(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 211019388 U(45)授权公告日 2020.07.14
(21)申请号 201922154407.0(22)申请日 2019.12.05
(73)专利权人 天津耀通科技股份有限公司
地址 300350 天津市津南区长青科工贸园
区上海街18号B区2254(72)发明人 王洪峰 刘东平 吴书娥 (74)专利代理机构 天津盛理知识产权代理有限
公司 12209
代理人 王来佳(51)Int.Cl.
H05B 47/14(2020.01)H05B 47/19(2020.01)G01S 19/14(2010.01)G08C 17/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图4页
CN 211019388 U(54)实用新型名称
一种基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端(57)摘要
本实用新型涉及一种基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，包括调压模块、测量模块、嵌入式MCU、NB-IoT通讯模块以及交流继电器、亮度调节模块，由路灯电源系统供电，通过调压模块进行电压转换为直流电源为其供电，测量模块采集路灯的电压、电流、功率、用电量信息，经连接电路并通过NB-IoT通讯模块将采集的信息上报给NB-IoT基站，NB-IoT基站下发指令，通过NB-IoT通讯模块传达到嵌入式MCU，以控制单灯的路灯亮度调节模块和交流继电器。本终端可实时采集路灯数据，监测路灯电压、电流、功率、用电量等路灯信息，进而分析路灯工作状态，无需人工现场进行巡检，节约人力物力成本。
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权 利 要 求 书
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1.一种基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，其特征在于：包括调压模块、测量模块、嵌入式MCU、NB-IoT通讯模块以及交流继电器、亮度调节模块，由路灯电源系统供电，通过调压模块进行电压转换为直流电源为其供电，测量模块采集路灯的电压、电流、功率、用电量信息，经连接电路并通过NB-IoT通讯模块将采集的信息上报给NB-IoT基站，NB-IoT基站下发指令，通过NB-IoT通讯模块传达到嵌入式MCU，以控制单灯的路灯亮度调节模块和交流继电器。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，其特征在于：所述调压模块的隔离电路包括隔离变压器L1及电源转换模块U1、U2及整流电路C1、C2、C4、C5以及二极管D1、D2，交流电源自P1输入，通过隔离变压器L1及电源转换模块U1、U2，经整流电路C1、C2、C4、C5整流后转换为直流电源，整流后采用二极管D1、D2进行电源隔离。
3.根据权利要求1所述的基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，其特征在于：所述调压模块的电源电路包括电压转换芯片U3、电压转换芯片U5、隔离电源模块U7及接口P2，电压转换芯片U3为在外部交流电通电的情况下给接口P2的锂电池进行充电；电压转换芯片U5为低压侧主要的直流电源来源，隔离电源模块U7为高压侧的测量模块提供隔离电源。
4.根据权利要求1所述的基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，其特征在于：所述连接电路是测量模块、嵌入式MCU之间的连接电路，其高压侧连接测量模块，低压侧连接嵌入式MCU；连接电路采用磁偶总线隔离和光耦信号隔离两种隔离方式。
5.根据权利要求4所述的基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，其特征在于：所述磁偶总线隔离电路中，U8为四通道数字隔离器，用作SPI总线的隔离器，连通低压侧与高压侧的SPI总线通信；所述光耦信号隔离电路中，数字信号光耦隔离器U10及周边电路I/O信号构成的隔离电路，用来将MCU发出的控制信号传递给测量模块。
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说 明 书
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一种基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端
技术领域
[0001]本实用新型属于信息控制领域，涉及通过信息手段对路灯的智能控制，尤其是一种基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端。
背景技术
[0002]随着照明设施、种类及数量越来越多，大量的维护工作和维护成本及不易及时发现的安全隐患，给城市管理带来巨大的困难，因此如何有效地管理好城市照明设施，是城市管理部门目前的最大课题，采用以往的粗放、被动、无监督机制的传统管理模式已不能满足现代化城市照明管理的需求。
