CN108566698A - 一种基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，属于数据采集和灯控技术领域。本发明包括电源模块、单片机模块、Lora无线通信模块、压感带电路、路灯控制模块；所述电源模块分别与单片机模块、压感带电路、路灯控制模块相连，压感带电路与单片机模块相连，单片机模块与Lora无线通信模块和路灯控制模块相连。本发明有效地节省路灯在夜间闲时的路灯电能耗，同时能监测当前道路的车流量，应用领域宽广，还为智慧交通提供了大量的数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，属于数据采集和灯控技术领域。
背景技术
随着城市的发展，道路基础设施路灯越来越多，为人们的夜间照明提供极大的便利，但是在便利的同时以消耗大量电能为代价。随着环境污染和能源危机的加剧，节能减耗也越来越重要，传统道路路灯的通常都是彻夜常亮，这样造成能量的浪费。
传统的路灯多采用卤素灯进行照明，这些灯照片效果并不好，目前在很多路灯出现了采用LED灯作为照明设备，但其仍然无法解决由于路灯在任何时刻都处于供电状态的能量损耗问题。同时，对于车流量的监测也表现出数据不准确的现象，由于双车道或多车道的原因，其中一条车道出现拥堵情况就被判定为路段拥堵，而其中有的车道可能车流量并不大。本发明结合道路的夜间车流量统计及路灯控制为一体，设计一种基于Lora的道路路灯及车流量检测的综合系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，用于解决由于路灯在任何时刻都处于供电状态的能量损耗问题，为智慧交通提供了大量的数据。
本发明技术方案是：一种基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，包括电源模块1、单片机模块2、Lora无线通信模块3、压感带电路4、路灯控制模块5；所述电源模块1分别与单片机模块2、压感带电路4、路灯控制模块5相连，压感带电路4与单片机模块2相连，单片机模块2与Lora无线通信模块3和路灯控制模块5相连。
所述单片机模块2、路灯控制模块5均为若干个，
所述压感带电路4用于采集压力信号并转换成电信号发送给其中一个单片机模块2作为其一个启动触发信号；
所述单片机模块2用于把首次采集到的压力启动触发信号发送给Lora无线通信模块3，并且也接收Lora无线通信模块3发送来的启动触发信号，并把该信号再传输给路灯控制模块5；
所述Lora无线通信模块3用于接收其中一个接收到压力启动触发信号的单片机模块2发送来的压力启动触发信号，再把此信号发送给其他单片机模块2；
所述路灯控制模块5用于根据单片机模块2的启动触发信号驱动MOSFET驱动电路，控制路灯通断。
所述电源模块1包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1、芯片SX2106；其中220V电压输入接口接电阻R9和电容C3的一端，电阻R9的另一端接电阻R10和电容C4的一端，同时接芯片SX2106的5号管脚VIN，电容C3和电容C4的另一端共接地，电阻R10的另一端接芯片SX2106的4号管脚SHDN，芯片SX2106的1号管脚BST接电容C5的一端，电容C5的另一端与芯片SX2106的6号管脚LX再共同接电感L1的一端，电感L1的另一端接电阻R11和电容C6的一端，之后输出电压3.3V，芯片SX2106的3号管脚FB接电阻R11的另一端和电阻R12的一端，电阻R12的另一端和电容C6的另一端共同接地，芯片SX2106的2号管脚接地。
所述单片机模块2包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、单片机STC15W404S、按键KEY1、按键KEY2、或门芯片；其中单片机STC15W404S的P0.0接Lora无线通信模块3的SCK、单片机STC15W404S的P0.1接Lora无线通信模块3的MOSI、单片机STC15W404S的P0.2接Lora无线通信模块3的CE、单片机STC15W404S的P0.3接Lora无线通信模块3的CSN、单片机STC15W404S的P0.4~P0.7和P1.1~P1.3分别接电阻R1~R8的一端，之后电阻R1~R8的另一端接二极管D1-D8的阴极，之后二极管D1-D8的阳极共同接3.3V电压，单片机STC15W404S的P4.5接Lora无线通信模块3的IRO，单片机STC15W404S的P2.7接Lora无线通信模块3的MOSO，单片机STC15W404S的P3.1接按键KEY1的一端，单片机STC15W404S的P3.0接按键KEY2的一端，按键KEY1和按键KEY2另一端分别接或门芯片的1号和3号管脚，之后或门芯片的2号管脚接地，单片机STC15W404S的VCC接5V电压，单片机STC15W404S的GND接地。
