專利名稱：采用天文算法的多功能路燈控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及路燈的控制，特別一種采用天文算法的多功能路燈控制置，屬于電子控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前使用較多的路燈控制技術(shù)仍然是人工根據(jù)天亮天黑的情況進(jìn)行控制，天黑時(shí)將路燈控制柜的開關(guān)合上，天亮?xí)r將路燈控制柜的開關(guān)斷開，這種人工操作有時(shí)會(huì)導(dǎo)致路燈的開關(guān)不及時(shí)，并且不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控。
目前也有一些自動(dòng)開關(guān)燈的技術(shù)方案，例如，CN87211553利用一塊單片機(jī)芯片和一塊用于存貯根據(jù)自然天文時(shí)計(jì)算出的每天開關(guān)燈時(shí)刻表，通過程序控制每天的開關(guān)燈時(shí)間；CN96117835.3和CN00210624.8利用BP機(jī)控制路燈的開或關(guān)。綜述以上方案，存在以下不足一是通過存貯根據(jù)自然天文時(shí)計(jì)算出的每天開關(guān)燈時(shí)刻表的辦法局限性非常大，存儲(chǔ)器中只能存貯單一地點(diǎn)的開關(guān)燈時(shí)刻表，不能適應(yīng)不同地點(diǎn)(經(jīng)緯度不同)的開關(guān)燈實(shí)際需要，不同的地點(diǎn)必須寫入不同的時(shí)刻表，給產(chǎn)品生產(chǎn)帶來不便；二是功能比較單一，不能對多種情況進(jìn)行綜合考慮。
目前也有單獨(dú)使用光控開燈的，但容易受干擾而誤動(dòng)作。
目前也有根據(jù)經(jīng)緯度來確定開關(guān)燈時(shí)間的，但使用的是簡單的近似計(jì)算，誤差比較大，有時(shí)誤差相差達(dá)十分鐘以上。因?yàn)檎嫣柸盏拈L短是隨季節(jié)而變化的，其變化主要受到兩個(gè)因素的影響一是由于黃赤交角(23°26′)的存在，即黃道面對于赤道面的傾斜，太陽在周年運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，相對于天赤道往返運(yùn)動(dòng)，造成真太陽日長度的周年變化；二是由于地球的運(yùn)行軌道為橢圓，日地距離的變化，地球公轉(zhuǎn)的速度不等，造成太陽每日黃經(jīng)差本身的周年變化。這兩個(gè)因素同時(shí)作用并相互干擾，造成了真太陽日長短的變化。
地球的運(yùn)行軌道遵循開普勒的行星運(yùn)動(dòng)三定律，因此日出日落時(shí)間及天亮天黑時(shí)間是有規(guī)律的。行星運(yùn)動(dòng)第一定律(軌道定律)表明所有行星分別在大小不同的橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)，太陽位于行星軌道橢圓的二個(gè)焦點(diǎn)之一。行星運(yùn)動(dòng)第二定律(面積定律)表明在同樣的時(shí)間內(nèi)，行星向徑在其軌道平面上掃過的面積相等。行星運(yùn)動(dòng)第三定律(周期定律)表明任何兩個(gè)行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期平方之比，等于它們與太陽的距離的立方之比。設(shè)T1和T2分別表示兩行星的公轉(zhuǎn)周期，a1和a2分別表示它們與太陽的平均距離(即各自軌道的半軸長)，那么便有T12T22=a13a23.]]>

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種采用天文算法的多功能路燈控制置，它直接根據(jù)天文算法計(jì)算天亮天黑時(shí)間。