一种基于多模通信的智能照明监控电路的制作方法

1.本实用新型涉及照明控制电路技术领域，更具体的是涉及一种基于多模通信的智能照明监控电路技术领域。


背景技术：

2.道路照明是城市中重要的公共设施，路灯的智能运维、精准化管控和节能管理越来越受到主管部门的重视。
3.现有传统的路灯及其控制系统中，都是采用时控器或者三遥设备直接对配电箱回路进行开关控制的粗放式管理模式；不能在路灯运维期间给出准确的解决方案，不能对单个路灯进行精细化的节能管控，且大部分操作需要到现场进行，大大的增加了人力、物力、时间成本。
4.因此，为了解决以上问题，现在亟需研发出一种能够实现智能照明监控终端系统，以用来对整体或对单个路灯设备进行监控，实现高效、稳定的控制方式，可以实时监测到任意一盏路参数，在无人控制或离网的情况下也可以自动运行，做到对定时开、关灯、回路漏电处理、调光、灯杆倾斜、灯头温度、特定路灯控制和相关数据实时上报等，在不改变灯具，不增加布线的情况下，实现了路灯照明节能化、网络化、智能化。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于：实现对道路照明设施的智能化全面监控。为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于多模通信的智能照明监控电路。
6.本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
7.一种基于多模通信的智能照明监控电路，包括主控模块、交流电压检测模块、负载电流检测模块、漏电流检测模块、温度传感器、倾斜角度传感器、照度传感器、电力载波&rf无线通信调制解调模块、时钟模块、交流过零检测模块、继电器开关灯驱动模块、调光模块、交直流转换模块；
8.所述倾斜角度传感器的输出端、照度传感器的输出端、电力载波&rf无线通信调制解调模块、时钟模块、交流电压检测模块的输出端、负载电流检测模块的输出端、漏电流检测模块的输出端、交流过零检测模块的输出端、温度传感器的输出端、继电器开关灯驱动模块的输入端和调光模块的输入端分别连接到所述主控模块；
9.所述交流电压检测模块、负载电流检测模块、交流过零检测模块的探测端连接到外部交流电源；外部交流电源通过所述继电器开关灯驱动模块的输出端连接到外部照明系统；调光模块的输出端连接到外部照明系统；所述温度传感器、倾斜角度传感器、照度传感器分别设置在外部照明系统处；继电器开关灯驱动模块的输出端接入外部照明系统的电源输入端；
10.所述主控模块的电源端通过所述交直流转换模块连接到外部交流电源。
11.优选地，所述调光模块包括依次连接的da转换输出电路与数字放大电路。
12.优选地，所述负载电流检测模块包括第一电流互感器、多个电阻、多个电容、多个磁珠和第一运算放大器；第一电流互感器的磁芯中心穿过所述外部交流电源的火线；
13.所述第一电流互感器、第一电阻并联，第一电阻的一端连接到第一电容的一端、第三电容的一端和第一磁珠的一端，第一电容的另一端接地；第一电阻的另一端连接到第二电容的一端、第二电阻的一端和第二磁珠的一端，第二电容的另一端接地；第二电阻的另一端和第三电容的另一端相连；
14.第一磁珠的另一端连接到第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接到第四电容的一端、第四电阻的一端和第一运算放大器的反向输入端，第二磁珠的另一端连接到第一运算放大器的同相输入端；
15.第一运算放大器的输出端、第四电容的另一端和第四电阻的另一端连接到第五电阻的一端，第五电阻的另一端通过第五电容接地，第五电阻的另一端还连接到所述主控模块。
16.优选地，所述交流电压检测模块包括电压互感器、多个电阻、多个电容、多个磁珠和第二运算放大器；
