Led的智能控制裝置及智能led燈具的製作方法
2023-05-20 03:54:51
專利名稱：Led的智能控制裝置及智能led燈具的製作方法
技術領域：
本發明涉及LED照明技術領域，特別涉及一種LED的智能控制裝置及智能LED燈具。
背景技術：
LED作為新一代的光源，具有許多優良性能，因其原理為PN結的電子躍遷與空穴複合的能量而發光，故為固態光源，加上高效穩定的螢光粉技術，LED光源具有發光效率高、耗電量少、壽命長、光色純、穩定性高、安全性強、環保、抗震動等諸多傳統光源無法比擬的優越性，是一種綠色環保的照明技術，在我國和全球節能減排的背景下，LED照明的來臨已經近在咫尺。目前，LED功能性照明燈具都採用大功率的燈珠，而且大多數LED燈具僅僅是實現了單純的照明的效果，未對LED燈具實現智能化的管理，不管道路照明是否需要多少的光強，都統一的按照一個亮度發光。而且管理者根本不能實時知道某LED燈具的運行狀況，完全要靠人去燈具使用現場，才能知道燈具的運行情況。在通訊技術如此發達的今天，智能化的LED燈具顯得如此的迫切需要。
發明內容
針對上述技術問題，本發明提出了一種LED的智能控制裝置及智能LED燈具，本發明根據LED所處環境對LED的亮度進行調整，根據LED的運行參數進行監測，使管理者能了解到任意一盞LED燈具的運行狀況以及對任意一盞LED燈具進行遠程操控。實現上述目的的技術方案如下:一種LED的智能控制裝置，包括:熱釋電紅外傳感器，用於檢測來自人體或車輛發出的紅外輻射；以及單片機，根據熱釋紅外傳感器提供的數據，判斷車流以及人流量大小後，發出調整LED燈具亮度的調光控制信號，單片機根據模數轉換器提供的數位訊號，計算LED燈具的工作電壓、電流、功率、頻率；以及恆流調光碟機動電源，根據單片機發出的開關信號接通開關電源，以向LED提供恆定的工作電流；以及電流採樣模塊，採集恆流調光碟機動電源的輸入電流；以及電壓採樣模塊，採集恆流調光碟機動電源的輸入電壓；以及模數轉換器，將電流採樣模塊和電壓採樣模塊提供的模擬信號轉換為數位訊號輸出；以及調光控制器，根據單片機提供的調光控制信號，將調光控制信號輸出到恆流調光碟機動電源的調光接口。另外，本發明還提出一種受LED的智能控制裝置控制的智能LED燈具，具體方案如下:
一種智能LED燈具，包括LED燈組，LED燈組連接於恆流調光碟機動電源的輸出端。採用了上述方案，本發明以單片機以核心控制部件，配以溫溼度傳感器、空氣品質傳感器和熱釋電紅外傳感器，因此，單片機能夠實時採樣並計算LED燈具的電壓、電流、功率、頻率，判斷智能LED燈具是否工作正常並記錄異常信息到鐵電存儲器中，並通過LED指示燈閃爍提示燈具異常。單片機能實時採樣溫度、溼度、一氧化碳、氫氣、氨氣、甲烷、硫化氫濃度，在濃度嚴重超標的情況下可以直接關閉燈具照明，同時也提供給主站控制系統作為高端控制的依據；單片機實時採樣熱釋紅外傳感器數據，判斷車流、人流量大小，智能的控制燈具亮度，在車流、人流大的情況下調高智能LED燈具亮度，相反在車流、人流小的情況下調低智能LED燈具的亮度，從而合理的管理燈具亮度，達到按需輸出照度的理想照明效果。另外，單片機可以根據溫度、溼度、氫氣等數據智能的判斷決定是啟動LED照明，比如溫度超出了燈具的工作範圍、氫氣等有害其他超出了設定值則可以直接關閉燈具照明。綜上所述，本發明的控制裝置根據LED所處環境對LED的亮度進行調整，根據LED的運行參數進行監測，使管理者能了解到任意一盞LED燈具的運行狀況以及對任意一盞LED燈具進行遠程操控。
