修改校正時(shí)鐘和修改開關(guān)燈時(shí)間，從而保障了城市路燈的正常開關(guān)；采用復(fù)雜可編程邏輯器件2(CPLD2)，占用32個(gè)口線資源，每個(gè)口線驅(qū)動(dòng)能力20Ma，可以很容易的驅(qū)動(dòng)各種LED或IXD顯示屏。通過(guò)軟件編程CPLD2，實(shí)現(xiàn)多功能組合顯示邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，可先布電路板線路，后定義管腳功能，有效降低EMC電磁干擾，增強(qiáng)了硬件系統(tǒng)的可靠性，有效的減小PCB板的面積，減少、簡(jiǎn)化了繁瑣布線工作，也有效避免了選用專用集成電路，因?yàn)閿嘭?、停產(chǎn)而造成的危機(jī)，降低了各種成本。采用復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3 )，通過(guò)軟件編程，實(shí)現(xiàn)輸入、輸出邏輯結(jié)構(gòu)，可方便根據(jù)實(shí)際需要，重新修改、定義和配置CPLD3的輸入、輸出管腳數(shù)量，而無(wú)需修改主板電路(主板的輸入輸出電路已設(shè)計(jì)做成通用的)。每條開關(guān)信號(hào)線采用抗干擾能力強(qiáng)的20mA 電流環(huán)設(shè)計(jì)，信號(hào)線上串聯(lián)有開關(guān)狀態(tài)指示。工作人員檢修路燈時(shí)，可通過(guò)路燈控制器上的手動(dòng)開關(guān)鍵SW廣SW8，直接開關(guān)路燈輸出回路。也可執(zhí)行監(jiān)控中心發(fā)布的開關(guān)指令開關(guān)路燈回路，此功能有效避免了檢修人員直接操作強(qiáng)電，減少了事故發(fā)生率。模擬量采集電路單元，即模擬開關(guān)、整形濾波器、線性整流器、A/D轉(zhuǎn)換器采用輸入電壓DC5V，輸出正負(fù)DC12V的DC/DC地線隔離電源供電，可有效避免，采集通道遭受瞬變電壓和雷擊損壞時(shí)，影響主板正常工作。程序抗死機(jī)安全保護(hù)設(shè)計(jì)智能無(wú)線路燈控制器的MCU，采用程序復(fù)位和抗死機(jī)保護(hù)的集成電路構(gòu)成的看門復(fù)位保護(hù)芯片。當(dāng)工作電壓，低于設(shè)定的工作電壓時(shí)，程序運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)死機(jī)或跑飛時(shí)，復(fù)位保護(hù)電路會(huì)主動(dòng)向MCU發(fā)出復(fù)位信號(hào)，強(qiáng)迫MCU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，以避免程序出現(xiàn)誤動(dòng)作。另外如果程序運(yùn)行中出現(xiàn)死機(jī)或跑飛時(shí)，復(fù)位保護(hù)電路在等待固定的1. 6秒的時(shí)間情況下，如果再得不到MCU應(yīng)答，會(huì)主動(dòng)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，強(qiáng)迫MCU程序復(fù)位，避免程序死機(jī)。單燈監(jiān)測(cè)電力載波通訊模塊與安裝在每一燈桿內(nèi)的單燈控制器通過(guò)電力載波實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；具有易實(shí)施，免布線，工作可靠，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的主板的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的模擬量采樣電路、供電結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的三相電壓和13路電流信號(hào)變送電路連接圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)和輸入輸出變送母板之間的電路連接示意圖；圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的輸出控制模塊電路連接示意圖；圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例的輸入開關(guān)量模塊電路連接示意圖；圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例的復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)和顯示屏、操作按鍵的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例的RS485接口隔離供電和輸出保護(hù)電路結(jié)構(gòu)圖；圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例主板與無(wú)線通訊模塊電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。