可組網(wǎng)控制的太陽能led路燈終端控制電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于城市道路照明設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，具體提供了一種可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，包括STC12LE5616AD單片機(jī)主模塊、產(chǎn)生10V和3.3V直流電的電源模塊、充電、放電模塊以及ZigBee模塊，主模塊分別與電源模塊、充電模塊、放電模塊、以及ZigBee模塊連接，其中放電模塊的輸出端連接LED負(fù)載接口，充電模塊的輸入端連接太陽能板接口，電源模塊、充電模塊以及放電模塊分別與，蓄電池連接。本實(shí)用新型通過ZigBee模塊以及其自身具備的控制功能，能夠使LED路燈成為組網(wǎng)控制終端，從而通過無線網(wǎng)路及路燈控制中心對(duì)路燈進(jìn)行統(tǒng)一控制管理，起到節(jié)能降耗并降低人工管理、維護(hù)路燈的費(fèi)用。
【專利說明】
可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于城市道路照明設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，具體提供了一種可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化進(jìn)程的加快，城市道路照明設(shè)施的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。道路照明在保障夜間交通安全，減少夜間犯罪，提供舒適生活環(huán)境等方面起著非常重要的作用。但路燈規(guī)模的發(fā)展也面臨著以下兩方面的挑戰(zhàn):一方面，道路照明每年都帶來大量的電能消耗，如今亟需更加節(jié)能的照明方案;另一方面，隨著路燈規(guī)模的擴(kuò)大，路燈的管理與維護(hù)變得更加的困難，如何對(duì)路燈實(shí)行有效的監(jiān)控已成為路燈發(fā)展必須要解決的一項(xiàng)重大問題。
[0003]照明節(jié)能投入少、見效快，是所有終端用電設(shè)備節(jié)能措施中節(jié)能率和減排率最髙、成本效益最好的一種，因此，照明節(jié)能的意義非常重大。近些年來，大功率LED光源在照明市場(chǎng)的前景已備受全球矚目。LED是低壓直流器件，與傳統(tǒng)光源相比，具有光效高、壽命長、體積小、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。大功率LED的光效在901m/w以上，LED正有成為未來光源的趨勢(shì)。
[0004]LED是低壓直流器件，該特性使得太陽能、風(fēng)能等可再生能源能很方便地為LED提供電源。太陽的能源非常巨大，大約40分鐘照射到地球上的太陽光所產(chǎn)生的能量就相當(dāng)于全人類一年的消耗。光伏技術(shù)的發(fā)展，給太陽能在照明領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了非常廣闊的前景，而太陽能在路燈照明領(lǐng)域的應(yīng)用，亦能大大降低路燈對(duì)電網(wǎng)的依賴，緩解電網(wǎng)的用電壓力。
[0005]目前大多數(shù)城市的路燈監(jiān)控系統(tǒng)仍釆用有線網(wǎng)絡(luò)布局方式，施工復(fù)雜、靈活性差、成本極高。在管理方面，只能通過“晚上巡燈，白天巡線”的人工方式，不僅消耗大量的人力、物力，而且實(shí)時(shí)性差，效率低，甚至出現(xiàn)連續(xù)白天亮燈的現(xiàn)象。路燈監(jiān)控方式的落后，是道路照明能源浪費(fèi)的一個(gè)重大因素。
[0006]高光效綠色LED光源與可再生能源相結(jié)合，并采用智能化的監(jiān)控管理方案無疑是實(shí)施能源節(jié)約、減少資源浪費(fèi)、滿足人們生活要求的城市照明科學(xué)解決方案。
[0007]LED路燈的普及，推動(dòng)了 LED路燈終端控制電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是目前絕大多數(shù)的LED路燈終端控制電路都屬于單燈控制電路，不提供組網(wǎng)功能，因此路燈的管理仍需采用常規(guī)的人為巡檢方式。維修組負(fù)責(zé)每天在亮燈后巡視其中的一小片，平均每天需耗時(shí)3小時(shí)。路燈的巡檢方式帶來了長期的人力、物力消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種應(yīng)用于LED路燈的可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，以實(shí)現(xiàn)通過無線網(wǎng)路及路燈控制中心對(duì)路燈進(jìn)行統(tǒng)一控制管理，起到節(jié)能降耗并降低人工管理、維護(hù)路燈費(fèi)用的目的。
