一種led智能調光裝置及方法
2023-09-23 12:30:15
專利名稱：一種led智能調光裝置及方法
技術領域：
本發明屬於LED照明控制領域，涉及一種LED智能調光裝置和方法，尤其是採用PWM方式實現的LED調光。
背景技術：
近些年來，LED作為綠色高效的新一代照明光源應用越來越廣，LED發光效率高、能量消耗低、壽命長，材料可回收，不會汙染環境，且具有良好的調光性能。為了營造更舒適的照明氛圍且節約能源，對LED調光技術的研究顯得及其重要。目前市面上LED調光的方式主要有三種一是線性調光，二是可控矽調光，三是PWM調光。線性調光主要基於簡單的分壓原理，其優點是應用簡單，不產生幹擾，缺點在於不靈活、效率低、色溫不一致。可控矽調光是目前在白熾燈和節能燈應用中被普遍採用的一 種調光方式，它的工作原理是將輸入電壓的波形通過導通角切波之後，產生一個切向的輸出電壓波形，可控矽調光的優點在於工作效率較高、性能穩定，但是基於其工作原理，在應用時也存在一些設計缺陷。因為可控矽導通後需要一個維持電流來保持導通，否則會恢復到截止狀態。不同的可控矽維持電流不同，而功率越大，需要的維持電流就越大，如果維持電流不夠，則導通角不穩定，輸出的波形也會不均勻，而且會產生顫動和尖峰，當將這樣的不穩定輸出加到LED上時就會出現閃爍。PWM調光通過改變輸入的脈衝信號佔空比來調製LED驅動晶片對MOS管柵極的控制信號，實現調光，優點是應用簡單、效率高、精度高，且調光效果好，缺點是當PWM調光頻率太小或太大時會出現LED頻閃或噪聲等。PWM調光技術目前被認為是最有前景的LED調光技術，已經有許多廠商在跟進。美國國家半導體公司技術市場和系統應用經理Sameh Sarhan指出，使用PWM來設置周期和佔空比是最簡單的實現數字調光的方式，而且和常用的降壓調節器(LED電源驅動方式的一種)來配合，可以得到很好的性能。
發明內容
本發明的目的在於提供一種LED調光裝置及方法，同時具有自動調光和人工調光兩種調光方式，且電路簡單，實現方便。自動調光方式可根據當前環境的照度來自動調節LED的照明強度，使環境具有最合適的照度。人工調光可根據用戶需要自行調光，用戶可通過上位機相關軟體系統發出調光命令，LED調光終端通過485總線接收命令並作出相應動作，實現調光。系統設置有不同光強檔位，且可實現燈光漸亮、漸暗等藝術效果。系統工作期間，可定時採集LED燈串的工作電壓和電流，通過485總線反饋給上位機，通過相關軟體顯示出來，若LED燈串中有燈珠損壞，會在上位機軟體上反映出來。本發明實現了調光智能化，滿足了節能、環保的要求，而且可監測LED工作狀態，具有很強的實用性能。為達到上述目的，本發明採用下述技術方案一種LED智能調光裝置包括電源模塊、降壓電路、控制模塊、調光碟機動模塊、通訊模塊、光強度採集模塊、電壓採集電路和LED燈串，其特徵在於所述電源模塊分別與降壓電路、調光碟機動模塊單向連接；所述降壓電路輸出端分別與控制模塊、RS485通訊模塊、光強度採集模塊的電源輸入端連接；所述LED燈串正極端連接電源模塊，負極端連接調光碟機動模塊；所述電壓採集電路連接調光碟機動模塊。所述的電源模塊為降壓電路、控制模塊、調光碟機動模塊、RS485通訊模塊、光強度採集模塊、電壓採集電路和LED燈串提供電能。所述的降壓電路採用降壓穩壓晶片將電源電壓降至穩定的3. 3V，為控制模塊、通訊模塊、光強度採集模塊供電。所述的控制模塊採用新塘晶片M0516LAN為控制器，分析處理各種信號指令，控制其系統內的PWM發生器發出PWM信號，實現調光。所述的調光碟機動模塊使用恆流驅動器，採用驅動控制器HV9910B搭建電路，電路簡單，成本低，在調光過程中，LED驅動器始終處於工作狀態，LED燈串承受的衝擊電流很 小，有利於提聞LED的使用壽命。所述的通訊模塊採用RS485通信方式，通過485總線接收用戶指令實現調光，並可反饋LED燈串電流、電壓值。所述的光強度採集模塊採用光敏電阻採集光照強度，實現自動調光。一種LED智能調光方法，用於上述裝置進行調光，包括以下操作步驟