參見圖1、圖2，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，包括開關(guān)電源、主板、模擬信號(hào)變送板、輸入輸出變送母板、輸出控制模塊、輸入開關(guān)量模塊、通訊模塊；所述的開關(guān)電源為DC/DC電源；所述模擬信號(hào)變送板為輸入電壓電流變送板，具有3相電壓信號(hào)變換，13路電流信號(hào)變換；所述輸入輸出變送母板，用于安插輸出控制模塊和輸入開關(guān)量模塊；通過(guò)配置不同的母板，來(lái)實(shí)現(xiàn)安插不同數(shù)量的輸入、輸出模塊；所述輸出控制模塊和輸入開關(guān)量模塊均為8路；所述通訊模塊為GPRS/CDMA/3G無(wú)線通訊模塊；所述主板上設(shè)有嵌入式微處理器(MCU)，總線驅(qū)動(dòng)器，復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLD1)，復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)，復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)，與嵌入式微處理器(MCU)連接的程序復(fù)位芯片(復(fù)位IC)，譯碼器，時(shí)鐘芯片，存儲(chǔ)器，A/D轉(zhuǎn)換電路，精密運(yùn)算放大電路，線性整流電路，16路模擬開關(guān)，16路模擬信號(hào)變送板端口，輸入輸出變送母板端口，與嵌入式微處理器(MCU)相連接的通訊接口，顯示屏，操作按鍵；所述模擬信號(hào)變送板由電壓、電流傳感器構(gòu)成的無(wú)源取樣電路和浪涌、雷擊保護(hù)電路、線性電壓調(diào)節(jié)電路，RC濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；經(jīng)傳感器變比出的電壓、電流信號(hào)，經(jīng)保護(hù)、調(diào)節(jié)、濾波電路和模擬信號(hào)變送板端口與主板上的采樣電路連接，所述采樣電路由依次連接的模擬開關(guān)，精密運(yùn)算放大電路，線性整流電路，精密線性可調(diào)電阻、RC濾波網(wǎng)絡(luò)，A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，其中，模擬開關(guān)通過(guò)模擬信號(hào)變送板端口與模擬信號(hào)變送板連接，A/D轉(zhuǎn)換電路與嵌入式微處理器(MCU)連接；所述采樣電路的工作流程如下變送出的AC(T5的電壓、電流模擬信號(hào)經(jīng)模擬開關(guān)，4片⑶4051構(gòu)成的16路采集通道，連接至精密運(yùn)放AD620構(gòu)成的放大、整形和濾波、調(diào)節(jié)電路，放大倍數(shù)廣100倍可調(diào)，濾波電路濾除50Hz以外的諧波分量后，信號(hào)送至LM358構(gòu)成的線性整流電路(絕對(duì)值電路)，整流出的線性脈動(dòng)直流信號(hào)經(jīng)精密線性可調(diào)電阻和RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的調(diào)節(jié)、濾波網(wǎng)絡(luò)，送至A/D TL1549采樣電路，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送至嵌入式微處理器(MCU)，16路采集端口，接100K下偏電阻，用于防止采集通道不使用，管腳懸空而形成的漂移信號(hào)，影響其它通道采集精度。此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，采集精度高(11 位轉(zhuǎn)換精度)，適合50Hz工頻電，采集通道可擴(kuò)展性強(qiáng)，調(diào)試方便，簡(jiǎn)單(設(shè)有兩個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn))；所述嵌入式微處理器(MCU)通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器與復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLD1)、復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)、復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)連接，復(fù)雜可編程邏輯器件 