[0009]為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，包括主模塊、電源模塊、充電模塊以及放電模塊，所述主模塊分別與電源模塊、充電模塊以及放電模塊連接，其中放電模塊的輸出端連接LED負(fù)載接口，充電模塊的輸入端連接太陽能板接口，電源模塊、充電模塊以及放電模塊分別與蓄電池連接；所述主模塊還連接有ZigBee模塊，ZigBee模塊與電源模塊連接;所述主模塊為STC12LE5616AD單片機(jī);所述電源模塊的輸出電壓為1V直流電以及3.3V直流電；所述主模塊還連接有時(shí)鐘電路以及溫度檢測(cè)器件。
[0010]上述時(shí)鐘電路包括美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊，該DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊的4腳和8腳接地，其I腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的27腳連接，其5腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的16腳連接；其6腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的15腳連接，其7腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的14腳連接。
[0011]上述溫度檢測(cè)器件具體為NTC熱敏電阻。
[0012 ]該可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路還設(shè)有蓄電池反接保護(hù)電路。
[0013]上述蓄電池反接保護(hù)電路包括一穩(wěn)壓二極管D17以及N溝道MOSFET Q19，其中D17的正極接地，同時(shí)連接電阻R41的一端，D17的負(fù)極連接R41的另一端以及Ql9的柵極，D17的負(fù)極還同時(shí)經(jīng)電阻R40連接蓄電池，D17的正極還連接Q19的源極，Q19的源極和漏極之間連接有穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的正極與其源極連接。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果:
[0015]本實(shí)用新型通過ZigBee模塊以及其自身具備的控制功能，能夠使LED路燈成為組網(wǎng)控制終端，從而通過無線網(wǎng)路及路燈控制中心對(duì)路燈進(jìn)行統(tǒng)一控制管理，起到節(jié)能降耗并降低人工管理、維護(hù)路燈的費(fèi)用。
[0016]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的總體電路框圖；
[0018]圖2是處理器電路原理圖；
[0019]圖3是時(shí)鐘電路原理圖；
[0020]圖4是Ql驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0021]圖5是充電電路原理圖；
[0022]圖6是蓄電池反接保護(hù)電路原理圖；
[0023]圖7是充電電流檢測(cè)電路原理圖；
[0024]圖8是放電電路原理圖；
[0025]圖9是Q17驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0026]圖10是CC2530外圍電路原理圖；
[0027]圖11是基于1^^2401(:的射頻放大電路原理圖；
[0028]圖12是ZigBee模塊Debug接口原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本實(shí)用新型提供了一種可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，包括主模塊、電源模塊、充電模塊、放電模塊、以及Z i gBee模塊，所述主模塊分別與電源模塊、充電模塊、放電模塊、以及ZigBee模塊連接，其中放電模塊的輸出端連接LED負(fù)載接口，充電模塊的輸入端連接太陽能板接口，電源模塊、充電模塊以及放電模塊分別與蓄電池連接，具體可參照?qǐng)D1所示，其中主模塊為STCl 2LE5616AD單片機(jī);所述電源模塊輸出電壓值為1V直流電以及3.3 V直流電。
[0030]本實(shí)用新型的控制電路除了增加ZigBee通信模塊用于通信之外，還具備對(duì)太陽能路燈的基本控制功能?？刂齐娐吩O(shè)有太陽能板、蓄電池以及LED負(fù)載的接口，控制電路的工作電壓來自于蓄電池。為了實(shí)現(xiàn)所需控制功能，控制電路還包含處理器主模塊、充電模塊、放電模塊以及必要的驅(qū)動(dòng)模塊等。控制電路的組成結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D1所示。
