本技術涉及照明控制，具體涉及一種基于opencpu架構的直流單燈控制器。

背景技術：

1、目前，城市照明智能化領域的技術發(fā)展迅速，尤其是單燈控制器的應用日益普及。單燈控制器通過精準控制每盞路燈的開關和亮度，實現(xiàn)了節(jié)能和智能化管理，極大地提高了城市的照明管理水平。在相關技術中，一方面，市場上的單燈控制器多采用單片機+通信模塊的雙芯片架構。單片機負責處理任務，通信模塊負責與云端或服務器交互。單片機既是功能核心，也占據(jù)較高成本，且開發(fā)資源緊張，不利于軟件編程。此外，增加芯片會增加功耗，影響散熱和壽命。另一方面，在路燈照明系統(tǒng)中，220v的交流電作為供電線路的廣泛應用，進而導致了大多數(shù)單燈控制器的設計和實施均以交流單燈控制器為主。但是，近年來，太陽能、風能等可再生能源的快速發(fā)展，使得直流供電逐漸被認為是未來電力轉型的重要方向。直流供電不僅能夠有效降低能耗，還具備智能化和可持續(xù)發(fā)展的潛力，進而為實現(xiàn)低碳經(jīng)濟奠定基礎。在這種背景下，傳統(tǒng)的交流單燈控制器逐漸暴露出其局限性，難以滿足現(xiàn)代化城市照明的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本技術提供了一種基于opencpu架構的直流單燈控制器。

2、第一方面，本技術提供了一種基于opencpu架構的直流單燈控制器，包括：電源轉換模塊、計量模塊、opencpu通信模塊、調(diào)光模塊和開關控制模塊，其中，電源轉換模塊用于將輸入直流供電系統(tǒng)的第一直流電壓轉換為第二直流電壓，并為控制器供電；計量模塊與opencpu通信模塊電連接，計量模塊用于采集輸入直流供電系統(tǒng)的一組電參數(shù)并傳輸給opencpu通信模塊，opencpu通信模塊用于將一組電參數(shù)傳輸給服務器，opencpu通信模塊還用于接收服務器下發(fā)的控制指令，以及基于控制指令對外接燈具進行開關控制和/或調(diào)光控制；調(diào)光模塊、開關控制模塊均與opencpu通信模塊電連接，當控制指令用于指示對外接燈具進行開關控制時，opencpu通信模塊通過開關控制模塊控制外接燈具執(zhí)行開或關操作；當控制指令用于指示對外接燈具進行調(diào)光控制時，opencpu通信模塊通過調(diào)光模塊對外接燈具進行調(diào)光。

3、通過采用上述技術方案，電源轉換模塊將輸入的第一直流電壓轉換為適配控制器所需的第二直流電壓，確?？刂破鞣€(wěn)定運行；計量模塊能夠準確采集輸入直流供電系統(tǒng)的一組電參數(shù)（如電壓、電流、功率和電能），并通過opencpu通信模塊將這些數(shù)據(jù)傳輸給服務器，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析；opencpu通信模塊不僅能夠?qū)崟r上傳電參數(shù)，還能接收服務器下發(fā)的控制指令，從而實現(xiàn)對燈具的精確控制，包括開關和調(diào)光操作；調(diào)光模塊和開關控制模塊分別與opencpu通信模塊電連接，根據(jù)控制指令，調(diào)光模塊可以調(diào)節(jié)燈具的亮度，而開關控制模塊則可以控制燈具的開關狀態(tài)，實現(xiàn)智能化管理。本技術方案的直流單燈控制器采用opencpu架構，簡化了硬件設計，降低了成本，同時提高了軟件編程的靈活性和維護便利性，解決了傳統(tǒng)雙芯片架構成本高、開發(fā)資源緊張的問題；該控制器適用于直流供電，通過集成多種功能模塊，實現(xiàn)了對直流供電系統(tǒng)的高效、智能管理，顯著提升了城市照明的節(jié)能性和管理水平。

4、可選的，計量模塊包括：電壓采樣電路、電流采樣電路及采樣芯片，其中，電壓采樣電路通過多個電阻分壓方式將輸入直流供電系統(tǒng)的直流電壓信號轉換為第一電壓信號，并傳輸給采樣芯片；電流采樣電路通過采樣電阻將輸入直流供電系統(tǒng)的電流信號轉換為電壓差分信號，并傳輸給采樣芯片；采樣芯片用于將一組電參數(shù)傳輸給opencpu通信模塊，其中，一組電參數(shù)是對第一電壓信號和電壓差分信號進行處理得到的輸入直流供電系統(tǒng)的電參數(shù)，一組電參數(shù)包括輸入直流供電系統(tǒng)的電壓參數(shù)、電流參數(shù)、功率參數(shù)及電能參數(shù)。

