CN110594603A - 一种基于物联网通信的老人护理灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网通信的老人护理灯，包括球形灯罩、底座以及基板，所述基板设置在球形灯罩内并与底座相连接，所述基板包括通过电缆线相互连接在一起的LED灯珠基板、电源电路基板和通讯基板，所述基板上设置有恒流源电路、LED灯珠、前级开关电源电路、后级开关电源电路、稳压电路、MCU电路、接口转换电路、物联网通讯模组、信号取样电路和SIM卡管理电路。通过上述方式，本发明可照明当做普通灯具来使用，同时利用物联网通信技术，将老人的开关灯时间上传到后台服务器，以便对老人的动作、行为进行监控、分析，及时的把异常信息发送给老人家属或社区服务人员，可防止更严重的情况发生。

Description

一种基于物联网通信的老人护理灯

技术领域

本发明涉及灯具的领域，尤其涉及一种基于物联网通信的老人护理灯，利用物联网技术来传送灯具开关灯时间的方案。

背景技术

老人是体弱多病的群体，需要有人陪护，但是由于年轻人工作忙碌或其他原因，有时候，无法顾及老人的生活习性，尤其是慢性急病的老人更需要关注。注微势群体，关爱老人，特别是关爱空巢老人是中华民族的美德，也是社会应尽的一种力条与责任。

老人一个人独自在家，没有照顾，身体状态差，如果遇到突发病状出现昏迷的状态，身边又没一个人及时通知家属，就会延误病情从而产生严重的后果，甚至死亡在家中数日，都无人知晓，类似事件国内外都有发生报道过，产生严重的社会影响，有必要引起人们的关注。

同时考虑到老人的收入情况，很多科技人员希望开发出一款使用简单、价格便宜、通信费用低廉的终端，来对老人的行为进行远程监控。随着物联网技术的飞速发展，有科技工作者设计出在照明灯具里加装开关电源、MCU及物联网模块。在开灯的时候，发送相关数据到后台服务器，从而掌握了老人的开灯时间，进而分析出老人生活是否正常。

但目前市面上的方案，有以下缺点：因关灯的时候，将交流电源关闭了，物联网通信模块没有电能，无法发送数据到后台，故无法知道准确的关灯时间。即使采用连续发心跳包的方式，但会造成通信费用较高、通信网络负荷太重能监控的终端数量少，并且无法区分是网络故障引起的还是断电引起的后台接收不到数据。因此，需要研发一种成本低廉的新方案，能将灯具的开、关时间准确上传到后台服务器，以便对老人的生活行为进行精确分析。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于物联网通信的老人护理灯，可照明当做普通灯具来使用，同时利用物联网通信技术，将老人的开关灯时间上传到后台服务器，以便对老人的动作、行为进行监控、分析。如果开关灯行为异常：长时间不关闭灯具或长时间不打开灯具等，后台服务器就会识别出来，及时的把异常信息发送给老人家属或社区服务人员，相关人员可及时的电话联系、或上门去看望老人，有健康问题及时处置、医疗，可防止更严重的情况发生，可以更好的关爱独居老人，实现远程监控护理的功能，增加了LED灯的利用率，方便用户根据需要来选择消费。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种基于物联网通信的老人护理灯，包括球形灯罩、底座以及基板，所述球形灯罩可拆卸的设置在底座的上端，所述基板设置在球形灯罩内并与底座相连接，所述基板包括通过电缆线相互连接在一起的LED灯珠基板、电源电路基板和通讯基板，所述基板上设置有恒流源电路、LED灯珠、前级开关电源电路、后级开关电源电路、稳压电路、MCU电路、接口转换电路、物联网通讯模组、信号取样电路和SIM卡管理电路，所述恒流源电路分别与LED灯珠和前级开关电源电路相连接，所述前级开关电源电路与后级开关电源电路相连接，所述后级开关电源电路分别与MCU电路和物联网通讯模组相连接，所述MCU电路通过接口转换电路与物联网通讯模组相连接，所述信号取样电路与MCU电路相连接，所述SIM卡管理电路与物联网通讯模组相连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述LED灯珠呈多层环状排布设置在LED灯珠基板上。

在本发明一个较佳实施例中，所述恒流源电路接入交流电源。

在本发明一个较佳实施例中，所述后级开关电源电路输出两路直流电源和一路数据信号，一路直流电源和数据信号接入物联网通讯模组，另一路直流电源接入MCU电路。

在本发明一个较佳实施例中，所述通讯基板上还设置有SIM卡和Z型天线，所述SIM卡和Z型天线均与物联网通讯模组相连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述SIM卡采用插片或贴片的形式设置在通讯基板上。