[0031]控制電路的設(shè)計(jì)遵循模塊化的設(shè)計(jì)原則，按照?qǐng)D1的控制電路組成框圖，控制電路其硬件包含主模塊、電源模塊、充電模塊、放電模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、ZigBee模塊等。
[0032]下面將對(duì)控制電路的硬件模塊作詳細(xì)陳述。
[0033]1、控制電路主模塊設(shè)計(jì)
[0034]主模塊是控制電路的運(yùn)算處理核心部件，其性能直接決定了控制電路的功能實(shí)現(xiàn)以及產(chǎn)品品質(zhì)。根據(jù)控制電路的功能要求，主模塊處理器的選型需考慮以下幾個(gè)方面:
[0035]I)控制電路運(yùn)行于戶外環(huán)境中，并要求24小時(shí)不間斷運(yùn)行，因此處理器需選擇工業(yè)級(jí)芯片；
[0036]2)處理器需提供七路A/D轉(zhuǎn)換接口，這七路A/D轉(zhuǎn)換接口將分別用于采樣太陽能板電壓、蓄電池電壓、LED負(fù)載電壓、充電電流、LED負(fù)載電流、蓄電池放電電流以及環(huán)境溫度；
[0037]3 )處理器需提供一路PffM輸出，用于BOOST電路控制信號(hào)；
[0038]4)處理器需提供多路GP10，用于連接狀態(tài)指示燈、時(shí)鐘電路等模塊；
[0039]5)從成本控制角度考慮，處理器必須具有較高的性價(jià)比。
[0040]綜合考慮以上要求，系統(tǒng)最終選用了 STC12LE5616AD處理器。該處理器是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(IT)單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)。該處理器的主要性能及資源如下:
[0041 ] I)主頻范圍0~35MHz，相當(dāng)于普通8051處理器的O?420MHz頻率；
[0042]2)寬電壓輸入范圍:2.2?3.6V，超強(qiáng)的電源防抖動(dòng)性能；
[0043]3)低功耗設(shè)計(jì)。正常工作模式下的典型功耗為2.7?7mA，掉電模式下的功耗小于
0.1uA (可由外部中斷喚醒)；
[0044]4)豐富的片內(nèi)外設(shè)。包括4K的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，8路1位ADC通道，4路PffM通道，4通道捕獲/比較單元，6個(gè)16位定時(shí)器等；
[0045]5)內(nèi)部集成有MAX810專用復(fù)位電路以及硬件看門狗。
[0046]綜上所述，STC12LE5616AD處理器完個(gè)滿足控制電路的需求。同時(shí)，STC12LE5616AD僅需很少的外圍器件，就可以保證處理器的正常穩(wěn)定工作，該部分電路如圖2所示，其中，STC12LE5616AD的串口不僅可用作程序下載，也用于連接ZigBee模塊。
[0047]STC12LE5616AD通過3線接口與時(shí)鐘電路DS1302進(jìn)行同步串行通信，DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年月日時(shí)分秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，并具有閏年補(bǔ)償功能。圖3為DSl302時(shí)鐘電路，該時(shí)鐘電路包括美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊，該DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊的4腳和8腳接地，其I腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的27腳連接，其5腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的16腳連接；其6腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的15腳連接，其7腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的14腳連接。
[0048]控制電路需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，從而對(duì)蓄電池的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。環(huán)境溫度的檢測(cè)通過NTC熱敏電阻實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)選用精度±1%，B值3950，25度環(huán)境下阻值1K的NTC熱敏電阻。