所述Lora无线通信模块3包括电容C1、电容C2、天线T1、Lora芯片；Lora芯片采用Ra-01芯片，其中Lora芯片的3号管脚接电容C1和电容C2的一端，电容C1和电容C2的另一端接地，Lora芯片的5号管脚接单片机STC15W404S的P4.5，Lora芯片的13号管脚接单片机STC15W404S的P2.7，Lora芯片的12号管脚接单片机STC15W404S的P0.0，Lora芯片的14号管脚接单片机STC15W404S的P0.1，Lora芯片的4号管脚接单片机STC15W404S的P0.2，Lora芯片的15号管脚接单片机STC15W404S的P0.3，Lora芯片的1号管脚接天线T1，Lora芯片的9号、16号、2号管脚均接地。
所述压感带电路4主要包括一个压阻式压力传感器MPXV5050GP，压力传感器是一个内置于凸出压感带的小型传感器，通过压阻式压力传感器能够感知微小的机械振动，设定两次振动为一次记录，因为是内嵌的，所采集的信息将通过在道路边布线进行信息传输，压阻式压力传感器MPXV5050GP的 2号管脚接5V 电压，3号管脚接地，4号管脚接单片机STC15W404S的P2.0。
所述路灯控制模块5包括MOSFET驱动电路、电压输入驱动电路、MOSFET晶体管M1、M2......M(n-1)、 Mn、LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln；STC15W404S系列单片机PDIP40输出引脚P2.3、P2.4、P2.5、P2.6分别与MOSFET驱动电路的输入端相连，MOSFET驱动电路的输出端分别与MOSFET晶体管M1、M2......M(n-1)、 Mn的栅极相连，MOSFET晶体管的漏极和源极分别与电压输入驱动电路的输出端和LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln的一端相连；LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln的另一端与电压输入驱动电路的另一输出端相连，电压输入驱动电路的输入端分别与市电的火线L和零线N相连，其中，单片机输入输出引脚为不确定引脚，可连接于其它适合于系统的相关引脚。
本发明的有益效果是：
1、本发明有效地节省路灯在夜间闲时的路灯电能耗，同时能监测当前道路的车流量，应用领域宽广，可拓展到智能生活的方方面面；
2、本发明基于道路综合系统采集的数据，采集的数据由云端进行共享，相关部门可以获得相应的数据，同时部分数据与互联网公司进行共享，该发明不但可以解决道路拥堵、路灯彻夜全亮等问题，还为智慧交通提供了大量的数据。
附图说明
图1是本发明的框架图；
图2是发明的单片机模块电路原理图；
图3是本发明路灯控制模块电路原理图；
图4是本发明Lora无线通信模块电路原理图；
图5是本发明220V转3.3V电压转换电源模块电路原理图；
图6是本发明压感带电路原理图。
图1中各标号：1-电源模块，2-单片机模块，3-Lora无线通信模块，4-压感带电路，5-路灯控制模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-6所示，一种基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，包括电源模块1、单片机模块2、Lora无线通信模块3、压感带电路4、路灯控制模块5；所述电源模块1分别与单片机模块2、压感带电路4、路灯控制模块5相连，压感带电路4与单片机模块2相连，单片机模块2与Lora无线通信模块3和路灯控制模块5相连。
进一步的，所述单片机模块2、路灯控制模块5均为若干个，
所述压感带电路4用于采集压力信号并转换成电信号发送给其中一个单片机模块2作为其一个启动触发信号；
所述单片机模块2用于把首次采集到的压力启动触发信号发送给Lora无线通信模块3，并且也接收Lora无线通信模块3发送来的启动触发信号，并把该信号再传输给路灯控制模块5；
所述Lora无线通信模块3用于接收其中一个接收到压力启动触发信号的单片机模块2发送来的压力启动触发信号，再把此信号发送给其他单片机模块2；
所述路灯控制模块5用于根据单片机模块2的启动触发信号驱动MOSFET驱动电路，控制路灯通断。