圖1為本發明的電路原理圖；圖2為恆流調光碟機動電源輸出電流與調光控制電壓的曲線具體實施例方式參照圖1，本發明的LED的智能控制裝置，開關電源P2、恆流調光碟機動電源P1、溫溼度傳感器SHl、空氣品質傳感器QSl、復位晶片Ul、鐵電存儲器U2、驅動開關、調光控制器、電流採樣模塊、電壓採樣模塊、模數轉換器U7、通信裝置、嵌入式電力線載波模塊U9、熱釋電紅外傳感器Ull以及單片機U3組成，下面分別對每部分進行詳細說明:開關電源P2是一款高性能的AC-DC微型開關電源，開關電源P2輸出的電壓經過鉭質電解電容C6和鉭質電解電容C7濾波後，提供質量更高的直流電壓，為單片機U3及其外圍電路提供5V的直流工作電壓，以及為驅動開關、嵌入式電力線載波模塊U9、通信裝置等提供12V的直流工作電壓，該電壓的輸出與LED調光電源無關，完全獨立。恆流調光碟機動電源Pl是LED燈組的恆流調光碟機動電源，輸入線是三芯電纜，L(火線)、N(零線)、FG (保護地)，輸入電壓範圍AC90 305V，頻率47 63Hz，其中L (火線)受驅動開關的繼電器RJl開關控制，接到常開觸點，能夠實現電源的開關。恆流調光碟機動電源Pl輸出多路直流恆流，每組的正端LED+連接到LED燈組光源的正極，負端LED-連接到LED燈組的負極，各個LED燈組由28顆大功率燈珠串聯而成。這個多路輸出的恆流調光碟機動電源Pl都是標稱輸出350mA，受調光電壓(DC I 10V)控制，恆流調光碟機動電源Pl具有一調光接口 DM+，該調光接口 DM+是兩芯電纜線，輸入電壓範圍是DC O 10V，0 IV對應控制輸出最小電流的10%，7.5V IOV對應控制最大輸出電流。溫溼度傳感器SHl用於採集LED燈具所處環境的溫度和溼度，單片機根據溫度、溼度、的數據智能的判斷決定是否啟動LED照明。溫溼度傳感器SHl是數字式的溫溼度傳感器，單片機U3通過兩根數據線就可以讀取到數字的溫溼度值。溫溼度傳感器SHl的測溫範圍是-40 +123.8°C，溼度的測量範圍是O 100% RH，溫溼度傳感器SHl的引腳I接地，溫溼度傳感器SHl的引腳2是數據線，連接到單片機U3引腳20 ;溫溼度傳感器SHl的引腳3是時鐘線，連接到單片機U3的引腳19。空氣品質傳感器QSl用於檢測空氣中有害氣體的濃度，並將檢測結果輸出到單片機，供單片機U3判斷在濃度嚴重超標的情況下可以直接關閉燈具照明，同時也提供給主站控制系統作為高端控制的依據。空氣品質傳感器QSl是一種二氧化錫半導體氣體傳感器，對各種空氣汙染源(比如:VOC、氧氣、硫化氧等)有很聞的靈敏度，並且響應時間很快。空氣品質傳感器QSl的引腳I接5V電源，給空氣品質傳感器QSl提供工作電壓；空氣品質傳感器QSl的引腳2接地，空氣品質傳感器QSl的引腳3腳通過電阻R20連接到地，並且連接到濾波電容C21的一端，電容C21的另一端接地，空氣品質傳感器QSl的引腳3還連接到單片機U3的引腳20。復位晶片Ul上電提供140ms的高電平，使得單片機U3可靠復位。復位晶片Ul採用MAXIM公司的MAX813L，是單片機系統的外部硬體看門狗，防止異常情況下單片機死機，使單片機在強烈幹擾下可以復位重新運行，相當於重新上電。復位晶片Ul的引腳I與其引腳8相連接，可以監視單片機U3在1.6s內是否正常操作過看門狗晶片；復位晶片Ul的引腳7與單片機U3的引腳31相連，使得硬體看門狗晶片能夠控制單片機U3的復位。