[0003]目前城市照明管理还是采用比较传统的时钟控制方式，特别是重大节日或阴雨天不能根据需要进行亮灯情况调整，不能对单灯进行控制，不能根据实际情况及时校时和修改开关灯时间，无法按实现按需照明。路灯运行情况无法实时、准确监控，出现灯具故障或路灯控制器损坏造成白天亮灯情况，无法及时反馈到监控中心。路灯的数量非常多，种类非常繁杂，分布非常广，而现有的照明设施故障发现机制仍然主要采用人工巡检模式，工作量大，需要投入大量的人力物力，且可能留下盲点；而当前路灯无法根据需求照明，造成了30％的电能浪费，且能源消耗大，也容易形成光污染。[0004]通过公开专利文献的检索，发现如下三篇与本专利申请相关的专利：[0005]1、一种路灯智能控制终端(cn107770927A)，包括电源管理芯片、单片机、电流传感器、继电器驱动电路、电力载波电路、耦合电路；所述电源管理芯片的一端连接电力线，另一端连接单片机、电流传感器、继电器驱动电路、电力载波电路；所述电力载波电路连接单片机、耦合电路；所述耦合电路连接电力线。本发明通过电力载波技术实现对路灯的智能控制，能够实现对路灯的集群控制，而且能够实现对单个路灯状况的信息查询，做到对路灯节能降耗状况实时了解。[0006]2、一种多线路灯光控制终端(cn 208258152U)，包括灯泡和控制器，同时，支持多数据指令传输至中控系统,控制器的主控直流电源输出端OUT对电磁铁供电，控制器的直流供电端OUT电性连接至导体柱，导体柱底端固定在底座上；本实用新型实施中，管理人员对CPU单元进行发出命令，电源单元通过主控直流电源输出端OUT1对电磁铁供电，导体环上移，接通不同位置的金属触点，直线式电位器检测到导体环的位置，通过CPU单元处理之后，保持导体环与对应金属触点接触，保持对管理人员设定的灯泡进行供电；在对多路灯光进行控制的时候，防止对供电电路的直接调配产生的巨大发热量,单一或多线路接收供电同时将相关数据指令传输至中控终端及后台系统。[0007]3、一种交通路灯远程控制终端系统(104684132A)，它包括数据信息处理模块、数据收集模块、语音识别模块、语音加密服务器、紫外线遥控装置、控制模块、电力载波模块以及变压器。所述数据信息处理模块与数据收集模块之间通过线路连接，所述语音加密服务器通过线路与紫外线遥控装置连接，所述紫外线遥控装置通过电路与数据收集模块连接，所述控制模块通过电路与数据收集模块连接，所述电力载波模块通过电路与数据收集模块
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连接，所述控制模块通过电路与电力载波模块连接。此种控制终端系统通过紫外线远程遥控控制模块实现路灯亮度、色度以及图案的变化，以及灯的开与关，无需通过改变线路来调节，而且还将工作情况数据传输到指挥中心，提高工作效率。[0008]通过技术特征的对比，上述的三篇公开专利与本专利申请发明目的及技术方案不相同，不会破坏本专利申请的新颖性及创造性。发明内容
[0009]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，该终端可实时采集路灯数据，监测路灯电压、电流、功率、用电量等路灯信息，进而分析路灯工作状态，无需人工现场进行巡检，节约人力物力成本。
[0010]本实用新型的目的是这样实现的：
[0011]一种基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，包括调压模块、测量模块、嵌入式MCU、NB-IoT通讯模块以及交流继电器、亮度调节模块，由路灯电源系统供电，通过调压模块进行电压转换为直流电源为其供电，测量模块采集路灯的电压、电流、功率、用电量信息，经连接电路并通过NB-IoT通讯模块将采集的信息上报给NB-IoT基站，NB-IoT基站下发指令，通过NB-IoT通讯模块传达到嵌入式MCU，以控制单灯的路灯亮度调节模块和交流继电器。[0012]而且，所述调压模块的隔离电路包括隔离变压器L1及电源转换模块U1、U2及整流电路C1、C2、C4、C5以及二极管D1、D2，交流电源自P1输入，通过隔离变压器L1及电源转换模块U1、U2，经整流电路C1、C2、C4、C5整流后转换为直流电源，整流后采用二极管D1、D2进行电源隔离。
[0013]而且，所述调压模块的电源电路包括电压转换芯片U3、电压转换芯片U5、隔离电源模块U7及接口P2，电压转换芯片U3为在外部交流电通电的情况下给接口P2的锂电池进行充电；电压转换芯片U5为低压侧主要的直流电源来源，隔离电源模块U7为高压侧的测量模块提供隔离电源。[0014]而且，所述连接电路是测量模块、嵌入式MCU之间的连接电路，其高压侧连接测量模块，低压侧连接嵌入式MCU；连接电路采用磁偶总线隔离和光耦信号隔离两种隔离方式。[0015]而且，所述磁偶总线隔离电路中，U8为四通道数字隔离器，用作SPI总线的隔离器，连通低压侧与高压侧的SPI总线通信；所述光耦信号隔离电路中，数字信号光耦隔离器U10及周边电路I/O信号构成的隔离电路，用来将MCU发出的控制信号传递给测量模块。[0016]本实用新型的优点和积极效果是：[0017]1、本实用新型的测量模块可将交流电源输入转换为直流电源的功能，并具有隔离电源的作用，防止低压侧直流电源与交流电源耦合。[0018]2、本实用新型的连接电路，将测量模块设置在高压侧，由此可以准确地测量交流电压电流值；同时将嵌入式MCU和NB-IoT模块设置在低压侧，人为操作不容易发生危险，而且减少交流信号对电路的干扰，完美实现了在未接入交流电源的情况下，由电池供给低压侧的电源，保证设备终端与业务平台的通信。[0019]3、本实用新型可实时采集路灯数据，监测路灯电压、电流、功率、用电量等路灯信