1 (CPLDl)通過(guò)譯碼器與模擬開關(guān)連接，所述復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLDl)還連接時(shí)鐘芯片和存儲(chǔ)器，嵌入式微處理器(MCU)還通過(guò)控制總線和地址總線與復(fù)雜可編程邏輯器件 1 (CPLDl)直接連接，嵌入式微處理器(MCU)還通過(guò)地址總線與存儲(chǔ)器連接；所述復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLDl)還通過(guò)控制總線與復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)、復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)連接，其中，復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)與顯示屏和操作按鍵連接，所述顯示屏為L(zhǎng)CD或是LED顯示屏，通過(guò)復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)編程實(shí)現(xiàn)多功能組合顯示和鍵盤邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，顯示內(nèi)容如三相電壓、系統(tǒng)時(shí)鐘、 開關(guān)燈時(shí)間、站點(diǎn)編號(hào)、通訊狀態(tài)顯示和開關(guān)燈時(shí)間設(shè)置；復(fù)雜可編程邏輯器件3(CPLD3)通過(guò)輸入和輸出電路、輸入輸出變送母板端口與輸入輸出變送母板連接，輸出控制模塊和輸入開關(guān)量模塊插拔安裝在輸入輸出變送母板上；所述無(wú)線通訊模塊通過(guò)通訊接口與主板連接，所述主板還通過(guò)通訊接口連接一單燈監(jiān)測(cè)電力載波通訊模塊，使用時(shí)，單燈監(jiān)測(cè)電力載波通訊模塊通過(guò)電力線與路燈單燈控制器相連。所述通訊接口為RS232和RS485通訊接口。上述的的智能無(wú)線路燈控制器，軟件采用KEIL公司的C51開發(fā)平臺(tái)編寫，支持實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RT)(51，復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)采用美國(guó)XILINX公司的超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?(C9536，通過(guò)軟件編程對(duì)硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，使硬件設(shè)計(jì)如同軟件設(shè)計(jì)一樣方便快捷，程序復(fù)位芯片采用IMP813芯片，IMP813看門復(fù)位電路具有實(shí)時(shí)、 穩(wěn)定、易于修改等特點(diǎn)。同時(shí)控制軟件也具有故障診斷功能，當(dāng)程序死機(jī)、運(yùn)行跑飛時(shí)，具有糾錯(cuò)、恢復(fù)功能的強(qiáng)大功能。路燈控制器硬件設(shè)計(jì)上，采用雙重死機(jī)等故障診斷和恢復(fù)功能，并可靠的保證程序恢復(fù)后運(yùn)行數(shù)據(jù)不丟失。如圖3所示，所述模擬開關(guān)、精密運(yùn)算放大電路、線性整流電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，采用輸入電壓DC5V，輸出正負(fù)DC12V的DC/DC地線隔離電源供電；采用隔離電源可有效避免， 采集電路遭受浪涌和雷電損壞時(shí)，影響主板工作。如圖4所示，所述模擬信號(hào)變送板與主板的模擬信號(hào)變送板端口連接，其中，輸入 ABC三相電壓(3路電壓信號(hào)，測(cè)量范圍AC (T500V)，經(jīng)并聯(lián)在相電壓兩端的浪涌保護(hù)器件壓敏電阻RTl，火線L經(jīng)串聯(lián)240K/2W的大功率限流分壓電阻Rl，送至變比1 1電流2mA 2mA繞制線性隔離線圈Tl ；變比電壓信號(hào)經(jīng)精密可調(diào)電阻R6調(diào)節(jié)成AC (T5V和TVS4管鉗位保護(hù)，送至R2、R3、Cl、C2組成的RC濾波網(wǎng)絡(luò)后輸出至主板的采集端口。電流信號(hào)變送采用無(wú)緣互感方式(13路電流信號(hào)，測(cè)量范圍AC (Γ500Α)，互感線圈T2送出的變比信號(hào)AC (T5V，經(jīng)雙向TVS管TVS1、TVS2、TVS3組成的共模和差模抑制浪涌電壓和雷電脈沖吸收保護(hù)電路，至R4、R5、C3、C4組成的RC濾波通道后輸出至采集端口。 