[0049]2、電源模塊的設(shè)計(jì)
[0050]控制電路的工作電源完全來自于蓄電池電壓，參照控制電路的性能指標(biāo)要求，控制電路需對(duì)蓄電池12V系統(tǒng)或24V系統(tǒng)自適應(yīng)，因此電源模塊的輸入電壓為DC IlV?26V寬范圍。電源模塊需提供DC 1V與DC 3.3V電源，1V電源用于驅(qū)動(dòng)MOSFET的有效導(dǎo)通，3.3V電源用作主模塊、ZigBee模塊等數(shù)字電路的供電電源，由于現(xiàn)有技術(shù)很容易得到該電源模塊的電路結(jié)構(gòu)，因此此處對(duì)電源模塊的結(jié)構(gòu)不再詳述。
[0051 ] 3、充電模塊設(shè)計(jì)
[0052]充電模塊是太陽能板與蓄電池之間的橋梁。充電模塊需要具備以下幾項(xiàng)功能:①充電控制;②蓄電池反接保護(hù);③太陽能板反接保護(hù);④蓄電池、太陽能板電壓檢測(cè);⑤充電電流檢測(cè)。
[0053]充電控制是充電模塊的基本功能。當(dāng)陽光充足，太陽能板電壓高過蓄電池電壓時(shí)，啟動(dòng)對(duì)蓄電池的充電過程;當(dāng)陽光暗淡，太陽能板電壓低于蓄電池電壓時(shí)，關(guān)閉對(duì)蓄電池的充電過程。在本實(shí)用新型的充電模塊設(shè)計(jì)中，采用兩個(gè)鏡像對(duì)稱的N溝道MOSFET來實(shí)現(xiàn)充電控制功能。MOSFET選用IRF3205場(chǎng)效應(yīng)管，IRF3205在VGS=1V的條件下，RDS僅為8ι?Ω，額定電流能達(dá)到80Α。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，IRF3205的導(dǎo)通壓降不到0.1V，而且發(fā)熱量非常小。該部分電路圖如圖5所不。
[0054]其中N溝道M0SFETQ1，Q2實(shí)現(xiàn)充電控制功能。當(dāng)太陽能板電壓大于蓄電池電壓時(shí)，由于Q2 MOSFET寄生二極管的作用，僅Q2—個(gè)MOSFET并不能控制充電電路的有效通斷，因此需要引入Ql，由兩個(gè)MOSFET合作完成電路的通斷控制。Ql的柵極電壓來源于Vmos，而Vmos取自太陽能板，因此當(dāng)太陽能板反接時(shí)，Ql將無法得到正向的柵源偏置電壓，無法導(dǎo)通，由此實(shí)現(xiàn)了太陽能板的反接保護(hù)功能。P6KE68CA是雙向瞬態(tài)抑制二極管(TVS)，瞬態(tài)抑制二極管對(duì)電路中瞬間出現(xiàn)的浪涌電壓脈沖起到分流、箝位的作用，可以有效保護(hù)電子設(shè)備免受雷擊或靜電放電(ESD )等快速瞬態(tài)電壓的破壞，為輸入/輸出接口提供理想的保護(hù)方案。P6KE68CA的截止電壓為68V，峰值功率(Ims)可達(dá)600W，對(duì)抑制瞬態(tài)脈沖有明顯的作用。R7，R8的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用于蓄電池電壓檢測(cè)。R3，R5, R6, D4完成太陽能板的電壓檢測(cè)。當(dāng)蓄電池處于充電狀態(tài)時(shí)，太陽能板的電壓會(huì)被大幅拉低，因此充電狀態(tài)下無需進(jìn)行太陽能板電壓的檢測(cè)。在非充電狀態(tài)下，Ql，Q2作用將充電回路斷開，標(biāo)號(hào)AD5處電壓值VAD5與太陽能板電壓VsoIar之間存在線性關(guān)系:VAD5=(Vbattery-Vsolar+0.7)R6/(R5+R6)，其中，Vbattery為蓄電池電壓，0.7V是對(duì)二極管D4的電壓估計(jì)。D4的作用是防止太陽能板反接時(shí)，過高的電壓被引入單片機(jī)AD口。當(dāng)太陽能板電壓大于蓄電池電壓時(shí)，D6正向?qū)?，單片機(jī)AD口的檢測(cè)值將為零。蓄電池的反接保護(hù)由另一 N溝道MOSFET完成，其原理與太陽能板的反接保護(hù)類似，該部分電路見圖6所示，該電路包括一穩(wěn)壓二極管Dl7以及N溝道MOSFET Q19，其中D17的正極接地，同時(shí)連接電阻R41的一端，D17的負(fù)極連接R41的另一端以及Ql9的柵極，D17的負(fù)極還同時(shí)經(jīng)電阻R40連接蓄電池，D17的正極還連接Ql 9的源極，Ql 9的源極和漏極之間連接有穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的正極與其源極連接。
[0055]在圖5中，R4，R27是兩個(gè)2025封裝的小阻值電阻，用于釆樣充電電流。電流流經(jīng)采樣電阻，產(chǎn)生微小壓降，再由INA193芯片將電壓信號(hào)放大。INA193在采樣端允許-16V~36V的電壓輸入，支持500KHz的采樣頻率以及最大僅900uA的低電流消耗。INA193能將差分輸入電壓信號(hào)放大20倍。該部分電路如圖7所示。