其多功能性表現(xiàn)在，除根據(jù)天亮天黑的時(shí)間控制開關(guān)路燈外，還具有光控、手機(jī)短消息控制、通過有線網(wǎng)絡(luò)、GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制路燈開關(guān)的功能；能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)回路的獨(dú)立控制；能夠通過計(jì)算機(jī)方便地查看或更改相關(guān)的參數(shù)；能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種采用天文算法的多功能路燈控制裝置，采用天文算法計(jì)算天亮天黑時(shí)間，通過輸出模塊控制天黑時(shí)接通路燈的電源，天亮?xí)r斷開路燈的電源，通過通訊接口模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控，其特征是包括以下硬件電路電源[1]為裝置提供直流工作電源；智能模塊[2]內(nèi)含程序存儲(chǔ)器及控制程序；輸入接口[3]數(shù)字量或模擬量的輸入通道，與智能模塊[2]相連；時(shí)鐘電路[6]提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，與智能模塊[2]相連；通訊接口模塊[7]用于與外部通訊，與智能模塊[2]相連；輸出模塊[8]用于輸出開關(guān)燈信號、節(jié)能信號等，與智能模塊[2]相連；輸入接口[3]包含有光控信號輸入接口。
本實(shí)用新型的工作原理本實(shí)用新型是按照上述構(gòu)思使用上述主要部件組合而成的多功能路燈控制裝置。裝置內(nèi)設(shè)置有實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路(RTC)，運(yùn)行的日期及時(shí)間與當(dāng)前實(shí)際的時(shí)間一致；利用高性能單片機(jī)作為控制器，從RTC中讀出當(dāng)前的日期，如果用戶將裝置配置為按天亮天黑時(shí)間自動(dòng)調(diào)整的方式，則單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的日期和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度、緯度，利用天文算法計(jì)算出當(dāng)前日期的天亮?xí)r間和天黑時(shí)間，并在天亮或天黑時(shí)間的基礎(chǔ)上提前或推遲一個(gè)設(shè)定的時(shí)間，由此計(jì)算出當(dāng)前日期的開燈或關(guān)燈時(shí)間，當(dāng)前時(shí)間到達(dá)開燈時(shí)間后，發(fā)出時(shí)控開燈信號，到達(dá)關(guān)燈時(shí)間后，結(jié)束時(shí)控開燈信號；如果用戶將裝置配置為每天以固定時(shí)間開關(guān)燈的方式，則單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前時(shí)間、開燈時(shí)間、關(guān)燈時(shí)間確定時(shí)控開燈信號，當(dāng)前時(shí)間到達(dá)開燈時(shí)間后，發(fā)出時(shí)控開燈信號，到達(dá)關(guān)燈時(shí)間后，結(jié)束時(shí)控開燈信號。此外，單片機(jī)根據(jù)采樣的光控信號適時(shí)發(fā)出或結(jié)束光控開燈信號(光控開燈信號可確定在時(shí)控開燈時(shí)間的附近)，根據(jù)人工開關(guān)燈信號確定人工開燈信號，根據(jù)接收到的手機(jī)短消息指令確定短消息控制的開燈信號，根據(jù)有線網(wǎng)絡(luò)、GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制的指令確定網(wǎng)絡(luò)控制的開燈信號，這些開燈信號以或的關(guān)系確定最終的開燈信號，此信號通過驅(qū)動(dòng)電路控制繼電器或無觸點(diǎn)開關(guān)接通或斷開路燈的供電回路，從而完成路燈的多功能開關(guān)燈智能控制，當(dāng)路燈開啟后，如果需要臨時(shí)關(guān)閉，可以在裝置上通過開關(guān)或遠(yuǎn)程發(fā)送指令強(qiáng)制關(guān)閉開啟的路燈。裝置內(nèi)部設(shè)置多個(gè)回路的開關(guān)燈控制，每個(gè)回路可設(shè)置兩次開關(guān)燈時(shí)間，因此可以組合成整夜燈控制、半夜燈控制、每天兩次獨(dú)立控制的照明方案。每個(gè)回路的功能相同，因此可以控制多個(gè)回路的路燈。
通過給單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令，可以方便地讀取裝置內(nèi)RTC的日期和時(shí)間，也可以方便地進(jìn)行校調(diào)，也可以讀取或更改其它的工作參數(shù)，也可以查看任何一天或連續(xù)若干天的開關(guān)燈時(shí)間。發(fā)送指令可以是近程，也可以是遠(yuǎn)程。