在本发明一个较佳实施例中，所述Z型天线竖向设置在通讯基板的中间位置并穿过LED灯珠基板延伸至LED灯珠基板的上方。

在本发明一个较佳实施例中，所述信号取样电路包括供电电源取样电路和内部温度取样电路。

本发明的有益效果是：本发明的基于物联网通信的老人护理灯，可照明当做普通灯具来使用，同时利用物联网通信技术，将老人的开关灯时间上传到后台服务器，以便对老人的动作、行为进行监控、分析。如果开关灯行为异常：长时间不关闭灯具或长时间不打开灯具等，后台服务器就会识别出来，及时的把异常信息发送给老人家属或社区服务人员，相关人员可及时的电话联系、或上门去看望老人，有健康问题及时处置、医疗，可防止更严重的情况发生，可以更好的关爱独居老人，实现远程监控护理的功能，增加了LED灯的利用率，方便用户根据需要来选择消费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1 是本发明基于物联网通信的老人护理灯的一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1中基板的结构连接框图；

图3是图1中Z型天线的结构示意图；

图4是恒流源电路、前级开关电源电路和后级开关电源电路的电路图；

图5是稳压电路的电路图；

图6是MCU电路的电路图；

图7是接口转换电路的电路图；

图8是物联网通讯模组的电路图；

图9是信号取样电路的电路图；

图10是SIM卡管理电路的电路图；

图11是利用物联网技术传输信号的结构框图；

附图中的标记为：1、球形灯罩，2、底座，3 LED灯珠基板，4、电源电路基板，5、通讯基板，6、LED灯珠，7、SIM卡，8、Z型天线，9、恒流源电路，10、前级开关电源电路，11、后级开关电源电路，12、稳压电路，13、MCU电路，14、接口转换电路，15、物联网通讯模组，16、信号取样电路，17、SIM卡管理电路，18、开关电源电路，19、通讯基站，20、后台服务器。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例包括：

一种基于物联网通信的老人护理灯，包括球形灯罩1、底座2以及基板，所述球形灯罩1设置在底座2的上端，所述基板设置在球形灯罩1内并与底座2相连接，所述基板包括通过电缆线相互连接在一起的LED灯珠基板3、电源电路基板4和通讯基板5。所述基板上设置有LED灯珠6、恒流源电路9、前级开关电源电路10、后级开关电源电路11、稳压电路12、MCU电路13、接口转换电路14、物联网通讯模组15、信号取样电路16和SIM卡管理电路17，所述恒流源电路9分别与LED灯珠6和前级开关电源电路10相连接，所述前级开关电源电路10与后级开关电源电路11相连接，所述后级开关电源电路11分别与MCU电路13和物联网通讯模组15相连接，所述MCU电路13通过接口转换电路14与物联网通讯模组15相连接，所述信号取样电路16与MCU电路13相连接，所述SIM卡管理电路17与物联网通讯模组15相连接。

上述中，所述LED灯珠6呈多层环状排布设置在LED灯珠基板3上，亮度高，适合照明所使用。所述通讯基板5上还设置有SIM卡7和Z型天线8，所述的SIM卡7和Z型天线8均与物联网通讯模组相连接。其中，所述SIM卡7采用插片或贴片的形式设置在通讯基板5上，当检测到异常情况时，及时推送信息给家属，防止更严重的情况发生。

如图3所示，揭示了Z型天线8的结构，通过弯折的支架设置在通讯基板5上，使得所述Z型天线8竖向设置在通讯基板5的中间位置并穿过LED灯珠基板3延伸至LED灯珠基板3的上方，不会影响光亮度，通过LED灯珠基板3上多层环状排布LED灯珠6照射后，抵消了Z型天线8的阴影，且通信信号更好，外形美观。

恒流源电路9接入交流电源，再由恒流源电路9给LED灯珠6供电，实现普通的照明基本功能。交流电源经过恒流源电路后9还通过级开关电源电路10和后级开关电源电路11的处理后，将交流高电压转变成直流低电压，并发出数据信号给物联网通讯模组5。其中，后级开关电源电路11输出两路直流电源和一路数据信号，一路直流电源和数据信号接入物联网通讯模组15，另一路直流电源接入MCU电路13。

如图4至图10所示，公开了恒流源电路9、前级开关电源电路10、后级开关电源电路11、稳压电路12、MCU电路13、接口转换电路14、物联网通讯模组15、信号取样电路16和SIM卡管理电路17的电路图。其中，进一步的，所述信号取样电路16包括供电电源取样电路和内部温度取样电路。