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息，进而分析路灯工作状态，无需人工现场进行巡检，节约人力物力成本。[0020]4、本实用新型可进行单灯控制，单灯定时开关，亮度调节，按需进行时段控制，节约电能消耗。[0021]5、本实用新型通过NB-IoT通讯技术与后台管控平台进行通讯，实现对每一盏灯的监测和控制，无需布线，安装方便。附图说明
[0022]图1为本实用新型的控制电路的方框图；[0023]图2为图1的测量模块的隔离电路的原理图；[0024]图3为图1的测量模块的电源电路的原理图；[0025]图4为本实用新型连接电路的原理图。
具体实施方式
[0026]下面结合实施例对本实用新型进一步说明：下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本实用新型的保护范围。
[0027]一种基于NB-IOT技术多种信息采集的智能路灯单灯控制终端，参见图1，包括调压模块、测量模块、嵌入式MCU、NB-IoT通讯模块以及交流继电器、亮度调节模块，本控制终端由路灯电源系统供电，通过调压模块进行电压转换为直流电源为其供电，测量模块采集路灯的电压、电流、功率、用电量等信息，并通过NB-IoT通讯模块将采集的信息上报给NB-IoT基站，NB-IoT基站综合分析路灯工作是否正常，根据实际需求情况对路灯单灯进行控制，NB-IoT基站下发指令，通过NB-IoT通讯模块传达到嵌入式MCU，以控制单灯的路灯亮度调节模块和交流继电器，实现对路灯单灯的定时开关、亮度调节。[0028]本实用新型测量模块的隔离电路原理图参见图2，包括隔离变压器L1、电源转换模块U1、U2，还包括整流电路C1、C2、C4、C5以及二极管D1、D2，交流电源自P1输入，通过隔离变压器、两个并联的电源转换模块，再经整流电路C1、C2、C4、C5整流后转换为直流电源，整流后采用二极管D1、D2进行电源隔离，以防止低压侧直流电源与交流电源耦合。隔离变压器L1使变压器后端的低压电源输入电路与变压器前端的高压侧进行隔离，电源转换模块U1、U2分别采用HLK-PM01及HLK-5M12，将交流220V电源转换为直流5V及直流12V。[0029]图3为测量模块的电源电路图，U3为电压转换芯片TP4057，将直流的5V电压转换为4.2V锂电池的充电电压，并具备一定的限流保护功能；P2是锂电池的接口，可以在未接入交流电源的情况下，由锂电池供给低压侧的电源，保证设备终端与业务平台的通信，而且电压转换芯片U3的充电电路可以在外部交流电通电的情况下，给P2的锂电池进行充电，提高设备连接的稳定性。U5为电源转换芯片XC6206P332MR，将直流5V转化为3.3V，具有较低的静态电流，是低压侧主要的直流电源来源；U7为隔离电源模块IB1205XT-1WR2，可将直流12V电源转换为直流5V，输入输出电源不共地，具有1500VDC电压隔离，为高压侧的测量模块提供隔离电源，保证测量模块的正常工作。本电路可在外部交流电断电情况下，使终端能够继续与业务平台进行通讯，
[0030]本实用新型连接电路的原理图参见图4，是测量模块、嵌入式MCU之间的连接电路，其高压侧连接测量模块，低压侧连接嵌入式MCU。测量模块是挂在高压交流上的，而嵌入式
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MCU则接在低压侧；低压侧电路则是人员操作侧，为避免人员接触交流电触电，需要与高压侧进行隔离。测量模块的通讯和复位信号通过连接电路采用两种隔离方式，即磁偶总线隔离和光耦信号隔离。在磁偶总线隔离电路中，U8为四通道数字隔离器ADUM1411，三进一出的数字信号隔离器，可以用作数字总线信号的隔离器，连通低压侧与高压侧的SPI总线通信；在光耦信号隔离电路中，U10为数字信号光耦隔离器LTV217,具有非线性的光耦隔离特性，实现周边电路I/O信号构成的隔离电路，用来将MCU发出的控制信号(例如复位信号)传递给测量模块。
[0031]嵌入式MCU和测量模块的隔离连接，一方面测量模块在高压侧可以准确的测量交流电压电流值，另一方面嵌入式MCU和NB-IoT模块工作在低压侧，人为操作不容易发生危险，而且减少交流信号对电路的干扰，解决了高低压之间的总线和信号传递问题。[0032]本实施例中，所述测量模块的主芯片采用RN8209D，嵌入式MCU采用STM8151，亮度调节模块采用LM321。
[0033]本实施例未详细叙述的部分，包括外围电路，均属于现有技术，不会影响本专利申请的技术表述，在此不再赘述。
[0034]本实用新型可将单灯控制器接入路灯电力电路中，由路灯电力系统为单灯控制器供电；将单灯控制器安装固定在路灯杆上，通过手机上报系统管控平台路灯的静态GPS定位，为日后运维提供位置信息。
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