上述的電路采樣無(wú)源工作方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠性高，測(cè)量范圍寬，電路自身功耗低，體積小， 采用物理隔離模式和TVS管構(gòu)成的共模和差模抑制電路保護(hù)。如圖5所示，所述復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)經(jīng)主板的輸入輸出專用端口， 采用排線方式與輸入輸出變送母板連接。CPLD3的輸出電路中串聯(lián)的隔離和極性反接保護(hù)二級(jí)管Dl (IN4148)、使得在使用手動(dòng)開關(guān)SWfSWS時(shí)不影響CPLD3的輸出狀態(tài)，也可避免 CPLD3損壞；發(fā)光二級(jí)管LEDl串聯(lián)在開關(guān)線路中，用于指示開關(guān)狀態(tài)，同時(shí)也用于判斷控制模塊是否好壞和安裝沒(méi)有，手動(dòng)開關(guān)鍵SWfSWS低電平有效，可強(qiáng)制開啟控制模塊。CPLD3 的輸入開關(guān)量信號(hào)線路中串聯(lián)限流電阻R2、下拉電阻Rl和極性保護(hù)和狀態(tài)指示發(fā)光二級(jí)管LED2。此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，輸入輸出邏輯關(guān)系可通過(guò)CPLD3更改，無(wú)需修改硬件電路， 可擴(kuò)展性和強(qiáng)。如圖6所示，所述輸出控制模塊是易損件，采用插拔方式安裝在輸入輸出變送母板上，即可根據(jù)用戶實(shí)際需求靈活配置，也便于維護(hù)更換。本實(shí)施例輸出控制模塊包括光耦 OPl (光耦P181)、二級(jí)管IN4148、三極管9014、繼電器、壓敏電阻、電阻。其中，從CPLD3輸出的開關(guān)控制信號(hào)，送至光耦OPl驅(qū)動(dòng)端，低電平有效。光耦OPl的輸出端與三極管GBl構(gòu)成復(fù)合驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)繼電器Jl動(dòng)作，繼電器Jl的線圈兩端并聯(lián)單向TVS管和二級(jí)管串聯(lián)構(gòu)成的感生電動(dòng)勢(shì)吸收回路，繼電器Jl的電源端串聯(lián)一只0. 5W的限流保護(hù)電阻R3，其中光耦 OPl兩側(cè)采用不共地電源，供電保護(hù)，繼電器Jl的常開觸點(diǎn)兩端并聯(lián)一只壓敏電阻RTl保護(hù)，用于吸收交流接觸器線圈產(chǎn)生的感聲電動(dòng)勢(shì)，以保護(hù)繼電器Jl觸點(diǎn)延長(zhǎng)使用壽命。如圖7所示，輸入開關(guān)量模塊是易損件，采用插拔方式安裝在輸入輸出變送板上， 即可根據(jù)用戶實(shí)際需求靈活配置，也便于維護(hù)更換。本實(shí)施例輸入開關(guān)量模塊包括光耦 P18U4只36V穩(wěn)壓二級(jí)管、4只270K電阻、47uF電解電容、三極管9014、壓敏電阻471、發(fā)光二級(jí)管、二級(jí)管IN4007。其中，輸入取樣交流電壓(T500V/10Khz，輸入交流電壓經(jīng)火線L 和零線N間并聯(lián)的用于吸收浪涌電壓、雷電脈沖的壓敏電阻RT1，經(jīng)串聯(lián)電阻RfR4、穩(wěn)壓二級(jí)管DW1 DW4構(gòu)成分壓和恒流電路，再經(jīng)二級(jí)管Dl和發(fā)光二級(jí)管LEDl構(gòu)成的整流電路，所述發(fā)光二級(jí)管LEDl具有整流和指示雙重作用，經(jīng)降壓的交流信號(hào)經(jīng)電解電容CDl濾波成直流電壓送至光耦OPl控制端，光耦OPl控制端并聯(lián)一只IOmA分流電阻R6分流，即20mA電流環(huán)設(shè)計(jì)，光耦OPl輸出端與三級(jí)管GBl構(gòu)成OC門驅(qū)動(dòng)，輸出至CPLD3。此電路輸入采用恒流源模式，功耗低，可直接取樣工頻電壓。電路穩(wěn)定可靠、安裝便捷、體積小。如圖8所示，復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)與顯示屏和操作按鍵連接，所述顯示屏為L(zhǎng)ED顯示屏，通過(guò)復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)編程實(shí)現(xiàn)多功能組合顯示和鍵盤邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，采用可編程邏輯器件的顯示電路，可先制PCB板，后定義管腳功能，電路可靠， 布線簡(jiǎn)單、占用面積小，節(jié)省開發(fā)時(shí)間，便于修改，可支持LCD和其他顯示模式。