通過外部提供的信號及ADC電路，可以測量一些電壓、電流等工作參數(shù)，通過溫度傳感器，可以測量裝置的工作溫度。這些工作參數(shù)可以遠(yuǎn)程查看，也可以設(shè)定相關(guān)的保護(hù)參數(shù)，通過裝置給出保護(hù)信號。
本實(shí)用新型采用的天文算法基于開普勒的行星運(yùn)動(dòng)三定律和牛頓的萬有引力定律，在計(jì)算日出日落時(shí)間及天亮天黑的時(shí)間時(shí)還考慮了地軸進(jìn)動(dòng)(地軸繞黃軸的圓錐形運(yùn)動(dòng)，圓錐半徑為23°26′，進(jìn)動(dòng)速度為每年50.29″，周期為25800年)、太陽視半徑(約為16′)、大氣折光作用(在近地平時(shí)最為明顯，其值約為34′)、晨昏蒙影等因素，因而計(jì)算的精度較高，據(jù)此計(jì)算的日出日落時(shí)間及天亮天黑時(shí)間與一些著名的萬年歷相比，誤差最大為1分鐘(實(shí)際上不同國家天文年歷的計(jì)算結(jié)果也可相差一分鐘)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及效果(1)采用了較高精度的天文算法，根據(jù)不同地點(diǎn)的經(jīng)緯度及地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的變化規(guī)律，自動(dòng)精確計(jì)算當(dāng)?shù)氐奶炝撂旌跁r(shí)間，自動(dòng)修正每天的開燈與關(guān)燈時(shí)間，避免了靠人工修正和開關(guān)燈控制的麻煩。
(2)可以節(jié)約大量的用于路燈的夜間巡檢費(fèi)用。
(3)集成有光控開關(guān)燈、人工強(qiáng)制開燈、通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程遙控開關(guān)燈等功能，可以使用一種功能或多種功能組合。
(4)可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、集中控制，可以遠(yuǎn)程查看或更改工作參數(shù)。
(5)由于采用FLASH存儲(chǔ)器保存數(shù)據(jù)，設(shè)定的工作參數(shù)在停電的情況下仍然不會(huì)丟失。
(6)可以通過軟件方便地校準(zhǔn)時(shí)鐘。
(7)裝置可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控。
(8)可以提供電壓、電流及溫度等保護(hù)信號。
(9)可以與GSM/GPRS模塊連接，通過手機(jī)短信或網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)改變開關(guān)狀態(tài)，可讀取當(dāng)前工作狀態(tài)及工作參數(shù)(如電壓、電流、工作溫度、天亮?xí)r間、天黑時(shí)間、開燈時(shí)間、關(guān)燈時(shí)間等)。
(10)各個(gè)回路的開關(guān)燈控制，可以通過軟件方便地設(shè)定為整夜燈、半夜燈或其它形式的開關(guān)燈工作方式，也可以強(qiáng)制將任何一路或幾路燈開啟。
(11)開關(guān)燈方式可以是按設(shè)定的每天固定時(shí)間開關(guān)燈，也可以是按當(dāng)?shù)氐奶炝撂旌跁r(shí)間自動(dòng)調(diào)整開關(guān)燈時(shí)間，完全適應(yīng)智能化的需要。
(12)可以設(shè)定人為定義的天亮天黑太陽高度角(與晨昏蒙影有關(guān))，并可以設(shè)定提前或推遲開關(guān)燈的時(shí)間。
(13)可以向電腦輸出若干天的開關(guān)燈時(shí)間，讓管理人員對開關(guān)燈時(shí)間做到心中有數(shù)。
(14)具備完善的指示及告警功能，有各種開關(guān)燈狀態(tài)指示、節(jié)能信號指示、極晝極夜指示、時(shí)鐘失效指示等。
(15)可以對相連接的其它智能設(shè)備發(fā)送并收集信息，同時(shí)進(jìn)行簡單處理。
(16)通過功能擴(kuò)展接口，可以擴(kuò)展顯示或輸入輸出功能。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1 是本實(shí)用新型的電路原理方框圖。
圖2～圖5 是實(shí)施例的電路原理圖。