17.第六电阻的一端与所述外部交流电源的ac-l相接，另一端与电压互感器的原边第二端相连，电压互感器的原边第一端与外部交流电源的ac-n相接；
18.第七电阻的一端连接电压互感器的副边第一端、第六电容的一端、第八电阻的一端和第三磁珠的一端；第七电阻的另一端连接电压互感器的副边第二端、第七电容的一端、第八电容的一端和第四磁珠的一端；第八电容的另一端和第八电阻的另一端相连；
19.第三磁珠的另一端连接到第二运算放大器的同相输入端，第四磁珠的另一端连接到第九电阻的一端，第九电阻的另一端连接到第二运算放大器的反向输入端、第十电阻的一端和第九电容的一端；第二运算放大器的输出端、第十电阻的另一端和第九电容的另一端连接到第十一电阻的一端，第十一电阻的另一端通过第十电容接地，第十一电阻的另一端还连接到所述主控模块；
20.第二运算放大器的正电源端接直流源，负电源端接地。
21.优选地，所述交流过零检测模块包括多个电阻、第一二极管、第一光耦、多个电容c12、第一npn三极管；
22.第十二电阻与所述外部交流电源的ac-l相接，且第十二电阻依次与第十三电阻和第十四电阻串联，第十四电阻连接到第一光耦的第一端；
23.第一二极管的阴极连接到所述外部交流电源的ac-n端，其阳极连接到第一光耦的第二端；
24.第一光耦的第三端连接到第十一电容的一端、第十五电阻的一端和第十六电阻的一端，第十一电容的另一端和第十五电阻的另一端接地；第一光耦的第四端连接第十七电阻的一端和直流源；
25.第一npn三极管的基极连接到第十六电阻的另一端，集电极连接到第十七电阻的另一端，发射极接地，第十七电阻的另一端还连接所述主控模块。
26.优选地，所述继电器开关灯驱动模块包括多个电阻、第二二极管、第一继电器、第二npn三极管；第一继电器包括继电器线圈和两个常开触点；
27.第十八电阻的一端连接的所述主控模块，第十八电阻的另一端连接到第十九电阻
的一端和第二npn三极管的基极，第十九电阻的另一端和第二npn三极管的发射极接地，第二npn三极管的集电极连接到继电器线圈的一端和第二二极管的阳极，继电器线圈的另一端连接到第二二极管的阴极和直流源，两个常开触点分别接入连接所述外部照明系统的火线和零线。
28.本实用新型具有以下有益效果：
29.本实用新型通过多个传感器对照明系统进行多方面的检测，实现全面且实时的智能化监控；通过调光模块和照度检测模块控制路灯的亮度，实现对路灯实时状态的精确管控，既满足了照明需求，又节约了电能；本实用新型还可以通过电力载波&rf无线通信调制解调模块实现及时数据上报和命令下发，实现远程的监控的数据分析；综合来说，本实用新型实现了照明系统的智能运维、故障报警和精准调光。
附图说明
30.图1是本实用新型的原理结果示意图；
31.图2是实施例2的负载电流检测模块的电路连接示意图；
32.图3是实施例3的交流电压检测模块的电路连接示意图；
33.图4是实施例4的交流过零检测模块的电路连接示意图；
34.图5是实施例5的继电器开关灯驱动模块的电路连接示意图；
35.附图标记：r1-第一电阻，r2-第二电阻，r3-第三电阻，r4-第四电阻，r5-第五电阻，r6-第六电阻，r7-第七电阻，r8-第八电阻，r9-第九电阻，r10-第十电阻，r11-第十一电阻，r12-第十二电阻，r13-第十三电阻，r14-第十四电阻，r15-第十五电阻，r16-第十六电阻，r17-第十七电阻，r18-第十八电阻，r19-第十九电阻，c1-第一电容，c2-第二电容，c3-第三电容，c4-第四电容，c5-第五电容，c6-第六电容，c7-第七电容，c8-第八电容，c9-第九电容，c10-第十电容，c11-第十一电容，c12-第十二电容，c13-第十三电容，c14-第十四电容，c15-第十五电容，d1-第一二极管，d2-第二二极管，a1-第一运算放大器，a2-第二运算放大器，k1-第一继电器，q1-第一npn三极管，q2-第二npn三极管，u1-第一光耦，ct1-第一电流互感器，pt1-电压互感器，fb1-第一磁珠，fb2-第二磁珠，fb3-第三磁珠，fb4-第四磁珠。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.实施例1