由恒流源电路9、前级开关电源电路10、后级开关电源电路11组成开关电源电路18，开关电源电路18将高压市电转换成低压的直流电，用来给物联网通讯模组15与超级电容来供电，并能提供出停电信号；

前级开关电源电路10和后级开关电源电路11，是通过专门设计的充放电电路，来实现对超级电容的充电与放电，并使得在超级电容充电的时候，不影响物联网通讯模组15的正常工作；

物联网通讯模组15，是利用通信运营商提供的NB-IOT、EMTC、2G、3G、4G、5G等的通信网络，或其他团体自己搭建的LORA、SIGFOX等的私有通信网络，将终端内相关数据发送到指定的后台服务器上；

MCU电路13，是将需要采集的环境参加、通信参数、开关灯信息通过电子电路采集、数据转换或利用串口通信来获得相关信息，进而通过AT指令与物联网通信模块进行通信、控制收发。

正常供电情况下：

1、MCU电路13由D4、EC5充电，EC5直流再通过D5反向隔离二极管进行供电；

2、由D6对EC6充电，形成直流电源，再通过R18下流电阻对EC7超级电容充电（R18下流电阻只需要2-3分钟即可充满EC7超级电容），EC7电压值小于总电压端的输出值，但是因为有D7反向隔离二极管隔离开来，无法对EC7充电，此时，通过D4、D5可以在最短时间内对MCU芯片提供稳定工作电源。

在关闭情况下：

因为D5反向隔离二极管的反向隔离，EC5上的电压很快被R17放低，此时，电源信号线上的电压为低，那么，触发MCU芯片后发送信息至用户端的后台，此时，MCU电路的供电回路是EC7通过D7进行放电。

因在关灯后，设备需要工作、发送数据到后台服务器，故必须配备一定容量的储能器件。在照明灯具中尤其是LED球泡灯中，空间比较狭小、温度较高，故选择使用超级电容作为储能器件。锂电池因体积较大、在高温时容易***，故在本方案中不予选择。

超级电容具有较高交流阻抗，故对超级电容必须用直流电压来对它充电。另外超级容量较大，需要的能量较大，为了避免在超级电容完全没有电的情况下，充电时形成大电流，从而拉低输出电压或损坏高频变压器，故需要增加充电限流电路。超级电容根据制作工艺，一般有扣式与柱式两种。扣式超级电容，体积小但直流内阻大，适合小电流长时间放电***；柱式体积稍大一点，但直流内阻较小，适合于大电流短时间放电***。故本发明中，采用柱式超级电容。

D4为高频整流二极管，与EC5电解电容，构成了一个直流整流电路，将高压的交流电，变成了低压直流电。R17为负载电阻，D5为隔离二极管，保证输出电压正极上的电不能回送到R17上。

D6为高频整流二极管，与EC5电解电容，构成了另外一个直流整流电路，R18为限流电阻，用来限制对EC7超级电容的充电电流。EC7须选择低直流内阻的超级电容，这样在放电的时候，超级电容本身损耗的直流电压较低。R18的主要作为是限制充电电流，这样可以减少开关电源变压器的体积。

开灯工作流程：D4、EC5组成的直流电压比经过D6、EC5、R18、EC7整流后的直流电压高，故通过D5直接给MCU与物联网通信模块来供电。在保证开关电源变压器体积较小情况下，使得物联网通信模块一有市电即可工作。而由于D7的反向隔离作用，即使EC5上的电压比EC7超级电容上的电压高，但也无法对EC7充电。

关灯工作流程：当关闭交流电的时候，EC5上储存的电量被R17放电，并很快放光，此时EC5的正极将产生一个关灯信号给MCU单元电路。EC7超级电容，通过D7来对MCU单元与物联网模块进行供电。因为D5的隔离，EC7不会对EC5进行充电，从而保证停电信号的准确信。

如图11所示，利用物联网技术来传送灯具开关灯时间的方案具体为：开关电源电路18将市电的交流电变成电压的直流电，再通过前级开关电源电路10和后级开关电源电路11，变成在断电后也可以短时间提供能源的蓄能电源***。前级开关电源电路10和后级开关电源电路11既对MCU电路13供电也对物联网通讯模组15供电，同时还可以产生出开关灯的指示信号。MCU电路13更加开关灯的信号，并采集其他必要的运行数据，如温度、无线信号强度等，通过串口通信方式与物联网通讯模组15进行通信，将相关数据变成一个数据包再通过通讯基站19发送到后台服务器20上。

前级开关电源电路10和后级开关电源电路11，既能保证在开灯的时候，能及时给MCU电路13、物联网通讯模组15供电，又能在关灯时提供一定的能量，供MCU电路13和物联网通讯模组15，短时间工作使用。