圖6～圖9 是實(shí)施例的軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
參看圖1，智能模塊[2]分別與輸入接口[3]、功能擴(kuò)展接口[4]、編程接口[5]、時(shí)鐘電路(或稱為時(shí)鐘模塊)[6]、通訊接口模塊[7]、輸出模塊[8]、指示模塊[9]構(gòu)成電氣連接，電源[1]為裝置提供直流工作電壓和電流，與相關(guān)的部分構(gòu)成電氣連接。智能模塊在上述相關(guān)電路及軟件的調(diào)度下，構(gòu)成了具有天文算法的、可以遠(yuǎn)程查看或更改工作參數(shù)的多功能路燈控制裝置。
參看圖2，電源[1]由插座CZ1提供+12V、+5V、VDD(3.3V)的直流工作電源，與電路的其它部分構(gòu)成電氣連接，為裝置的相關(guān)部分提供工作電源。
智能模塊[2]由高速、高性能單片機(jī)U3構(gòu)成，型號為C8051F310，其內(nèi)部集成有振蕩器、在系統(tǒng)可編程的FLASH存儲(chǔ)器、JTAG調(diào)試電路、溫度傳感器、多達(dá)21路的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ADC)、四個(gè)通用16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、硬件SMBus(I2C兼容)、UART串口、PCA模塊等，它是本裝置的核心控制器件。
輸入接口[3]由插座CZ3、CZ4、CZ5組成，它們均與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接。CZ3外部接人工強(qiáng)制開燈的開關(guān)，單片機(jī)根據(jù)此信號確定人工強(qiáng)制開燈信號，R14、R15、C10組成抗干擾濾波電路；CZ4外部接光敏電阻(或光控開關(guān))，單片機(jī)將測量的光照強(qiáng)度與設(shè)定的開關(guān)燈光照度比較，以形成光控開燈信號，R18、R19、C11組成抗干擾濾波電路；CZ5外部接電壓、電流等模擬量的調(diào)理信號，通過單片機(jī)內(nèi)部的ADC電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便遠(yuǎn)程查看相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)確定是否應(yīng)給出保護(hù)信號，溫度測量值來源于單片機(jī)內(nèi)置的溫度傳感器。
功能擴(kuò)展接口[4]由插座CZ2組成，與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接。單片機(jī)通過此接口與外部通訊，可以將相關(guān)數(shù)據(jù)輸出到LCD或LED顯示，或進(jìn)行其它的輸入輸出操作。
編程接口[5]由插座CZ6組成，與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接。單片機(jī)通過此接口進(jìn)行仿真、編程操作，如果通過獨(dú)立的設(shè)備對智能模塊[2]編程，則此接口可以省略。R12、C12組成開機(jī)復(fù)位電路，R16、R17是隔離電阻。
指示模塊[9]由發(fā)光二極管D3～D8、D20～D27以及與其串聯(lián)的R31～R36、R20～R27組成，與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接，D3為時(shí)鐘失效指示，D4為檢測到相連接的其它智能設(shè)備(本實(shí)施例中為智能照明節(jié)能控制柜)的故障指示，D5為第1回路開燈指示，D6為第2回路開燈指示，D7為第3回路開燈指示，D8為第4回路開燈指示，D20為檢測到的過電壓或過電流指示，D21為時(shí)控開燈指示，D22為手機(jī)短消息控制的開燈指示，D23為光控開燈指示，D24為根據(jù)天文算法計(jì)算的極晝極夜指示，D25為各種開燈信號確定的綜合開燈指示(第0回路開燈指示)，D26為根據(jù)第0回路開燈信號確定的節(jié)能信號指示，D27為故障指示，檢測到任何故障時(shí)此指示燈均會(huì)點(diǎn)亮，形成告警指示。