復位晶片Ul的引腳6與單片機的引腳30連接，是看門狗晶片的握手連接端，接受單片機U3的控制，是與單片機連接的橋梁；復位晶片Ul的引腳3是該晶片的接地端，必須接地，不能懸空；復位晶片Ul的引腳2是5V電源端，有監視5V電壓功能，當低於4.4V時，復位單片機。鐵電存儲器U2用於保存LED燈具累計運行時間數據以及燈具的電壓、電流、功率、故障信息。鐵電存儲器U2採用FM24C512型晶片，用於保存LED燈具累計運行時間數據以及燈具的電壓、電流、功率、故障信息等燈具歷史書。鐵電存儲器U2與單片機U3通過I2C接口，鐵電存儲器U2的引腳1、2、3接地，決定了存儲器晶片的物理地址為A0，鐵電存儲器U2的引腳4是晶片接地腳；鐵電存儲器U2的引腳5數據線通過上拉電阻R2上拉後連接到單片機的引24，鐵電存儲器U2的引腳6的時鐘線通過上拉電阻R5上拉後連接到單片機的引腳23，鐵電存儲器U2的引腳5、6是單片機與該存儲器的數據接口端，遵守I2C通訊協議，單片機U3可以讀寫存儲器的數據。鐵電存儲器U2的引腳7與單片機的引腳22連接，是存儲器保護端，該腳為低電平才可以寫入數據，高電平時，不允許寫入數據，單片機在寫數據完畢應該置高，可以有效防止幹擾誤寫數據；鐵電存儲器U2的引腳8是鐵電存儲器的5V電源端。驅動開關將單片機U3發出到恆流調光碟機動電源Pl的開關信號進行放大，以使恆流調光碟機動電源能夠接通開關電源P2。驅動開關由三極體Tl和繼電器RJl組成，三極體Tl是PNP三極體S8550，發射集接繼電器RJl的線圈一端，集電極接地，基極接電阻R1，電阻Rl另一端接單片機U3的引腳21，完成了驅動電源的開關驅動功能，單片機U3輸出低電平可以控制恆流調光碟機動電源Pl工作，輸出高電平可以停止恆流調光碟機動電源Pi工作。調光控制器根據單片機U3提供的調光控制信號，將調光控制信號輸出到恆流調光碟機動電源Pl的調光接口。調光控制器包括數模轉換器U4，將單片機輸出的調光控制信號轉換為模擬信號；以及運算放大器U6，將數模轉換器輸出的電信號進行放大後，輸出到恆流調光碟機動電源的調光接口。數模轉換器U4是MAXIM公司的MAX541晶片，為高性能十六位解析度的DA，實現數字量到模擬量的轉換，數模轉換器U4的引腳I是模擬電壓輸出口，輸出電壓範圍是O VREF ;數模轉換器U4的引腳2是模擬輸出電壓的接地端；數模轉換器U4的引腳3是參考電壓VREF，輸入範圍是DC2 3V，該引腳3接到LT1009高精度的2.5V基準輸出端，其作用是為數模轉換器U4的輸出電壓提供參考電壓基準。數模轉換器U4的引腳4是片選端，與單片機U3的第6腳連接，低電平有效使能SPI接受數據，高電平不接收SPI數據。數模轉換器U4的引腳5是SPI總線的時鐘線，與單片機U3的引腳7連接。數模轉換器U4的引腳6是SPI數據線，與單片機U3的引腳8連接。數模轉換器U4的引腳8是電源輸入腳，連接到5V工作電壓。運算放大器U6是TLC2274型運算放大器，是TI公司的軌到軌低漂移放大器，能夠輸出滿幅度的電壓，正反饋端連接電阻R7，電阻R7另一端連接數模轉換器U4的引腳I。運算放大器U6負反饋端接電阻R6，電阻R6的另一端接地，同時負反饋端接電阻R8，電阻R8另一端接運放的輸出，組成正反饋放大電路，放大倍數G = 1+R8/R6，可以將DA輸出的電壓O 2.5V，放大到O IOV的範圍，通過電阻Rll限流後控制驅動電源的調光接口 DM+。電流採樣模塊採集恆流調光碟機動電源的輸入電流。電流採樣模塊由採樣電阻Rl9、變壓器CT1、電阻R13、電阻R16、電阻R17、二極體D14、二極體D15、電容C13、電容C14、電容C20組成。 