进一步的，所述电源模块1包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1、芯片SX2106；其中220V电压输入接口接电阻R9和电容C3的一端，电阻R9的另一端接电阻R10和电容C4的一端，同时接芯片SX2106的5号管脚VIN，电容C3和电容C4的另一端共接地，电阻R10的另一端接芯片SX2106的4号管脚SHDN，芯片SX2106的1号管脚BST接电容C5的一端，电容C5的另一端与芯片SX2106的6号管脚LX再共同接电感L1的一端，电感L1的另一端接电阻R11和电容C6的一端，之后输出电压3.3V，芯片SX2106的3号管脚FB接电阻R11的另一端和电阻R12的一端，电阻R12的另一端和电容C6的另一端共同接地，芯片SX2106的2号管脚接地。
进一步的，所述单片机模块2包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、单片机STC15W404S、按键KEY1、按键KEY2、或门芯片；其中单片机STC15W404S的P0.0接Lora无线通信模块3的SCK、单片机STC15W404S的P0.1接Lora无线通信模块3的MOSI、单片机STC15W404S的P0.2接Lora无线通信模块3的CE、单片机STC15W404S的P0.3接Lora无线通信模块3的CSN、单片机STC15W404S的P0.4~P0.7和P1.1~P1.3分别接电阻R1~R8的一端，之后电阻R1~R8的另一端接二极管D1-D8的阴极，之后二极管D1-D8的阳极共同接3.3V电压，单片机STC15W404S的P4.5接Lora无线通信模块3的IRO，单片机STC15W404S的P2.7接Lora无线通信模块3的MOSO，单片机STC15W404S的P3.1接按键KEY1的一端，单片机STC15W404S的P3.0接按键KEY2的一端，按键KEY1和按键KEY2另一端分别接或门芯片的1号和3号管脚，之后或门芯片的2号管脚接地，单片机STC15W404S的VCC接5V电压，单片机STC15W404S的GND接地。
进一步的，所述Lora无线通信模块3包括电容C1、电容C2、天线T1、Lora芯片；Lora芯片采用Ra-01芯片，其中Lora芯片的3号管脚接电容C1和电容C2的一端，电容C1和电容C2的另一端接地，Lora芯片的5号管脚接单片机STC15W404S的P4.5，Lora芯片的13号管脚接单片机STC15W404S的P2.7，Lora芯片的12号管脚接单片机STC15W404S的P0.0，Lora芯片的14号管脚接单片机STC15W404S的P0.1，Lora芯片的4号管脚接单片机STC15W404S的P0.2，Lora芯片的15号管脚接单片机STC15W404S的P0.3，Lora芯片的1号管脚接天线T1，Lora芯片的9号、16号、2号管脚均接地。
进一步的，所述压感带电路4主要包括一个压阻式压力传感器MPXV5050GP，压力传感器是一个内置于凸出压感带的小型传感器，通过压阻式压力传感器能够感知微小的机械振动，设定两次振动为一次记录，因为是内嵌的，所采集的信息将通过在道路边布线进行信息传输，压阻式压力传感器MPXV5050GP的 2号管脚接5V 电压，3号管脚接地，4号管脚接单片机STC15W404S的P2.0。
进一步的，所述路灯控制模块5包括MOSFET驱动电路、电压输入驱动电路、MOSFET晶体管M1、M2......M(n-1)、 Mn、LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln；STC15W404S系列单片机PDIP40输出引脚P2.3、P2.4、P2.5、P2.6分别与MOSFET驱动电路的输入端相连，MOSFET驱动电路的输出端分别与MOSFET晶体管M1、M2......M(n-1)、 Mn的栅极相连，MOSFET晶体管的漏极和源极分别与电压输入驱动电路的输出端和LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln的一端相连；LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln的另一端与电压输入驱动电路的另一输出端相连，电压输入驱动电路的输入端分别与市电的火线L和零线N相连，其中，单片机输入输出引脚为不确定引脚，可连接于其它适合于系统的相关引脚。
电源模块工作原理：在需要电压转换部分，电压输入口输入220V电压，通过SX2106电压转换芯片进行电压变化，其主要功能是稳压降压，之后通过分压电路和滤波电路进行电压转化，转压后的电压为5V的标准输出电压。此外在电压输出口输出的220V电压，接路灯控制模块，直接与路灯控制电路组成回路，通过MOSFET驱动电路控制回路的闭合。