[0056]放電模塊的設(shè)計(jì)
[0057]放電模塊主要負(fù)責(zé)蓄電池對(duì)LED負(fù)載的放電過程。LED又稱發(fā)光二極管，是典型的非線性元件。當(dāng)LED兩端的電壓較低時(shí)，LED處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電壓達(dá)到一定幅度時(shí)，LED即會(huì)導(dǎo)通發(fā)光，此時(shí)兩端電壓稍微增加，導(dǎo)通電流就會(huì)明顯提升，如果不對(duì)導(dǎo)通電流加以限制，LED很容易過流燒壞因此放電模塊對(duì)LED負(fù)載采用了恒流控制方式。放電模塊通過BOOST電路實(shí)現(xiàn)，由BOOST電路升壓恒流驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載，如圖8所示。BOOST電路的性能直接影響到控制電路的能量轉(zhuǎn)換效率、發(fā)熱量以及使用壽命。圖中，MOSFET Q18控制LED負(fù)載的通斷，Q17控制BOOST電路的運(yùn)行。R23，R24是兩個(gè)采樣電阻，R23用于采樣蓄電池放電電流峰值，R24用于采樣LED負(fù)載電流，電流采樣方式與充電電流類似，在此不再贊述。BOOST電路是一種開關(guān)直流升壓電路，它分為充電、放電兩個(gè)工作過程。在充電過程中，Q17閉合，此時(shí)輸入電流流經(jīng)電感，通過Q17到地，由于輸入為直流電，所以電感上的電流以一定的速率線性增加，這個(gè)速率與輸入電壓以及電感大小有關(guān)。隨著電感電流的增加，電感中積累了一定的能量，當(dāng)Q17斷開時(shí)，進(jìn)入BOOST電路的放電過程，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)立即降為零，而會(huì)對(duì)LED負(fù)載以及電容C9放電，并抬高輸出端的電壓。BOOST電路的工作過程就是電感不斷吸收能量釋放能量的過程。如若輸出電容C9足夠大，就能在LED負(fù)載上保持穩(wěn)定的電流。二極管D11能夠防止Q17導(dǎo)通過程中電容C9的對(duì)地放電。Q17的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率是由處理器的P麗頻率決定的。PWM頻率可以有多種選擇，本實(shí)用新型中，P WM頻率f滿足關(guān)系式:f=fosc/(2 X 256);其中，fosc是時(shí)鐘頻率，此處為11.0592MHz，計(jì)算可得PWM頻率為21.6MHz ο
[0058]在實(shí)際應(yīng)用中，要求控制電路能帶動(dòng)60W甚至80W負(fù)載，60W對(duì)應(yīng)的典型負(fù)載為6并10串的LED燈具，額定工作電壓30V，額定工作電流2A。從以上BOOST電路可以達(dá)到調(diào)整Q17柵極電壓的占空比，進(jìn)而控制電感中的電流，進(jìn)而控制LE D負(fù)載的電流。
[0059]5、驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)
[0060]在控制電路的電路設(shè)計(jì)中，共有4個(gè)N溝道MOSFET需要提供驅(qū)動(dòng)，它們是充電模塊中的QI，Q2，以及放電模塊中的Q17，Q18。除Ql之外，其他三個(gè)MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路類似，以Q17的驅(qū)動(dòng)電路為例，其驅(qū)動(dòng)電路如圖9所示;該驅(qū)動(dòng)電路的作用是將處理器輸出的3.3VPWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成1V PffM信號(hào)，同時(shí)保持PffM波形的規(guī)范性、完整性，從而能有效地控制MOSFET的開通與關(guān)斷。在圖9中使用了R28上拉電阻，從而使默認(rèn)情況下的Q17處于關(guān)斷狀態(tài)，保證了BOOST電路在不工作狀態(tài)下的安全。Q17是BOOST電路的關(guān)鍵，在實(shí)際應(yīng)用中，Q17的柵極電壓PWM波形很容易產(chǎn)生畸變，通過適當(dāng)調(diào)整圖9中電阻值的大小，可以在一定程度上改善電路的驅(qū)動(dòng)性能。