LED顯示內(nèi)容如三相電壓、系統(tǒng)時(shí)鐘、開關(guān)燈時(shí)間、站點(diǎn)編號(hào)、通訊狀態(tài)顯示和開關(guān)燈時(shí)間設(shè)置，所述操作按鍵包括用于修改控制器時(shí)鐘、日期、開關(guān)燈時(shí)間和查詢電壓、時(shí)間參數(shù)的Kl上鍵，K2 下鍵，K3功能鍵，K4選擇鍵，每個(gè)按鍵還對(duì)應(yīng)串聯(lián)電阻RfR4后連接5V隔離電源。如圖9所示，所述RS485通訊接口為SP485，采用抗靜電2KV的ESD保護(hù)集成電路，從MCU出來(lái)的T)(D、RXD和R/T數(shù)據(jù)線經(jīng)3片單門集成電路Ul、U2、U3反向驅(qū)動(dòng)后與光耦01、02、03的輸入端連接，光耦的輸出與RS485接口集成電路數(shù)據(jù)線相連，RS485接口集成電路U4輸出的A/B差分總線上接上偏電阻Rl和下偏電阻R2，然后經(jīng)雙向TVS管TVS1、 TVS2、TVS3組成的共模和差模抑制保護(hù)電路，A/B差分總線上串連自恢復(fù)保險(xiǎn)電阻R3、R4保護(hù)，其中RS485接口采用DC/DC隔離電源供電保護(hù)。所述RS232通訊接口為ADM202，采用抗靜電2KV的ESD保護(hù)集成電路，RS232電平的T)(D、RXD、RTS、CTS數(shù)據(jù)線路上串接10歐姆短路保護(hù)電阻。如圖10所示，所述通訊模塊為GPRS/3G/CDMA通訊模塊，通訊模塊有SIM卡插口， 通訊模塊與主板采用RS232接口通訊。所述通訊支持移動(dòng)、電信和聯(lián)通的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控中心服務(wù)器具有公網(wǎng)固定IP，移動(dòng)、電信和聯(lián)通基站網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入路燈監(jiān)控中心服務(wù)器，是通過(guò)因特網(wǎng)(Internet)相連。智能無(wú)線路燈控制器，通過(guò)通訊設(shè)備登錄移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)后，通過(guò)網(wǎng)關(guān)與因特網(wǎng)接入，獲得監(jiān)控中心IP，建立訪問(wèn)因特網(wǎng)的通道。路燈監(jiān)控中心通過(guò)因特網(wǎng)，與分布在全城的各智能路燈控制器，建立實(shí)時(shí)通訊，監(jiān)控中心可實(shí)時(shí)遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)分布在全城的路燈監(jiān)控點(diǎn)的電壓、電流、電氣、開關(guān)燈等運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)控軟件根據(jù)遙測(cè)的數(shù)據(jù)自動(dòng)分析當(dāng)前路燈配電設(shè)備運(yùn)行狀況和亮燈情況，及時(shí)分析、預(yù)測(cè)故障。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)， 監(jiān)控主動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，并發(fā)送報(bào)警短信到相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和工作人員的手機(jī)。監(jiān)控中心可根據(jù)當(dāng)天的天氣狀況和實(shí)際情況開關(guān)全城路燈。本實(shí)用新型采用標(biāo)準(zhǔn)化安裝，拆卸和維護(hù)簡(jiǎn)便，其中，輸入輸出變送母板和模擬信號(hào)變送板，安裝在控制器機(jī)殼內(nèi)，板上的接插端子從控制器開孔伸出，在機(jī)箱外部，機(jī)殼上詳細(xì)標(biāo)注了輸入輸出關(guān)系、接線符號(hào)。模擬信號(hào)變送板、輸入輸出變送母板采用PCB電路板專用的焊接式、密封型電氣接插排端子。耐壓AC 500￥/1(^，管腳間距5.08!11111，符合國(guó)標(biāo)電氣標(biāo)準(zhǔn)。接插端子即具有端子和插接件兩種特點(diǎn)，插座、插頭可分離，具有良好的電氣接觸性能、密封性和絕緣強(qiáng)度。接插端子具有方向性，同時(shí)輸入、輸出和不同功能的端子采用不同位數(shù)，防止插錯(cuò)便于規(guī)范標(biāo)注，安裝、拆卸、維護(hù)時(shí)極為方便?？杀苊獍惭b端子排，帶來(lái)的安裝麻煩如接線凌亂，體積大等缺點(diǎn)。同時(shí)，因?yàn)槁窡艨刂破魍獠坎杉涂刂凭€多達(dá)有36 根，所以要是采用外置端子排，因其不具備接插功能，安裝和維修時(shí)要拆出所有接線，極易出錯(cuò)，時(shí)間久了很難理清線路，極易出線路故障。