Lora无线通信模块工作原理：Loraxin芯片的部分接口与STC15W404S系列单片机相连，单片机通过I/O口，将数字信号发送给芯片Lora对应的管脚，之后通过Lora传输给其他单片机模块同时控制多组路灯驱动电路，实现延时控制，达到节能降耗的目的。
压感带电路工作原理：安装在道路上的压感带是一个微凸于路面的监测装置，横穿马路，当有物体通过压感带时压阻式压力传感器MPXV5050GP将机械压力信号转换成电信号，之后电信号传至单片机I/O口，该信号作为单片机的一个启动触发信号。
路灯控制模块主要是诸多并联的路灯组成，在每一个单独的路灯回路中，设计了一个MOSFET驱动电路，只有驱动电路导通后，回路才闭合，路灯亮。
本发明整体工作原理：电源模块将输入220V的电压转化成5V的输出电压，输出电压给单片机模块供能，单片机通过管脚与Lora无线通信模块进行信号传输。同时路灯控制模块直接与220V输入电压相连，通过火线和零线进行供电，而通过控制MOSFET驱动电路控制路灯电路的通断，从而控制路灯的亮灭。通过单片机电路与压感带电路相连，当压感电路中的压力传感器检测到压力信号后，压感电路向单片机发送一个脉冲信号，之后单片机向路灯控制电路发送驱动信号，驱动MOSFET驱动电路，控制路灯通断。为了达到更广范围的控制路灯，一个Lora无线通信模块接收到其中一个单片机模块的驱动信号后可以把驱动信号传输给其他多个单片机模块（包括首先接收到脉冲信号的那个单片机），从而通过其他多个单片机模块控制多个路灯控制模块，通过延时控制的办法，可以让路灯依次通电，达到延时控制路灯的效果。
（1）当需检测车流量时，压力传感器检测到压力信号，经过信号放大后输出信号传至于单片机，在单片机内部进行模数转换之后，输出脉冲信号。每检测到一次压力信号将会产生一个高电平脉冲，并将此信号传输至Lora无线通信模块，Lora无线通信模块将其数据传输至单片机模块，以此确定车流量及实现数据共享，同时单片机内部生成延时信号，通过定时器发出脉冲信号，控制路灯的亮灭。
（2）当需要对路灯状态进行控制时，压力传感器检测到压力信号，经过信号放大后输出信号传至于单片机，在单片机内部进行模数转换之后，单片机内部生成延时信号，通过定时器发出脉冲信号，将输出信号传输至MOSFET驱动电路，控制MOSFET的导通状态，从而控制路灯的亮灭，在每个感应区间内的压力传感器所发出的触发信号对应的控制其后部的路灯亮灭，路灯在亮一段时间之后，通过延时器通断进行灭灯。
（3） 当需要实现路灯的快速亮灭，通过MOSFET晶体管可以快速的启动LED路灯的亮灭，同时因为LED灯本身较传统卤素灯就节能40%左右，通过配合闲时路段车流检测来实现路灯的亮灭，可以在该路段至少节能50%，综合下来节能80%左右。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，其特征在于：包括电源模块（1）、单片机模块（2）、Lora无线通信模块（3）、压感带电路（4）、路灯控制模块（5）；所述电源模块（1）分别与单片机模块（2）、压感带电路（4）、路灯控制模块（5）相连，压感带电路（4）与单片机模块（2）相连，单片机模块（2）与Lora无线通信模块（3）和路灯控制模块（5）相连。
2.根据权利要求1所述的基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述单片机模块（2）、路灯控制模块（5）均为若干个，
所述压感带电路（4）用于采集压力信号并转换成电信号发送给其中一个单片机模块（2）作为其一个启动触发信号；
所述单片机模块（2）用于把首次采集到的压力启动触发信号发送给Lora无线通信模块（3），并且也接收Lora无线通信模块（3）发送来的启动触发信号，并把该信号再传输给路灯控制模块（5）；
所述Lora无线通信模块（3）用于接收其中一个接收到压力启动触发信号的单片机模块（2）发送来的压力启动触发信号，再把此信号发送给其他单片机模块（2）；
所述路灯控制模块（5）用于根据单片机模块（2）的启动触发信号驱动MOSFET驱动电路，控制路灯通断。
3.根据权利要求1所述的基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述电源模块（1）包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1、芯片SX2106；其中220V电压输入接口接电阻R9和电容C3的一端，电阻R9的另一端接电阻R10和电容C4的一端，同时接芯片SX2106的5号管脚VIN，电容C3和电容C4的另一端共接地，电阻R10的另一端接芯片SX2106的4号管脚SHDN，芯片SX2106的1号管脚BST接电容C5的一端，电容C5的另一端与芯片SX2106的6号管脚LX再共同接电感L1的一端，电感L1的另一端接电阻R11和电容C6的一端，之后输出电压3.3V，芯片SX2106的3号管脚FB接电阻R11的另一端和电阻R12的一端，电阻R12的另一端和电容C6的另一端共同接地，芯片SX2106的2号管脚接地。