5、通過采用上述技術方案，電壓采樣電路和電流采樣電路分別通過電阻分壓和采樣電阻的方式，將直流供電系統(tǒng)的電壓信號和電流信號轉換為第一電壓信號和電壓差分信號，再由采樣芯片處理這些信號生成一組電參數(shù)，包括電壓參數(shù)、電流參數(shù)、功率參數(shù)及電能參數(shù)。這種設計不僅精確測量了直流供電系統(tǒng)的各項電參數(shù)，還確保了數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，為后續(xù)的智能控制和能耗分析提供了堅實的基礎。

6、可選的，opencpu通信模塊包括：傳感器單元、處理單元、執(zhí)行單元和消息收發(fā)單元，其中，傳感器單元用于接收采樣芯片傳輸?shù)囊唤M電參數(shù)；處理單元用于對一組電參數(shù)進行處理，并通過消息收發(fā)單元傳輸給服務器；消息收發(fā)單元用于接收服務器下發(fā)的控制指令并傳輸給處理單元，處理單元用于對控制指令進行解析，并根據(jù)解析結果控制執(zhí)行單元執(zhí)行預定操作，以實現(xiàn)對外接燈具進行開關控制和/或調(diào)光控制。

7、通過采用上述技術方案，opencpu通信模塊集成傳感器單元、處理單元、執(zhí)行單元和消息收發(fā)單元，實現(xiàn)了對采集到的電參數(shù)的高效處理和實時傳輸，同時支持接收服務器下發(fā)的控制指令，提高了系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)定性。處理單元對收到的控制指令進行解析，并根據(jù)解析結果控制執(zhí)行單元執(zhí)行相應的操作，如開關控制和調(diào)光控制，確保了對外接燈具的精確控制，提升了系統(tǒng)的智能化水平。

8、可選的，開關控制模塊包括光耦隔離單元、igbt功率管驅(qū)動單元、igbt功率管單元及滅弧電路單元，其中，光耦隔離單元與執(zhí)行單元電連接，當控制指令用于指示對外接燈具進行開關控制時，執(zhí)行單元用于向光耦隔離單元輸出開關量信號，其中，光耦隔離單元用于將opencpu通信模塊與igbt功率管單元進行隔離；光耦隔離單元的輸出端與igbt功率管驅(qū)動單元的輸入端電連接，igbt功率管驅(qū)動單元的輸出端與igbt功率管單元電連接，igbt功率管驅(qū)動單元用于驅(qū)動igbt功率管單元，igbt功率管單元用于對外接燈具進行開關控制；滅弧電路單元與igbt功率管單元電連接，滅弧電路單元用于消除igbt功率管通斷時產(chǎn)生的拉弧。

9、通過采用上述技術方案，該開關控制模塊通過光耦隔離單元將opencpu通信模塊與igbt功率管單元進行電氣隔離，有效防止了電氣干擾，提升了系統(tǒng)的可靠性和安全性。igbt功率管驅(qū)動單元能夠高效驅(qū)動igbt功率管單元，確保對外接燈具進行精確的開關控制。同時，滅弧電路單元消除了igbt功率管通斷時產(chǎn)生的拉弧現(xiàn)象，進一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。

10、可選的，調(diào)光模塊包括：低通濾波器單元、運算放大器單元及隔離單元，其中，低通濾波器單元與執(zhí)行單元電連接，當控制指令用于指示對外接燈具進行調(diào)光控制時，執(zhí)行單元用于向低通濾波器單元輸出pwm信號，其中，低通濾波器單元用于將pwm信號轉換為平滑的目標直流信號；低通濾波器單元的輸出端與運算放大器單元的輸入端電連接，運算放大器單元用于將目標直流信號轉換為調(diào)光信號，并經(jīng)過隔離單元傳輸給外接燈具，其中，隔離單元用于將控制器與外接燈具進行隔離。

11、通過采用上述技術方案，調(diào)光模塊中的低通濾波器單元可以將pwm信號轉換為平滑的目標直流信號，從而避免了pwm信號帶來的脈動效應，提高了調(diào)光的穩(wěn)定性和平滑度。運算放大器單元進一步將目標直流信號轉換為調(diào)光信號，確保了信號的準確性和可靠性。隔離單元則有效地將控制器與外接燈具進行電氣隔離，增強了系統(tǒng)的安全性和抗干擾能力。