權(quán)利要求1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于包括開關(guān)電源、主板、模擬信號(hào)變送板、輸入輸出變送母板、輸出控制模塊、輸入開關(guān)量模塊、通訊模塊；所述主板上設(shè)有嵌入式微處理器(MCU)，總線驅(qū)動(dòng)器，復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLD1)， 復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)，復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)，與嵌入式微處理器(MCU) 連接的程序復(fù)位芯片，譯碼器，時(shí)鐘芯片，存儲(chǔ)器，A/D轉(zhuǎn)換電路，精密運(yùn)算放大電路，線性整流電路，模擬開關(guān)，模擬信號(hào)變送板端口，輸入輸出變送母板端口，與嵌入式微處理器(MCU) 相連接的通訊接口，顯示屏，操作按鍵；所述模擬信號(hào)變送板由電壓、電流傳感器構(gòu)成的無(wú)源取樣電路和浪涌、雷擊保護(hù)電路、 線性電壓調(diào)節(jié)電路，RC濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；經(jīng)傳感器變比出的電壓、電流信號(hào)，經(jīng)保護(hù)、調(diào)節(jié)、濾波電路和模擬信號(hào)變送板端口與主板上的采樣電路連接，所述采樣電路由依次連接的模擬開關(guān)，精密運(yùn)算放大電路，線性整流電路，精密線性可調(diào)電阻、RC濾波網(wǎng)絡(luò)，A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，其中，模擬開關(guān)通過(guò)模擬信號(hào)變送板端口與模擬信號(hào)變送板連接，A/D轉(zhuǎn)換電路與嵌入式微處理器(MCU)連接；所述嵌入式微處理器(MCU)通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器與復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLD1)、復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)、復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)連接，復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLDl)通過(guò)譯碼器與模擬開關(guān)連接，所述復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLDl)還連接時(shí)鐘芯片和存儲(chǔ)器，嵌入式微處理器(MCU)還通過(guò)控制總線和地址總線與復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLDl)直接連接，嵌入式微處理器(MCU)還通過(guò)地址總線與存儲(chǔ)器連接；所述復(fù)雜可編程邏輯器件1 (CPLDl)還通過(guò)控制總線與復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)、復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)連接，其中，復(fù)雜可編程邏輯器件2 (CPLD2)與顯示屏和操作按鍵連接，復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)通過(guò)輸入和輸出電路、輸入輸出變送母板端口與輸入輸出變送母板連接，輸出控制模塊和輸入開關(guān)量模塊插拔安裝在輸入輸出變送母板上；所述無(wú)線通訊模塊通過(guò)通訊接口與主板連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述的開關(guān)電源為DC/DC電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述主板還通過(guò)通訊接口連接一單燈監(jiān)測(cè)電力載波通訊模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述操作按鍵包括用于修改控制器時(shí)鐘、日期、開關(guān)燈時(shí)間和查詢電壓、時(shí)間、編號(hào)參數(shù)的Kl上鍵，K2下鍵，K3功能鍵，K4選擇鍵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述復(fù)雜可編程邏輯器件3 (CPLD3)與輸入輸出變送母板間的輸出電路中，串聯(lián)隔離和極性保護(hù)二級(jí)管、LED狀態(tài)指示二級(jí)管、濾波電容和手動(dòng)開關(guān)鍵SWf