根據用戶指令在自動調光和人工調光兩種調光方式之間進行切換；
自動調光方式根據所述光強度採集模塊採集的光強度信號自動調節所述控制模塊發出的PWM信號的佔空比，人工調光方式根據用戶發送的調光信號，調節所述控制模塊發出的PWM信號的佔空比；
根據PWM信號控制所述調光碟機動模塊的開關驅動信號，控制調節LED燈串的亮度。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著進步調光智能化，節能、環保；調光碟機動模塊使用恆流驅動器，在調光過程中，LED驅動器始終處於工作狀態，LED燈串承受的衝擊電流很小，有利於提高LED的使用壽命，可應用性強；可監測LED工作狀態，實用性強。
圖I為本發明LED智能調光裝置結構框 圖2為本發明調光方法流程 圖3本發明降壓電路原理 圖4本發明控制模塊電路原理 圖5本發明調光碟機動模塊電路原理 圖6為本發明通訊模塊電路原理 圖7為本發明光強度採集模塊電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例一
參見圖I :本LED智能調光裝置包括電源模塊(I)、降壓電路(2)、控制模塊(3)、調光碟機動模塊(4 )、通訊模塊(5 )、光強度採集模塊(6 )、電壓採集電路(7 )和LED燈串(8 )。所述電源模塊(I)分別與降壓電路(2)、調光碟機動模塊(4)單向連接；所述降壓電路(2)輸出端分別與控制模塊(3)、RS485通訊模塊(5)、光強度採集模塊(6)的電源輸入端連接；所述LED燈串(8)正極端連接電源模塊(1)，負極端連接調光碟機動模塊(4);所述電壓採集電路(7)連接調光碟機動模塊(4)。本實施例採用12V直流電源為系統供電。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下
見附圖3，降壓電路(2)採用降壓晶片LM2575將電源電壓降至穩定的3. 3V，為控制模塊、通訊模塊、光強度採集模塊供電。見附圖4，控制模塊(3)採用NuMicro M051系列晶片為主控制器，NuMicro M051系列是以ARM Cortex-MO為內核的32位微控制器，具有豐富的通信接口，成本僅相當於傳統的8位微控制器，集成UART、I2C、P麗、ADC等功能模塊，可減少外圍元器件數量，節省空間和成本。NuMicro M051系列包括M052、M054、M058和M0516。本實施例選擇M0516LAN。見附圖5，調光碟機動模塊(4)選擇LED恆流驅動晶片HV9910B為驅動器，HV9910B晶片的PWMD引腳接到控制晶片M0516LAN的PWMO引腳上，GATE引腳接到N溝道MOS管的G極。PWMD引腳從PWMO引腳接收PWM信號，控制GATE弓丨腳輸出的控制信號，調節MOS管的開關頻率，實現調光。電壓採集點通過採樣電阻接到控制晶片M0516LAN的AINO引腳上，控制晶片對採集到的值進行分析處理後，經485總線傳送出去。 見附圖6，通訊模塊(5)採用485通訊方式，選擇SP3485晶片作為RS485收發器，SP3485晶片的
RO和DI引腳分別接到控制晶片M0516LAN的RXD和TXD上，實現接收調光命令和監測LED工作狀態的目的。見附圖7，光強度採集模塊(6)採用光敏電阻採集環境光照度，控制晶片通過模擬輸入通道AIN5接收採集的照度值，調節輸出的PWM信號的佔空比，實現自動調光。實施例三
見附圖2，本LED智能調光方法應用於上述裝置進行調光，具體操作步驟如下