12、可選的，opencpu通信模塊包括通信模組、貼片式sim卡芯片及下載調(diào)試接口，其中，通信模組包括cortex-a5內(nèi)核、16m的ram和一組api接口，sim卡芯片的一組引腳分別與通信模組中對應的引腳電連接，其中，一組引腳包括sim卡芯片的電源引腳、復位引腳、時鐘引腳及數(shù)據(jù)引腳；下載調(diào)試接口為標準usb接口，下載調(diào)試接口中的usb+引腳、usb-引腳及boot引腳分別與通信模組中對應的引腳電連接，其中，boot引腳接地為強制下載模式。

13、通過采用上述技術方案，該控制器利用cortex-a5內(nèi)核和16m的ram，顯著提升了處理能力和存儲容量，支持更復雜的算法和更高的數(shù)據(jù)處理速度。同時，通過一組api接口，簡化了與外部設備的集成過程，提高了系統(tǒng)的靈活性和擴展性。貼片式sim卡芯片的使用，使得控制器可以方便地接入移動網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理。標準usb接口的下載調(diào)試接口設計，便于固件更新和故障排查，增強了系統(tǒng)的維護便利性和可靠性。

14、可選的，采樣芯片為直流電能計量芯片，直流電能計量芯片用于對第一電壓信號和電壓差分信號進行處理得到一組電參數(shù)；opencpu通信模塊通過第一spi接口與直流電能計量芯片進行通訊，以獲得一組電參數(shù)，其中，一組api接口包括第一spi接口。

15、通過采用上述技術方案，使用直流電能計量芯片可以精確測量輸入直流供電系統(tǒng)的電壓、電流、功率和電能參數(shù)，提高測量精度和可靠性。同時，通過第一spi接口與opencpu通信模塊進行通訊，簡化了數(shù)據(jù)傳輸過程，提升了數(shù)據(jù)傳輸效率和穩(wěn)定性。

16、可選的，電壓采樣電路包括一組電阻、第一電阻和第一電容，一組電阻串聯(lián)連接于輸入直流供電系統(tǒng)的電壓正極與第一電阻的第一端之間，一組電阻中的各個電阻依次串聯(lián)連接，第一電阻的第二端與接地端電連接，第一電容與第一電阻并聯(lián)連接，其中，第一電阻的第一端用于輸出第一電壓信號；電流采樣電路包括第二電阻、第三電阻、第四電阻、第二電容和第三電容，第二電阻的第一端與輸入直流供電系統(tǒng)的電壓正極連接，第三電阻和第二電容串聯(lián)連接于第二電阻的第一端與接地端之間，第四電阻和第三電容串聯(lián)連接于第二電阻的第二端與接地端之間，第三電阻的第一端、第四電阻的第一端用于輸出電壓差分信號，其中，第三電阻的第一端用于表示第三電阻與第二電容所連接的一端，第四電阻的第一端用于表示第四電阻與第三電容所連接的一端；第三電阻的第一端、第四電阻的第一端分別與直流電能計量芯片的兩個電壓差分信號輸入端電連接，第一電阻的第一端與直流電能計量芯片的采樣電壓信號輸入端電連接；直流電能計量芯片的第二spi接口與opencpu通信模塊的第一spi接口電連接。

17、通過采用上述技術方案，電壓采樣電路通過一組電阻分壓方式將輸入直流供電系統(tǒng)的直流電壓信號轉換為第一電壓信號，確保了電壓采樣的準確性和穩(wěn)定性；電流采樣電路通過采樣電阻將輸入直流供電系統(tǒng)的電流信號轉換為電壓差分信號，進一步提高了電流采樣的精度；直流電能計量芯片接收并處理來自電壓采樣電路和電流采樣電路的信號，生成詳細的電參數(shù)，并通過第二spi接口與opencpu通信模塊的第一spi接口通信，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，這些使得控制器能夠在直流供電系統(tǒng)下高效、準確地采集電參數(shù)，為智能照明系統(tǒng)的優(yōu)化管理和節(jié)能提供了堅實的基礎。本技術方案的直流單燈控制器能夠精確測量直流供電系統(tǒng)的電壓、電流、功率及電能參數(shù)，并通過opencpu通信模塊將這些參數(shù)傳輸給服務器。