電壓採樣模塊採集恆流調光碟機動電源的輸入電壓。電壓採樣模塊由採樣電阻R19、變壓器PT1、電阻R12、電阻R14、電阻R15、二極體D12、二極體D13、電容C11、電容C12、電容C16組成。模數轉換器U7，將電流採樣模塊和電壓採樣模塊提供的模擬信號轉換為數位訊號輸出到單片機，供單片機對電壓、電流、功率、頻率進行分析判斷。模數轉換器U7為CS5463型晶片，內含兩個Λ Σ模-數轉換器ADC、高速電能計算功能和一個串行接口的高集成Δ Σ模-轉轉換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、無功功率、IRMS和VRMS，是可用於單相2線或3線電錶。模數轉換器U7具有與微控制器通訊的雙向串口，可以非常方便與單片機連接。模數轉換器U7的引腳I與晶振Y2的引腳I連接，模數轉換器U7的引腳24與晶振Y2的2腳連接，晶振Y2作為模數轉換器U7的時鐘來源。模數轉換器U7的引腳2懸空，模數轉換器U7的引腳3是電源輸入端，與濾波電容C18連接，並通過電阻R18連接到5V電源，電容C18的另一端接地。模數轉換器U7的引腳4是數字接地端，連接到地。模數轉換器U7的引腳5是與單片機U3進行SPI通訊時鐘線，連接到單片機U3的引腳15，模數轉換器U7的引腳6是數據輸出口，連接到單片機U3的引腳14，模數轉換器U7的引腳7腳是片選端，連接到單片機U3的引腳10，低電平有效，在低電平下，可以操作模數轉換器U7，高電平則操作無效。模數轉換器U7的引腳23是數據輸入口，連接到單片機U3的引腳
11。模數轉換器U7的引腳19是復位端，該腳輸入為低電平是復位模數轉換器U7，使其重新開始工作，該引腳19連接到單片機U3的引腳9，受單片機U3的控制。模數轉換器U7的引腳9、引腳10是電壓信號通道的輸入端，接收來自於電壓採樣模塊的電壓信號，最大輸入±250mV。模數轉換器U7的引腳15、引腳16是電流信號通道的輸入端，接收來自於電流採樣模塊的電流信號，最大輸入±250mA。模數轉換器U7的引腳11是參考輸出電壓+2.5V,模數轉換器U7的引腳12為參考輸入電壓+2.5V，引腳11與引腳12連接，並連接到濾波電容C19的一端，電容C19的另一端接地。模數轉換器U7的引腳13是模擬地，連接到地。模數轉換器U7的引腳14是模擬電源輸入端，連接到5V電源，並與濾波電容C15正極相連且和電容C17的一端相連，電容C15的負極與電容C17的另一端相連到地。模數轉換器U7的引腳17連接到5V電源。嵌入式電力線載波模塊U9用於向電力線發送數據以及接收來自於電力線的載波數據。嵌入式電力線載波模塊U9是BMP20型嵌入式電力線載波模塊，具有TTL電平串行接口，提供半雙工通信功能，可以在220V/110V，50/60HZ電力線上實現區域網通信，並且電力線載波模塊提供透明的數據傳輸通道，可以非常方便的實現區域網組網。電力線載波模塊U9的引腳I腳接12V工作電壓，電力線載波模塊U9的引腳2接地，電力線載波模塊U9的引腳3、4、5懸空，電力線載波模塊U9的引腳6連接單片機U3的引腳1，是單片機向電力線發送數據的埠，電力線載波模塊U9的引腳7是單片機接收電力線的載波數據，連接到高頻開關二極體D16 (1N60)的負極，高頻開關二極體D16的正極通過電阻R21上拉後，連接到單片機U3的引腳32。通信裝置將單片機發出的信號發送到遠程控制中心。通信裝置包括ZigBee通訊模塊U8，以及RSM485CHT通信模塊。ZigBee通訊模塊U8是2M2410型通訊模塊，載波頻率