SW8，所述輸入電路中，串聯(lián)限流、下拉電阻、極性保護(hù)和LED狀態(tài)指示發(fā)光二級(jí)管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述模擬開關(guān)、精密運(yùn)算放大電路、線性整流電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，由輸入電壓DC5V，輸出電壓正負(fù)DC12V獨(dú)立地線隔離電源供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述輸出控制模塊包括光耦、二級(jí)管、三極管、繼電器、壓敏電阻、電阻；其中，光耦控制端與輸入輸出變送母板連接，光耦輸出端與三極管構(gòu)成復(fù)合驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)繼電器，繼電器的線圈兩端并聯(lián)TVS管和二級(jí)管串聯(lián)構(gòu)成的感生電動(dòng)勢(shì)吸收回路，繼電器的電源端串聯(lián)一只0. 5W的限流保護(hù)電阻，所述光耦兩側(cè)采用不共地電源供電，繼電器的常開觸點(diǎn)兩端并聯(lián)一只壓敏電阻，最后連接到輸出控制端子排。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述輸入開關(guān)量模塊包括光耦、二極管、穩(wěn)壓二級(jí)管、電阻、電解電容、三極管、壓敏電阻、發(fā)光二級(jí)管；其中，輸入取樣交流電壓經(jīng)火線和零線間并聯(lián)的壓敏電阻，輸入火線上的串聯(lián)電阻和穩(wěn)壓二級(jí)管構(gòu)成的分壓和限流電路，再經(jīng)二級(jí)管和發(fā)光二級(jí)管組成的整流電路以及濾波電容后，送至光耦控制端，光耦控制端再并聯(lián)一只IOmA分流電阻，光耦輸出端與三級(jí)管構(gòu)成 OC門驅(qū)動(dòng)電路，再連接至輸入輸出變送母板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于 所述通訊接口為RS232和RS485通訊接口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述 RS232通訊接口采用抗靜電2KV的ESD保護(hù)集成電路，RS232電平的T)(D、RXD、RTS、CTS數(shù)據(jù)線路上串接10歐姆過(guò)載、短路保護(hù)電阻。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，其特征在于所述RS485通訊接口采用抗靜電2KV的ESD保護(hù)集成電路，從嵌入式微處理器(MCU)出來(lái)的 TXD, RXD和R/T數(shù)據(jù)線經(jīng)集成電路反驅(qū)動(dòng)后與光耦的輸入端連接，光耦的輸出與RS485接口集成電路數(shù)據(jù)線相連，RS485接口集成電路輸出的A/B差分總線上接上偏和下偏電阻，然后經(jīng)雙向TVS管組成的共模和差模抑制保護(hù)電路，線路還串連自恢復(fù)保險(xiǎn)電阻，所述RS485 接口采用DC/DC隔離電源供電保護(hù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能無(wú)線路燈控制器，包括開關(guān)電源，主板，與主板連接的模擬信號(hào)變送板、輸入輸出變送母板、通訊模塊，安插在輸入輸出變送母板上的輸出控制模塊、輸入開關(guān)量模塊；在主板上設(shè)有嵌入式微處理器(MCU)，復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)，總線驅(qū)動(dòng)器，程序復(fù)位芯片，譯碼器，時(shí)鐘芯片，存儲(chǔ)器，A/D轉(zhuǎn)換電路，精密運(yùn)算放大電路，線性整流電路，模擬開關(guān)，通訊接口，顯示屏，操作按鍵。本實(shí)用新型采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可做到即插即用，通訊模塊支持GPRS、CDMA、3G等無(wú)線通訊方式，可通過(guò)因特網(wǎng)建立實(shí)時(shí)通訊,使監(jiān)控中心可實(shí)時(shí)遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)分布在全城的路燈監(jiān)控點(diǎn)的電壓、電流、電氣、開關(guān)燈等運(yùn)行狀態(tài)。
文檔編號(hào)H05B37/02GK202085355SQ20112015712
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者劉軍 申請(qǐng)人:四川鵬天科技發(fā)展有限公司