4.根据权利要求1所述的基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述单片机模块（2）包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、单片机STC15W404S、按键KEY1、按键KEY2、或门芯片；其中单片机STC15W404S的P0.0接Lora无线通信模块（3）的SCK、单片机STC15W404S的P0.1接Lora无线通信模块（3）的MOSI、单片机STC15W404S的P0.2接Lora无线通信模块（3）的CE、单片机STC15W404S的P0.3接Lora无线通信模块（3）的CSN、单片机STC15W404S的P0.4~P0.7和P1.1~P1.3分别接电阻R1~R8的一端，之后电阻R1~R8的另一端接二极管D1-D8的阴极，之后二极管D1-D8的阳极共同接3.3V电压，单片机STC15W404S的P4.5接Lora无线通信模块（3）的IRO，单片机STC15W404S的P2.7接Lora无线通信模块（3）的MOSO，单片机STC15W404S的P3.1接按键KEY1的一端，单片机STC15W404S的P3.0接按键KEY2的一端，按键KEY1和按键KEY2另一端分别接或门芯片的1号和3号管脚，之后或门芯片的2号管脚接地，单片机STC15W404S的VCC接5V电压，单片机STC15W404S的GND接地。
5.根据权利要求1所述的基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述Lora无线通信模块（3）包括电容C1、电容C2、天线T1、Lora芯片；Lora芯片采用Ra-01芯片，其中Lora芯片的3号管脚接电容C1和电容C2的一端，电容C1和电容C2的另一端接地，Lora芯片的5号管脚接单片机STC15W404S的P4.5，Lora芯片的13号管脚接单片机STC15W404S的P2.7，Lora芯片的12号管脚接单片机STC15W404S的P0.0，Lora芯片的14号管脚接单片机STC15W404S的P0.1，Lora芯片的4号管脚接单片机STC15W404S的P0.2，Lora芯片的15号管脚接单片机STC15W404S的P0.3，Lora芯片的1号管脚接天线T1，Lora芯片的9号、16号、2号管脚均接地。
6.根据权利要求1所述的基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述压感带电路（4）主要包括一个压阻式压力传感器MPXV5050GP，压力传感器是一个内置于凸出压感带的小型传感器，通过压阻式压力传感器能够感知微小的机械振动，设定两次振动为一次记录，因为是内嵌的，所采集的信息将通过在道路边布线进行信息传输，压阻式压力传感器MPXV5050GP的 2号管脚接5V 电压，3号管脚接地，4号管脚接单片机STC15W404S的P2.0。
7.根据权利要求1所述的基于Lora的路灯嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述路灯控制模块（5）包括MOSFET驱动电路、电压输入驱动电路、MOSFET晶体管M1、M2......M(n-1)、Mn、LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln；STC15W404S系列单片机PDIP40输出引脚P2.3、P2.4、P2.5、P2.6分别与MOSFET驱动电路的输入端相连，MOSFET驱动电路的输出端分别与MOSFET晶体管M1、M2......M(n-1)、 Mn的栅极相连，MOSFET晶体管的漏极和源极分别与电压输入驱动电路的输出端和LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln的一端相连；LED路灯L1、L2......L(n-1)、Ln的另一端与电压输入驱动电路的另一输出端相连，电压输入驱动电路的输入端分别与市电的火线L和零线N相连。
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