2.4GHz,內嵌串口透明傳輸通訊協議，支持空中升級固件或配置遠程模塊信息。ZigBee通訊模塊U8的引腳I接5V工作電壓，ZigBee通訊模塊U8的引腳2接地，ZigBee通訊模塊U8的引腳6接單片機U3的引腳1，是單片機向ZigBee模塊發送數據的埠，ZigBee通訊模塊U8的引腳7連接到高頻開關二極體D18 (1N60)的負極，高頻開關二極體D18的正極接到單片機U3的引腳32，ZigBee通訊模塊U8的其餘管腳懸空。RSM485CHT通信模塊UlO集成了電源隔離、電氣隔離、RS485接口晶片和總線保護器件，提供半雙工通信功能，最高通信速率可達115200bps。RSM485CHT通信模塊UlO的引腳I接5V工作電壓，RSM485CHT通信模塊UlO的引腳2接地，RSM485CHT通信模塊UlO的引腳3接單片機U3的引腳1，是單片機向485發送數據的埠，RSM485CHT通信模塊UlO的引腳4連接到高頻開關二極體D17 (1N60)的負極，高頻開關二極體D17的正極接接到單片機U3的引腳32，RSM485CHT通信模塊UlO的引腳5連接單片機U3的引腳16，是485通訊模塊的收發數據控制端，高電平接收數據，低電平發送數據。熱釋電紅外傳感器Ull用於檢測來自人體或車輛發出的紅外輻射。熱釋電紅外傳感器Ull是一種敏感元件，它是由高熱電係數材料，配以濾光鏡片和阻抗匹配用場效應管組成，能以非接觸方式檢測出來自人體發出的紅外輻射，將其轉化為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器Ull的引腳I接5V工作電壓，熱釋電紅外傳感器Ull的引腳2是信號輸出端，連接單片機U3的引腳17，熱釋電紅外傳感器Ull的引腳3接地。單片機模塊U3是本發明控制裝置的核心部件。單片機U3實時採樣並計算LED燈具的電壓、電流、功率、頻率，判斷智能LED燈具是否工作正常並記錄異常信息到鐵電存儲器中，並通過LED指示燈閃爍提示燈具異常；單片機實時採樣溫度、溼度、一氧化碳、氫氣、氨氣、甲烷、硫化氫濃度，在濃度嚴重超標的情況下可以直接關閉燈具照明，同時也提供給主站控制系統作為高端控制的依據；單片機實時採樣熱釋紅外傳感器數據，判斷車流、人流量大小，智能的控制燈具亮度，在車流、人流大的情況下調高智能LED燈具亮度，相反在車流、人流小的情況下調低智能LED燈具的亮度，從而合理的管理燈具亮度，達到按需輸出照度的理想照明效果；單片機可以根據溫度、溼度、氫氣等數據智能的判斷決定是啟動LED照明，比如溫度超出了燈具的工作範圍、氫氣等有害其他超出了設定值則可以直接關閉燈具照明。晶體振蕩器Yl的引腳I連接單片機U3的引腳3，並且對地並聯起振電容C8，晶體振蕩器Yl的引腳2接單片機的引腳4，並且對地並聯起振電容C9，為單片機提供時鐘基準。故障指示DlO是紅光LED，故障指示DlO如果閃爍指示LED燈具故障，故障指示DlO的正極連接到電阻R3，電阻R3的另一端連接到5V電壓，故障指示DlO的負極連接到單片機U3的引腳25。除上述的智能控制裝置的實施方式與LED燈組進行結合，可形成智能LED燈具，只需將LED燈組連接在智能控制裝置的恆流調光碟機動電源的輸出端即可。參照圖2，本發明的LED恆流調光碟機動電源輸出電流與調光控制電壓的曲線圖，調光電壓範圍是IV 7.5V，對應20% 100%的線性輸出電流，低於IV電壓，則輸出20%的額定電流；大於7.5V輸出100%的額定電流。