18、可選的，開關控制模塊包括第一光耦、功率管驅(qū)動芯片、igbt功率管、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一瞬態(tài)電壓抑制二極管及第二瞬態(tài)電壓抑制二極管，其中，第一光耦的正極輸入端通過第五電阻與通信模組的開關控制信號端口電連接，第一光耦的負極輸入端與接地端電連接，第一光耦的第一輸出端和第一光耦的第二輸出端分別與功率管驅(qū)動芯片的第一信號輸入端和功率管驅(qū)動芯片的第二信號輸入端電連接，其中，通信模組的開關控制信號端用于向開關控制模塊輸出開關量信號；功率管驅(qū)動芯片的驅(qū)動輸出端通過第六電阻與igbt功率管的柵極電連接，igbt功率管的集電極與第二電阻的第二端電連接，igbt功率管的發(fā)射極與功率管驅(qū)動芯片的公共端電連接；第一瞬態(tài)電壓抑制二極管的正極與igbt功率管的柵極電連接，第一瞬態(tài)電壓抑制二極管的負極與第二瞬態(tài)電壓抑制二極管的負極電連接，第二瞬態(tài)電壓抑制二極管的正極與公共端電連接，第七電阻連接于igbt功率管的柵極和igbt功率管的發(fā)射極之間。

19、通過采用上述技術方案，開關控制模塊中的第一光耦實現(xiàn)了電氣隔離，確保了控制器與外部電路的安全隔離，防止了電磁干擾和高壓沖擊。功率管驅(qū)動芯片通過第六電阻驅(qū)動igbt功率管，有效地提升了開關速度和效率，降低了功耗。同時，第一瞬態(tài)電壓抑制二極管、第二瞬態(tài)電壓抑制二極管及第七電阻構成的滅弧電路，對igbt功率管通斷產(chǎn)生的拉弧進行消除，以防止對整個系統(tǒng)的干擾，延長了設備的使用壽命。該開關控制模塊設計不僅保證了高可靠性和安全性，還顯著提高了控制器的性能和穩(wěn)定性。

20、可選的，調(diào)光模塊包括：第一mos管、第二mos管、運放芯片、第八電阻、第九電阻、第十電阻及第四電容，其中，第一mos管的柵極與通信模組的pwm信號輸出端口電連接，第一mos管的漏極通過第八電阻與第一電源端電連接，第一mos管的漏極通過第九電阻與運放芯片的第一同相輸入端電連接，運放芯片的第一反相輸入端與運放芯片的第一輸出端電連接，運放芯片的第二同相輸入端與運放芯片的第一輸出端電連接，運放芯片的第二反相輸入端與運放芯片的第二輸出端電連接，第四電容連接于運放芯片的第一同相輸入端與接地端之間；運放芯片的第二輸出端與第二mos管的源極電連接，第二mos管的柵極通過第十電阻與第二電源端電連接，第二mos管的漏極用于向外接燈具提供調(diào)光信號。

21、通過采用上述技術方案，調(diào)光模塊通過第一mos管接收通信模組輸出的pwm信號，經(jīng)由第八電阻和第九電阻傳輸?shù)竭\放芯片的第一同相輸入端，運放芯片將該信號轉換為平滑的目標直流信號。隨后，目標直流信號通過運放芯片的第二輸出端傳輸?shù)降诙os管的源極，最終由第二mos管的漏極輸出調(diào)光信號，實現(xiàn)對外接燈具的精確調(diào)光。第四電容的加入進一步濾除了信號中的高頻噪聲，保證了調(diào)光信號的穩(wěn)定性和可靠性。整個調(diào)光過程高效、響應速度快，適用于各種復雜環(huán)境下的精細調(diào)光需求。

22、綜上，本技術中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

23、1、控制器采用opencpu架構，簡化了硬件設計，降低了成本，同時提高了軟件編程的靈活性和維護便利性，解決了傳統(tǒng)雙芯片架構成本高、開發(fā)資源緊張的問題；該控制器適用于直流供電，通過集成多種功能模塊，實現(xiàn)了對直流供電系統(tǒng)的高效、智能管理，顯著提升了城市照明的節(jié)能性和管理水平；

24、2、開關控制模塊通過光耦隔離單元將opencpu通信模塊與igbt功率管單元進行電氣隔離，有效防止了電氣干擾，提升了系統(tǒng)的可靠性和安全性；滅弧電路單元消除了igbt功率管通斷時產(chǎn)生的拉弧現(xiàn)象，進一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。