一种包括高性能保护电路的物联网灯控设备的制作方法

1.本实用新型属于灯光控制技术领域，特别涉及一种应用于城市路灯照明、隧道照明等场景中的物联网灯控设备。


背景技术：

2.本实用新型为物联网灯控设备，适用于城市路灯照明、隧道照明等场景。
3.随着各区域道路路灯数量的不断增加，相应的各区域路灯照明控制越来越为复杂，但在部分场景，如大雨等恶劣天气场景对于灯控设备安全性能的要求也越来越高。因此，有必要提出一种功能齐全、且保护性强的物联网灯控设备。


技术实现要素：

4.本实用新型提出一种包括高性能保护电路的互联网灯控设备，用以解决在恶劣天气场景下现有灯控设备电路存在的保护安全性较弱的问题。
5.本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
6.一种包括高性能保护电路的物联网灯控设备，包括主控芯片、以及通过所述主控芯片连接和控制的4g模块、plc模块、控制模块、pwm调光控制模块、dc 0～10v调光控制模块、电源模块、电流采集与继电器控制模块、外部时钟模块、存储模块、水浸监测模块和倾斜监测模块；其特征在于：所述水浸监测模块中设置有保护电路，所述保护电路包括串联于外部检测传感器两信号输入端口之间的第一压敏电阻、以及串联连接的第二压敏电阻和第三压敏电阻、以及与所述信号输入端口串联的第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝以及与所述第二压敏电阻和所述第三压敏电阻并联的第一瞬态抑制二极管、第二瞬态抑制二极管、第三瞬态抑制二极管；所述第一压敏电阻的两端分别连接于所述外部检测传感器的两信号输入端口之间；所述第二压敏电阻和所述第三压敏电阻一端连接在所述外部检测传感器的信号输入端口各一端，另一端接地；所述第一瞬态抑制二极管、所述第三瞬态抑制二极管分别通过所述第一自恢复保险丝、所述第二自恢复保险丝一端连接到所述信号输入端口的各一端，另一端接地；所述第二瞬态抑制二极管一端通过与所述第一自恢复保险丝的一端与所述外部检测传感器信号输入端口的一端连接，另一端接地。
7.进一步的，控制模块用于数据的控制和传输、水浸告警设置、调光输出控制、继电器开关控制、倾斜设置、以及位置设置，同时与所述4g模块实现通讯功能。
8.倾斜监测模块用于检测灯杆倾斜，设置灯杆倾斜角度，当超过灯杆倾斜角度时进行告警。
9.本物联网灯控设备具有以下优点：
10.1.采用更加稳定的4g通讯方式，组网更加灵活方便。
11.2.基于4g无线通信的单灯控制器，支持4g模块与plc模块，实现无线通信与有线通信的双通信方式，在不同场合可根据实际情况选择通信方式，适用面更广泛。
12.3.兼具pmw模块调光与0～10v模拟量调光，能够支持不同调光信号的 led电源。
13.4.采用外部时钟模块，计时更加精准，同时支持断电计时，增加了可靠性。
14.5.增加了灯杆倾斜监测以及水浸监测，能够实现灯杆的实时倾斜、水浸状态监测，报警管理，且针对该水浸模块特别设计了保护电路，能够提高本物联网灯控设备在恶劣天气场景下的安全性。
附图说明
15.图1是物联网灯控设备整体架构图；
16.图2是主控芯片电路图；
17.图3是调光控制模块电路图；
18.图4是电源模块电路图；
19.图5是电流采集与继电器控制模块电路图；
20.图6是水浸监测模块电路图；
21.图7是倾斜监测模块电路图。
具体实施方式
22.以下结合附图对本实用新型作进一步详述：
23.本实用新型针对使用环境中对于周围信息的采集、设备的远程控制和能耗监测的物联网灯控设备，是一种融合了电子、传感器、计算机软件硬件等技术的机电一体化系统。
24.根据附图1所示：
25.本物联网灯控设备包括了主控芯片、以及通过主控芯片连接和控制的4g 模块、plc模块、控制模块、pwm调光控制模块、dc 0～10v调光控制模块、电源模块、电流采集与继电器控制模块、外部时钟模块、存储模块、水浸监测模块和倾斜监测模块。
26.主控芯片电路，具体电路结构如图2所示。
27.主控芯片可采用32位高速mcu。
28.plc模块可采用es1642-c模块，和4g模块共同作用，用于传输信号。
29.控制模块可通过gd32f103ret6实现，用于控制和传输数据使用、水浸告警设置、调光输出控制、继电器开关控制、倾斜设置、位置设置等设置和控制功能，同时兼容与通讯模组通讯功能。
30.调光控制模块电路如图3所示，其中包括pwm调光控制模块电路、dc 0～ 10v调光控制模块电路。