權利要求
1.一種LED的智能控制裝置，其特徵在於，包括: 熱釋電紅外傳感器，用於檢測來自人體或車輛發出的紅外輻射；以及 單片機，根據熱釋紅外傳感器提供的數據，判斷車流以及人流量大小後，發出調整LED燈具亮度的調光控制信號，單片機根據模數轉換器提供的數位訊號，計算LED燈具的工作電壓、電流、功率、頻率；以及 恆流調光碟機動電源，根據單片機發出的開關信號接通開關電源，以向LED提供恆定的工作電流；以及 電流採樣模塊，採集恆流調光碟機動電源的輸入電流；以及 電壓採樣模塊，採集恆流調光碟機動電源的輸入電壓；以及 模數轉換器，將電流採樣模塊和電壓採樣模塊提供的模擬信號轉換為數位訊號輸出；以及 調光控制器，根據單片機提供的調光控制信號，將調光控制信號輸出到恆流調光碟機動電源的調光接口。
2.根據權利要求1所述的LED的智能控制裝置，其特徵在於:還包括鐵電存儲器，用於保存LED燈具累計運行時間數據以及燈具的電壓、電流、功率、故障信息。
3.根據權利要求1所述的LED的智能控制裝置，其特徵在於:還包括溫溼度傳感器，用於採集LED燈具所處環境的溫度和溼度，單片機根據溫度、溼度、的數據智能的判斷決定是否啟動LED照明。
4.根據權利要求1所述的LED的智能控制裝置，其特徵在於:還包括空氣品質傳感器，用於檢測空氣中有害氣體的濃度，並將檢測結果輸出到單片機。
5.根據權利要求1所述的LED的智能控制裝置，其特徵在於:還包括嵌入式電力線載波模塊，用於向電力線發送數據以及接收來自於電力線的載波數據。
6.根據權利要求1所述的LED的智能控制裝置，其特徵在於:還包括驅動開關，將單片機發出到恆流調光碟機動電源的開關信號進行放大，以使恆流調光碟機動電源能夠接通開關電源。
7.根據權利要求1所述的LED的智能控制裝置，其特徵在於:所述調光控制器包括數模轉換器，將單片機輸出的調光控制信號轉換為模擬信號；以及 運算放大器，將數模轉換器輸出的電信號進行放大後，輸出到恆流調光碟機動電源的調光接口。
8.根據權利要求1所述的LED的智能控制裝置，其特徵在於:還包括通信裝置，將單片機發出的信號發送到遠程控制中心，該通信裝置包括RSM485CHT通信模塊，以及ZigBee通訊模塊。
9.根據權利要求1所述的LED的智能控制裝置，其特徵在於:還包括復位晶片，該復位晶片與單片機連接。
10.一種具有如權利要求1-9任意一項所述的智能LED燈具，包括LED燈組，其特徵在於:LED燈組連接於恆流調光碟機動電源的輸出端。
全文摘要
本發明公開了一種LED的智能控制裝置，包括熱釋電紅外傳感器，用於檢測來自人體或車輛發出的紅外輻射；以及單片機；以及恆流調光碟機動電源，根據單片機發出的開關信號接通開關電源，以向LED提供恆定的工作電流；以及電流採樣模塊，採集恆流調光碟機動電源的輸入電流；以及電壓採樣模塊；以及模數轉換器；以及調光控制器，根據單片機提供的調光控制信號，將調光控制信號輸出到恆流調光碟機動電源的調光接口。本發明根據LED所處環境對LED的亮度進行調整，根據LED的運行參數進行監測，使管理者能了解到任意一盞LED燈具的運行狀況以及對任意一盞LED燈具進行遠程操控。
文檔編號H05B37/02GK103167673SQ201110418359
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者胡棟, 楊湖光, 陳祿文 申請人:重慶四聯光電科技有限公司