39.如图1所示，本实施例提供一种基于多模通信的智能照明监控电路，包括主控模块、交流电压检测模块、负载电流检测模块、漏电流检测模块、温度传感器、倾斜角度传感
器、照度传感器、电力载波&rf无线通信调制解调模块、时钟模块、交流过零检测模块、继电器开关灯驱动模块、调光模块、交直流转换模块；
40.所述倾斜角度传感器的输出端、照度传感器的输出端、电力载波&rf无线通信调制解调模块、时钟模块、交流电压检测模块的输出端、负载电流检测模块的输出端、漏电流检测模块的输出端、交流过零检测模块的输出端、温度传感器的输出端、继电器开关灯驱动模块的输入端和调光模块的输入端分别连接到所述主控模块；
41.所述交流电压检测模块、负载电流检测模块、交流过零检测模块的探测端连接到外部交流电源；外部交流电源通过所述继电器开关灯驱动模块的输出端连接到外部照明系统；调光模块的输出端连接到外部照明系统；所述温度传感器、倾斜角度传感器、照度传感器分别设置在外部照明系统处；继电器开关灯驱动模块的输出端接入外部照明系统的电源输入端；
42.所述主控模块的电源端通过所述交直流转换模块连接到外部交流电源。
43.作为本实施例的优选方案，所述调光模块包括依次连接的da转换输出电路与数字放大电路。
44.本实用新型主要通过主控模块进行全局的控制、检测数据的接收。由交流电压检测模块对外部输入的交流电压值进行信号高低转换，将高电压信号转换为低电压信号供主控模块检测；负载电流检测模块检测外部负载的交流电流值进行信号转换发送到主控模块进行电流检测；漏电流检测模块对外部负载回路上的剩余电流值进行信号转换，将电流信号转换为低电压信号并送主控模块检测漏电情况；交流过零检测模块将外部输入的交流电转换为高低电平方波并送至主控模块以进行交流电的过零检测；且通过调光模块调节光照强度，继电器开关灯驱动模块控制照明系统的开关。
45.温度传感器将照明系统的灯头的温度转换成对应比例的直流电压信号送至主控模块以实时检测灯头温度；倾斜角度检测单元将外部照明系统的灯杆的x、y、z三个方向的角度和加速度变化转换成数字信号送至主控模块以实时对灯杆的倾斜角度和加速度进行检测；照度传感器将环境光的强弱变化转换成数字信号以实现对环境光强弱的实时检测；电力载波&rf无线通信调制解调模块将从上位机接收的控制命令通过串口与主控模块的串口通信，同时主控模块根据过零点将相关参数及报警数据通过串口发送给电力载波&rf无线通信调制解调模块，从而实现与集中控制器和管控平台的通信，最终实现单灯数据的监控；时钟模块与主控模块通过i2c端口通信，用于在终端系统断电时给主控模块提供一个准确时钟，并根据主控模块下发的最新时钟数据自动进行校时。
46.总的来说，本实施例通过漏电流检测模块检测路灯回路是否漏电，通过负载电流检测模块检测路灯回路是否过流和短路，通过交流电压检测模块检测电路检测路灯回路是否过欠压，通过倾斜角度传感器检测路灯杆的倾斜角度是否发生倾斜或撞击，并由主控模块控制继电器控制路灯的电源通断，并通过电力载波&rf无线通信调制解调模块实现及时故障报警上报和接收任务命令功能；通过调光模块和照度传感器控制路灯的亮度，实现对路灯实时状态的精确管控，既满足了照明需求，又节约了电能；通过电力载波&rf无线通信调制解调模块实现及时故障报警与数据上报同时接收管控平台下发的任务命令功能，实现远程监控和大数据分析；综合实现了路灯的智能运维、故障报警和精准调光功能。
47.在型号选择方面，时钟模块可以选择bq32002，温度传感器可以选择