參看圖3，實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路U6(型號為M41T0)、晶振Y2(32768Hz)、二極管D11、D12、電阻R12、R13、電容C21、備用電池BT1組成時(shí)鐘電路[6]，為單片機(jī)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，單片機(jī)可以通過SCL、SDA組成的串行總線讀取時(shí)鐘或改寫時(shí)鐘(校準(zhǔn)時(shí)間)。+5V、SCL、SDA與圖2中的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編號相連接。
參看圖4，接口轉(zhuǎn)換集成電路U4(型號為MAX202E)、電容C23～C27、電阻R58、R59、插座CZ7、CZ8組成通訊接口模塊[7]，其功能是進(jìn)行接口電平轉(zhuǎn)換。+5V、TX1、RX1、TX2、RX2與圖2中的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編號相連接。CZ7用于與SMS/GPRS模塊或計(jì)算機(jī)串口連接，以便遠(yuǎn)程監(jiān)控。CZ8用于與相連接的其它智能設(shè)備相連，由單片機(jī)發(fā)送并收集其它智能設(shè)備的信息，同時(shí)進(jìn)行簡單處理。
參看圖5，驅(qū)動(dòng)集成電路U5(型號為ULN2003N)、二極管D30～D34(型號為1N4007)、繼電器KJ0～KJ4(型號為JZC-23F)、插座CZ9～CZ14組成輸出模塊[8]，其功能是將單片機(jī)輸出的5路開燈信號通過U5驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器動(dòng)作，并通過插座CZ10～CZ14控制外部第0回路～第4回路的路燈，CZ9為節(jié)能信號輸出插座，蜂鳴器FM1用于聲音告警，電容C15用于濾波。+5V、+12V、KD_OUT、WAY1_OUT、WAY2_OUT、WAY3_OUT、WAY4_OUT、JN_OUT、Sound與圖2中的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編號相連接。
權(quán)利要求1.一種采用天文算法的多功能路燈控制裝置，采用天文算法計(jì)算天亮天黑時(shí)間，通過輸出模塊控制天黑時(shí)接通路燈的電源，天亮?xí)r斷開路燈的電源，通過通訊接口模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控，其特征是包括以下硬件電路電源[1]為裝置提供直流工作電源；智能模塊[2]內(nèi)含程序存儲(chǔ)器及控制程序；輸入接口[3]數(shù)字量或模擬量的輸入通道，與智能模塊[2]相連；時(shí)鐘電路[6]提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，與智能模塊[2]相連；通訊接口模塊[7]用于與外部通訊，與智能模塊[2]相連；輸出模塊[8]用于輸出開關(guān)燈信號、節(jié)能信號等，與智能模塊[2]相連；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用天文算法的多功能路燈控制裝置，其特征是輸入接口[3]包含有光控信號輸入接口。
專利摘要一種采用天文算法的多功能路燈控制裝置，由智能模塊、輸入接口、功能擴(kuò)展接口、編程接口、時(shí)鐘電路、通訊接口模塊、輸出模塊、指示模塊組成，能夠按照天文算法計(jì)算天亮天黑的時(shí)間控制路燈的開和關(guān)，在天文算法中考慮了地軸進(jìn)動(dòng)、太陽視半徑、大氣折光作用、晨昏蒙影等因素，因而計(jì)算的精度較高，并且具有光控、手機(jī)短消息控制、通過有線網(wǎng)絡(luò)、GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制路燈開關(guān)的功能，具有多個(gè)獨(dú)立控制的回路，每個(gè)回路可以組合成整夜燈控制、半夜燈控制、每天兩次獨(dú)立的開關(guān)燈控制，能夠通過計(jì)算機(jī)方便地查看或更改相關(guān)的參數(shù)，能夠發(fā)送并收集與之相連接的智能設(shè)備的信息，能夠通過通訊接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控。
文檔編號H05B37/02GK2867786SQ20062006851
公開日2007年2月7日 申請日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月16日
發(fā)明者涂金龍, 翁玉琴 申請人:翁玉琴