31.pwm调光模块可通过tlp185芯片来实现，用于通过pwm方式对灯进行控制调光。pwm调光控制模块电路工作原理为：输入电压pwm led串联r32 电阻，输入tlp185的1脚，当1脚和2脚的输入电流增大时，输出电压3脚和4脚输出电压增大；当1脚和2脚输出电流减少时，输出电压3脚和4脚电压降低。当输出电压升高时，原边电流if(1脚和2脚之间)增大，输出电流ic (3脚和4脚之间)增大，由于ic已经超过了电压误差放大器的电流输出能力，pwm1脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压下降时，调节过程类似。
32.dc 0～10v调光控制模块可通过lmx58芯片来实现，通过控制输入 lmx58电流的大小，调节输入lmx58芯片的电流大小达到计算出相应的电压，进行运算处理，得出输出电压大小，从而控制调节输出电压。
33.当lmx58芯片的供电电压为vcc12v，当dac_led输入高电平时，经过放大和降压信号，lmx58的7脚输出低电平；dac_led逐步输入低电平直到0v时，lmx587脚输出的电压信号逐步变大，当4脚输入0v时，7脚输出电压最大为10v，反之亦然。输入lmx58的电压为vcc12v，经过磁珠fb3 与c53、c54滤波后输入lmx58的8脚。
34.电源模块可通过ls10电源模组将ac220v转换为dc12v电源，其电路图如图4所示。
35.电流采集与继电器控制模块可通过cc6920so-10a芯片来实现，用于采集路灯的电流，通过电流值与继电器，确认灯具是否工作正常。电流采集与继电器控制模块电路如图5所示。
36.水浸监测模块可采用tlp185芯片，水浸绳在干燥下电路断开，无信号；当水浸绳遇水，电路导通，设备报警。电路图如图6所示。
37.水浸监测模块工作原理为：p1接入水浸绳，水浸绳遇水导通，无水断路。利用该原理，当水浸绳遇水时，电路导通，输入电压vcc5v，q3 s8050的1 脚有电流，q3 s8050(3脚和2脚)电阻为0，电路导通，经过r40、r41与tlp185 的1脚和2脚导通，tlp185输出低电平，显示有水，设备报警；当无水时，q3 s8050的1脚无电流，q3 s8050的2脚和3脚电阻变大，电路不导通，tlp185 无电压信号输出，得出高电平，显示无水，不报警。
38.如图6所示，该水浸监测模块还包括保护电路。该保护电路包括串联于外部检测传感器两信号输入端口之间的第一压敏电阻g7、以及串联连接的第二压敏电阻g6和第三压敏电阻g8、以及与所述信号输入端口串联的第一自恢复保险丝f3、第二自恢复保险丝f4以及与所述第二压敏电阻g6和所述第三压敏电阻g8并联的第一瞬态抑制二极管pk2、第二瞬态抑制二极管pk3、第三瞬态抑制二极管pk4；所述第一压敏电阻g7的两端分别连接于所述外部检测传感器的两信号输入端口之间；所述第二压敏电阻g6和所述第三压敏电阻g8一端连接在所述外部检测传感器的信号输入端口各一端，另一端接地；所述第一瞬态抑制二极管pk2、所述第三瞬态抑制二极管pk4分别通过所述第一自恢复保险丝 f3、所述第二自恢复保险丝f4一端连接到所述信号输入端口的各一端，另一端接地；所述第二瞬态抑制二极管pk3一端通过与所述第一自恢复保险丝f3的一端与所述外部检测传感器信号输入端口的一端连接，另一端接地。
39.该电路工作原理具体为：当p1端口通过高电压时，压敏电阻g7导通，释放高压，将电压钳制在合理范围内；当电路出现高电流时，压敏电阻g6、以及压敏电阻g8导通，自恢复保险丝f3、自恢复保险丝f4呈现高阻，将高电流引入大地earth，释放电流，起到保护作用；瞬态抑制二极管pk2、瞬态抑制二极管pk3、瞬态抑制二极管pk4并联到主回路中，当主回路受到高电压、高电流时会起到钳位作用，保障后级电路中的电流和电压不会超过电路负荷，从而保护电路。
40.倾斜监测模块可采用mpu6050模块，用于检测灯杆倾斜，设置灯杆倾斜角度，当超过灯杆倾斜角度时设备告警。倾斜监测模块电路如图7所示。
41.如图7所示，mpu-6050集成了3轴mems陀螺仪，3轴mems加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器dmp，选用i2c接口连接到主控芯片。mpu-6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的adc，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。
42.角度计算公式：angle_n＝angle_n-1 (gyro-c_gyro)*r_gyro；
43.其中，angle_n为当前角度值，单位是度(
°
)；angle_n-1为上一次计算出的角度值，
单位是度(
°
)；gyro为陀螺仪敏感轴偏转值，也就是当前敏感轴读数；c_gyro为陀螺仪零点偏移；r_gyro是陀螺仪比例。
44.需要强调的是，本实用新型所述的实施例是实例性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。