MCU电路13既采集一定的数据，又在开关灯时及时控制物联网通讯模组15来发送数据到后台服务器20。

物联网通讯模组15可以将无线网络参数发送给MCU电路13，也可以将MCU电路13传送的数据包发送到指定后台服务器20上。

使用时，首先采用物联网通讯模组15并通过SIM卡7和Z型天线8与后台服务器20进行通讯连接，家属在后台服务器20设置老人的常规作息时间，该后台服务器20可以为电脑、智能手机或智能手表等，方便安装及使用。如果在设置的老人作息时间内长时间没有收到LED灯的开关信息，则为异常信息，并发送异常信息给后台服务器20，当后台服务器20收到异常信号时，家属可以及时处理老人的状况，防止更严重的情况发生。

一般使用的过程中，异常信号分为三种情况，第一种：LED灯本身的问题，包括信息误报、温度或电压波动引起的短路问题导致LED本身出现异常；第二种：通讯基站19的问题，通讯运营商进行基站维护或优化导致网络出现的异常；第三种：老人作息时间问题，由于老人生病出现昏迷或无法正常动作时，导致在作息时间内长时间不去开灯或关灯出现的异常。

由物联网通讯模组15判断收到的异常信号，当判断出异常情况为第一种或第二种时，物联网通讯模组15进行存储信息，但不推送异常信号给家属，如果判断出异常情况为第三种时，物联网通讯模组15进行存储信息并进行AI处理，然后通过基站19的web网络推送异常信息给后台服务器20。

本发明可以做成足够小的模块，来放置到LED灯具中或安放在相关的开关回路中，把灯具的开关时间实时上传到后台服务器上，相关数据可作为对被监测对象的行为正常与否进行分析、判断。实现了成本低廉、体积较小的物联网技术方案，不用连续发心跳包的方式，来实时上传开关灯时间。

综上所述，本发明的基于物联网通信的老人护理灯，可照明当做普通灯具来使用，同时利用物联网通信技术，将老人的开关灯时间上传到后台服务器，以便对老人的动作、行为进行监控、分析。如果开关灯行为异常：长时间不关闭灯具或长时间不打开灯具等，后台服务器就会识别出来，及时的把异常信息发送给老人家属或社区服务人员，相关人员可及时的电话联系、或上门去看望老人，有健康问题及时处置、医疗，可防止更严重的情况发生，可以更好的关爱独居老人，实现远程监控护理的功能，增加了LED灯的利用率，方便用户根据需要来选择消费。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于物联网通信的老人护理灯，其特征在于，包括球形灯罩、底座以及基板，所述球形灯罩可拆卸的设置在底座的上端，所述基板设置在球形灯罩内并与底座相连接，所述基板包括通过电缆线相互连接在一起的LED灯珠基板、电源电路基板和通讯基板，所述基板上设置有恒流源电路、LED灯珠、前级开关电源电路、后级开关电源电路、稳压电路、MCU电路、接口转换电路、物联网通讯模组、信号取样电路和SIM卡管理电路，所述恒流源电路分别与LED灯珠和前级开关电源电路相连接，所述前级开关电源电路与后级开关电源电路相连接，所述后级开关电源电路分别与MCU电路和物联网通讯模组相连接，所述MCU电路通过接口转换电路与物联网通讯模组相连接，所述信号取样电路与MCU电路相连接，所述SIM卡管理电路与物联网通讯模组相连接。

2.根据权利要求1所述基于物联网通信的老人护理灯，其特征在于，所述LED灯珠呈多层环状排布设置在LED灯珠基板上。

3.根据权利要求1所述基于物联网通信的老人护理灯，其特征在于，所述恒流源电路接入交流电源。

4.根据权利要求1所述基于物联网通信的老人护理灯，其特征在于，所述后级开关电源电路输出两路直流电源和一路数据信号，一路直流电源和数据信号接入物联网通讯模组，另一路直流电源接入MCU电路。

5.根据权利要求1所述基于物联网通信的老人护理灯，其特征在于，所述通讯基板上还设置有SIM卡和Z型天线，所述SIM卡和Z型天线均与物联网通讯模组相连接。

6.根据权利要求5所述基于物联网通信的老人护理灯，其特征在于，所述SIM卡采用插片或贴片的形式设置在通讯基板上。

7.根据权利要求5所述基于物联网通信的老人护理灯，其特征在于，所述Z型天线竖向设置在通讯基板的中间位置并穿过LED灯珠基板延伸至LED灯珠基板的上方。

8.根据权利要求1所述基于物联网通信的老人护理灯，其特征在于，所述信号取样电路包括供电电源取样电路和内部温度取样电路。