[0061]Ql的驅(qū)動(dòng)電路比較特殊，因?yàn)镼l的源極電壓為太陽能板的負(fù)端電壓，與處理器控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的地電位不同。該部分驅(qū)動(dòng)電路見圖4;其中D8的作用是防止太陽能板反接時(shí)發(fā)生電流倒灌。當(dāng)處理器的控制信號(hào)mosl為低電平時(shí)，Q3，Q4均工作于截止區(qū)，此時(shí)Q5得不到正向的發(fā)射極偏置電壓，亦工作于截止區(qū)，輸出DmosI電壓為Vmos電壓，從而導(dǎo)通MOSFETQl。當(dāng)處理器的控制信號(hào)mosl為高電平時(shí)，Q3、Q4均工作于飽和區(qū)，此時(shí)Q5得到了正向的發(fā)射極偏置電壓，亦工作于飽和區(qū)，輸出Dmosl電壓為SolarGND電壓，從而關(guān)斷MOSFET Ql。
[0062]6、ZigBee 模塊設(shè)計(jì)
[0063]ZigBec技術(shù)與其他技術(shù)相比，具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì):
[0064]I)低功耗。低功耗是ZigBec—項(xiàng)重要特性。兩節(jié)五號(hào)堿性電池可以支持ZigBec設(shè)備工作長達(dá)6?24個(gè)月。
[0065]2)低成本。
[0066]3)網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0067 ] 4)傳輸可靠。Z i gBe e網(wǎng)絡(luò)媒體訪問控制層采用了碰撞避免機(jī)制CSMA-CA，同時(shí)為需要固定寬帶的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中通過自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，而且個(gè)別節(jié)點(diǎn)的失效不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信。
[0068]5)安全。ZigBee提供有數(shù)據(jù)完整性檢查功能，并且可以選用AES-128加密算法。
[0069]本實(shí)用新型在ZigBee網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn)上，采用了TI公司的CC2530片上系統(tǒng)解決方案。CC2530的性能及資源如下:
[0070]I)寬電源電壓范圍2?3.6V;
[0071 ] 2)低功耗設(shè)計(jì)。接收模式電流消耗24mA，發(fā)送模式電流消耗29mA;
[0072 ] 3)優(yōu)良的性能和具有代碼預(yù)取功能的低功耗8051微控制器內(nèi)核；
[0073]4)豐富的片內(nèi)資源包括8KB RAM, 256KB FLASH, 5通道DMA, 8路12位ADC，2路USART以及硬件看門狗等；
[0074]5)內(nèi)含基于2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的RF收發(fā)器，收發(fā)器具有極高的接收靈敏度(-97dBm)，可編程輸出功率高達(dá)4.5dBm;
[0075]6)支持精確的數(shù)字化RSSI/LQI，AES安全協(xié)處理器以及硬件支持CSMA/CA。
[0076]因此，CC2530完全符合木系統(tǒng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要求。CC2530及其外圍電路如圖10所示。在該圖中，CC2530使用了一個(gè)類似于單極子的不平衡天線，因此在25、26引腳外連接了一個(gè)巴倫電路來最優(yōu)化性能。巴倫電路可以將差分信號(hào)與單端信號(hào)相互轉(zhuǎn)換。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用上監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的要求，ZigBee節(jié)點(diǎn)間的通信距離必須大于路燈間距，因此ZigBee模塊的設(shè)計(jì)也必須考慮到通信距離的長短。因此在實(shí)用新型的ZigBee模塊設(shè)計(jì)中，不僅使用了增益天線，而且添加了射頻功率放大模塊。在ZigBee模塊設(shè)計(jì)中，引入了 RFX2401C射頻功率放大電路。該芯片內(nèi)部集成了 PA，LNA，發(fā)送接收開關(guān)電路，相關(guān)匹配網(wǎng)絡(luò)以及諧波濾波器。該芯片具有22dBm的發(fā)射功率，而且外圍電路非常簡(jiǎn)單。該芯片電路如圖11所示，其中RFX2401C的TXEN、RXEN引腳用于控制芯片的運(yùn)行，圖中RXEN始終保持為高，而TXEN則連接到CC2530。當(dāng)CC2530有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，使能RFX2401C的發(fā)送模式。圖12是ZigBee模塊Debug接口原理圖。
[0077]綜上，本實(shí)用新型通過ZigBee模塊以及其自身具備的控制功能，能夠使LED路燈成為組網(wǎng)控制終端，從而通過無線網(wǎng)路及路燈控制中心對(duì)路燈進(jìn)行統(tǒng)一控制管理，起到節(jié)能降耗并降低人工管理、維護(hù)路燈的費(fèi)用。