步驟BI :根據用戶指令在自動調光和人工調光兩種調光方式之間進行切換。步驟B2 :根據光照度值或用戶調光信號，調節PWM信號的佔空比。其中，PWM信號的頻率設定為200HZ，此時無閃爍、無噪聲，PWM信號的佔空比可在09Γ100%之間任意調節。步驟B3 :根據PWM信號控制所述調光碟機動模塊的開關驅動信號，控制調節LED燈串的亮度。其中LED燈串上的電流主要由驅動晶片基準電壓和採樣電阻Rcs決定，PWM信號的高低電平可控制LED驅動器的工作狀態，高電平時，驅動電路工作，低電平時，驅動電路不工作，從而可控制MOS管的開關頻率，實現調光。
權利要求
1.一種LED智能調光裝置，包括電源模塊(I)、降壓電路(2)、控制模塊(3)、調光碟機動模塊(4)、通訊模塊(5)、光強度採集模塊(6)、電壓採集電路(7)和LED燈串⑶；其特徵在於所述電源模塊(I)分別與降壓電路(2)、調光碟機動模塊(3)單向連接；所述降壓電路(2)輸出端分別與控制模塊(3)、通訊模塊(5)、光強度採集模塊￠)的電源輸入端連接；所述LED燈串(8)正極端連接電源模塊，負極端連接調光碟機動模塊；所述電壓採集電路(7)連接調光碟機動模塊(4)。
2.根據權利要求I所述的LED智能調光裝置，其特徵在於所述的電源模塊(I)為降壓電路(2)、控制模塊(3)、調光碟機動模塊(4)、通訊模塊(5)、光強度採集模塊(6)、電壓採集電路(7)和LED燈串⑶提供電能。
3.根據權利要求I所述的LED智能調光裝置，其特徵在於所述的降壓電路(2)採用降壓穩壓晶片將電源電壓降至穩定的3. 3V，為控制模塊(3)、通訊模塊(5)、光強度採集模塊⑶供電。
4.根據權利要求I所述的LED智能調光裝置，其特徵在於所述的控制模塊(3)採用新塘晶片M0516LAN為控制器，分析處理各種信號指令，控制其系統內的PWM發生器發出PWM信號，實現調光。
5.根據權利要求I所述的LED智能調光裝置，其特徵在於所述的調光碟機動模塊(4)使用恆流驅動器，採用驅動控制器HV9910B搭建電路，電路簡單，成本低，在調光過程中，LED驅動器始終處於工作狀態，LED燈串承受的衝擊電流很小，有利於提高LED的使用壽命。
6.根據權利要求I所述的LED智能調光裝置，其特徵在於所述的通訊模塊(5)採用RS485通信方式，通過485總線接收用戶指令實現調光，並可反饋LED燈串電流、電壓值。
7.根據權利要求I所述的LED智能調光裝置，其特徵在於所述的光強度採集模塊(6)採用光敏電阻採集光照強度，根據照度值調節PWM信號的佔空比，實現自動調光。
8.—種LED智能調光方法，用於根據權利要求I所述的LED智能調光裝置進行調光，其特徵在於包括以下操作步驟 根據用戶指令在自動調光和人工調光兩種調光方式之間進行切換(BI)； 根據光照度值或用戶調光信號，調節PWM信號的佔空比(B2)，其中自動調光方式根據所述光強度採集模塊採集的光強度信號自動調節所述控制模塊發出的PWM信號的佔空比，人工調光方式根據用戶發送的調光信號，調節所述控制模塊發出的PWM信號的佔空比； 根據PWM信號控制所述調光碟機動模塊的開關驅動信號，控制調節LED燈串的亮度(B3)。
全文摘要
本發明涉及一種LED智能調光裝置及方法。本裝置包括電源模塊、降壓電路、控制模塊、調光碟機動模塊、通訊模塊、光強度採集模塊、電壓採集電路和LED燈串。所述電源模塊分別與降壓電路、調光碟機動模塊單向連接；所述降壓電路輸出端分別與控制模塊、通訊模塊、光強度採集模塊的電源輸入端連接；所述LED燈串正極端連接電源模塊，負極端連接調光碟機動模塊；所述電壓採集電路連接調光碟機動模塊。本發明的優勢在於可實現自動調光和人工調光兩種調光方式，更大程度的發揮了LED節能的優勢；調光碟機動模塊使用恆流驅動器，在調光過程中，LED驅動器始終處於工作狀態，LED燈串承受的衝擊電流很小，有利於提高LED的使用壽命，可應用性強。
文檔編號H05B37/02GK102843819SQ20121018655
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者尹紀庭, 餘建波, 王小樂 申請人:上海大學