sdnt1608x473f4150，倾斜角度传感器可以选择lis2dh12，照度传感器可以选择opt3001。
48.实施例2
49.本实施例基于实施例1的技术方案。
50.在本实施例中，参阅图2，所述负载电流检测模块包括第一电流互感器ct1、多个电阻、多个电容、多个磁珠和第一运算放大器a1；第一电流互感器ct1的磁芯中心穿过所述外部交流电源的火线；
51.所述第一电流互感器ct1、第一电阻r1并联，第一电阻r1的一端连接到第一电容c1的一端、第三电容c3的一端和fb1第一磁珠的一端，第一电容c1的另一端接地；第一电阻r1的另一端连接到第二电容c2的一端、第二电阻r2的一端和fb2第二磁珠的一端，第二电容c2的另一端接地；第二电阻r2的另一端和第三电容c3的另一端相连；
52.fb1第一磁珠的另一端连接到第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端连接到第四电容c4的一端、第四电阻r4的一端和第一运算放大器a1的反向输入端，fb2第二磁珠的另一端连接到第一运算放大器a1的同相输入端；
53.第一运算放大器a1的输出端、第四电容c4的另一端和第四电阻r4的另一端连接到第五电阻r5的一端，第五电阻r5的另一端通过第五电容c5接地，第五电阻r5的另一端还连接到所述主控模块。
54.该负载电流检测模块的工作方式为：
55.第一电流互感器ct1负责检测得到负载的等比例电流，接在第一电流互感器ct1的两端的第一电阻r1处得到等比例的交流电压，然后由第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第二电阻r2、fb1第一磁珠、fb2第二磁珠组成的滤波电路进行滤波，再通过第三电阻r3、第四电容c4、第五电容c5、第一运算放大器a1所组成的负反馈放大器进行比例放大，并由运算放大器输出，第一运算放大器a1的放大倍数由第三电阻r3和第四电阻r4的阻值比例决定，第四电容c4用于进行相位补偿，第一运算放大器a1的同相输入端还可以与基准电源相连接，以此将滤波平滑后的交流电压调制在基准电压上，使得第一运算放大器a1可以把交流电压信号做全波放大；比例放大后的交流电压经第五电阻r5、第五电容c5组成的rc滤波电路进行滤波后送到主控模块供主控模块检测出负载的输入电流。
56.实施例3
57.本实施例基于实施例1的技术方案。
58.在本实施例中，参阅图3，所述交流电压检测模块包括电压互感器pt1、多个电阻、多个电容、多个磁珠和第二运算放大器a2；
59.第六电阻r6的一端与所述外部交流电源的ac-l相接，另一端与电压互感器pt1的原边第二端即第2引脚相连，电压互感器pt1的原边第一端即第1引脚与外部交流电源的ac-n相接；
60.第七电阻r7的一端连接电压互感器pt1的副边第一端即第3引脚、第六电容c6的一端、第八电阻r8的一端和fb3第三磁珠的一端；第七电阻r7的另一端连接电压互感器pt1的副边第二端即第4引脚、第七电容c7的一端、第八电容c8的一端和fb4第四磁珠的一端；第八电容c8的另一端和第八电阻r8的另一端相连；
61.fb3第三磁珠的另一端连接到第二运算放大器a2的同相输入端，fb4第四磁珠的另一端连接到第九电阻r9的一端，第九电阻r9的另一端连接到第二运算放大器a2的反向输入
端、第十电阻r10的一端和第九电容c9的一端；第二运算放大器a2的输出端、第十电阻r10的另一端和第九电容c9的另一端连接到第十一电阻r11的一端，第十一电阻r11的另一端通过第十电容c10接地，第十一电阻r11的另一端还连接到所述主控模块；
62.第二运算放大器a2的正电源端接直流源，负电源端接地。
63.该交流电压检测模块的工作方式为：