[0078]本實(shí)用新型的具體技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括如下內(nèi)容:
[0079]I)能通過收集相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷是否滿足充電條件，控制太陽能板對(duì)蓄電池的充電過程。并能在充電過程中，防止充電電流過大以及避免蓄電池的過充電。
[0080]2)能通過收集相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷是否滿足放電條件，控制蓄電池對(duì)LED負(fù)載的放電過程。在放電過程中，按要求功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并避免蓄電池的放電過流或欠壓放電。
[0081]3)控制參數(shù)可以自由設(shè)置。
[0082]4)具備溫度補(bǔ)償功能，能檢測(cè)環(huán)境溫度，進(jìn)而對(duì)蓄電池的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行修正，以延長蓄電池的使用壽命。
[0083]5)在工業(yè)級(jí)工作溫度范圍內(nèi)能正常穩(wěn)定工作。
[0084]本實(shí)施方式中沒有詳細(xì)敘述的部分屬本行業(yè)的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的舉例說明，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的限制，凡是與本實(shí)用新型相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，包括主模塊、電源模塊、充電模塊以及放電模塊，所述主模塊分別與電源模塊、充電模塊以及放電模塊連接，其中放電模塊的輸出端連接LED負(fù)載接口，充電模塊的輸入端連接太陽能板接口，電源模塊、充電模塊以及放電模塊分別與蓄電池連接，其特征在于:所述主模塊還連接有ZigBee模塊，ZigBee模塊與電源模塊連接;所述主模塊為STC12LE5616AD單片機(jī);所述電源模塊的輸出電壓為1V直流電以及3.3V直流電；所述主模塊還連接有時(shí)鐘電路以及溫度檢測(cè)器件。2.如權(quán)利要求1所述的可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，其特征在于:所述時(shí)鐘電路包括美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊，該DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊的4腳和8腳接地，其I腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的27腳連接，其5腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的16腳連接;其6腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的15腳連接，其7腳與STC12LE5616AD單片機(jī)的14腳連接。3.如權(quán)利要求1所述的可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，其特征在于:所述溫度檢測(cè)器件具體為NTC熱敏電阻。4.如權(quán)利要求1所述的可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，其特征在于:該可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路還設(shè)有蓄電池反接保護(hù)電路。5.如權(quán)利要求4所述的可組網(wǎng)控制的太陽能LED路燈終端控制電路，其特征在于:所述蓄電池反接保護(hù)電路包括一穩(wěn)壓二極管D17以及N溝道MOSFET Ql9，其中Dl7的正極接地，同時(shí)連接電阻R41的一端，D17的負(fù)極連接R41的另一端以及Ql 9的柵極，D17的負(fù)極還同時(shí)經(jīng)電阻R40連接蓄電池，D17的正極還連接Q19的源極，Q19的源極和漏極之間連接有穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的正極與其源極連接。
【文檔編號(hào)】H05B33/08GK205430689SQ201620194491
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日
【發(fā)明人】肖軍
【申請(qǐng)人】西安航空學(xué)院