64.第六电阻r6先实现限流，接着电压互感器pt1把电压转换为等比例的电流信号，经过第七电阻r7得到等比例的交流电压，经第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第八电阻r8、fb3第三磁珠、fb4第四磁珠共同进行滤波，送到由第二运算放大器a2共同实现负反馈放大作用，其中第九电阻r9和第十电阻r10的阻值比例决定运算放大的放大倍数，第九电容c9进行相位补偿，运算放大器u7b的同相输入端与基准电源相连接，作用是将滤波平滑后的交流电压调制在基准电压上，使得第二运算放大器a2可以将交流电压信号做全波放大；最后，交流电压经第十一电阻r11、第十电容c10进行rc滤波，滤波后的电压由主控模块监测。
65.实施例4
66.本实施例基于实施例1的技术方案。
67.作为优选方案，参阅图4，所述交流过零检测模块包括多个电阻、第一二极管d1、第一光耦u1、多个电容c12、第一npn三极管q1；
68.第十二电阻r12与所述外部交流电源的ac-l相接，且第十二电阻r12依次与第十三电阻r13和第十四电阻r14串联，第十四电阻r14连接到第一光耦u1的第一端；
69.第一二极管d1的阴极连接到所述外部交流电源的ac-n端，其阳极连接到第一光耦u1的第二端；
70.第一光耦u1的第三端连接到第十一电容c11的一端、第十五电阻r15的一端和第十六电阻r16的一端，第十一电容c11的另一端和第十五电阻r15的另一端接地；第一光耦u1的第四端连接第十七电阻r17的一端和直流源；
71.第一npn三极管q1的基极连接到第十六电阻r16的另一端，集电极连接到第十七电阻r17的另一端，发射极接地，第十七电阻r17的另一端还连接所述主控模块。
72.本实施例的交流过零检测模块实施方式如下：
73.第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14用于降压，第一二极管d1用于半波整流，第一光耦u1起隔离第一npn三极管q1的作用，第十一电容c11是一个滤波电容，第十五电阻r15为第一npn三极管q1的发射极下拉电阻，第十六电阻r16为第一npn三极管q1的基极上拉电阻，第一npn三极管q1将第一光耦u1输出高低电平信号进行放大，第一npn三极管q1的集电极即输出交流电压的过零信号电平。
74.实施例5
75.本实施例基于实施例1的技术方案。
76.进一步地，参阅图5所述继电器开关灯驱动模块包括多个电阻、第二二极管d2、第一继电器k1、第二npn三极管q2；第一继电器k1包括继电器线圈和两个常开触点；
77.第十八电阻r18的一端连接的所述主控模块，第十八电阻r18的另一端连接到第十九电阻r19的一端和第二npn三极管q2的基极，第十九电阻r19的另一端和第二npn三极管q2的发射极接地，第二npn三极管q2的集电极连接到继电器线圈的一端和第二二极管d2的阳极，继电器线圈的另一端连接到第二二极管d2的阴极和直流源，两个常开触点分别接入连
接所述外部照明系统的火线和零线。
78.继电器开关灯驱动模块的工作方式为：
79.主控模块输出高电平时，第二npn三极管q2导通，进而第一继电器k1得电，继电器的常开触点闭合；反之当主控模块输送低电平时，第二npn三极管q2导通截止，第一继电器k1失电，进而其常开触点断开，第十八电阻r18和第十九电阻r19保护第二npn三极管q2，使其不被大电流损坏和外部干扰导通，第二二极管d2用于防止第一继电器k1断开瞬间的反向电动势影响电路。
80.实施例6
81.本实施例基于实施例1的技术方案。
82.本实施例中，漏电流检测模块也可以包括采集单元和放大单元。
83.采集单元基于一个第二电流互感器实现实现，第二电流互感器的磁芯中心穿过所述外部交流电源的火线，在出现火线的流入电流值和零线的回流电流值不相等时，第二电流互感器感应出对应的电流值，此电流值被送至放大单元，经放大和电流电压转换，供主控模块使用。