一種led燈多用途智能控制器的製造方法
2024-02-16 19:11:15
一種led燈多用途智能控制器的製造方法
【專利摘要】本發明公開一種LED燈的多功能智能控制器，包括單片機，單片機為PIC16F883晶片，內置EEPROM單元，外設數模轉換器、PWM輸出以及USART模塊，數模轉換器上分別連接有溫度採集模塊、電壓電流採集模塊、環境照度採集模塊、紅外遙控模塊、手動輸入控制模塊；PWM輸出端連接LED驅動電源，LED驅動電源輸出端連接LED燈具組；USART模塊上連接有無線通訊模塊；通過單片機的EEPROM單元編程設置三種LED燈的應用模式，即室內照明模式、鄉村路燈模式、以及城市路燈模式，單片機上連接有模式選擇開關選擇LED燈的應用模式，單片機上還連接有時鐘控制單元。通過本控制器，可以實現LED的多功能智能控制。
【專利說明】-種LED燈多用途智能控制器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及LED照明技術及智能控制領域，具體的說，涉及了一種可用於城市、 鄉村LED路燈及室內LED照明的多用途智能控制器。
【背景技術】
[0002] LED作為新一代的光源，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， 在節能減排的背景下，近年來LED燈受到極大的關注，並大量投入到實際應用中。目前， LED燈具一般有以下局限性： 1、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。
[0003] 2、管理者不能實時監控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，管理成本較高。
[0004] 3、LED燈具受使用環境限制，不能同時兼顧鄉村、城市路燈及室內照明的需求。一 般情況下，在廣大的鄉村，其路燈的控制只需要時序控制（時控）及環境照度控制(光控）就 可滿足需求。而在城市，其路燈的控制需要有遠程的智能控制功能，實現單燈的遠程操控。 對於室內照明，需要手動控制和遙控控制功能。
[0005] 4、LED作為新一代照明產品，其中一個主要原因就是其具有壽命長的優點。目前， 市場上普遍使用的LED驅動電源均含有大容量的電解電容。電解電容的使用壽命主要受溫 度影響，一般溫度每升高10攝氏度，壽命大約減小一半，因此大大限制了 LED燈驅動電源的 使用壽命，進而影響整個LED燈具的使用壽命。為延長LED燈使用壽命，對LED燈具做智能 溫度控制是必要的。
【發明內容】
[0006] 針對上述技術問題，本發明提出了一種LED燈多功能智能控制器，本發明具有手 動控制、遙控控制、時序控制(時控)、環境照度控制(光控)、遠程控制多種控制模式，本發明 可根據LED燈所處環境進行亮度調整，實現按需照明；可實現遠程監控，管理者可實時遠程 監控任意一盞LED燈的運行參數；可實現了 LED燈溫度的智能控制，使LED燈工作在最佳溫 度範圍內，真正實現LED燈長壽命的特點，同時兼顧鄉村、城市路燈及室內照明的需求。
[0007] 為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下： 一種LED燈的多功能智能控制器，包括單片機，所述的單片機為美國微芯PIC16F883芯 片，內置EEPR0M單元，外設11個通道10位解析度的數模轉換器、2路10位精度的PWM輸 出、以及增強型USART模塊，其特徵在於：所述11個通道10位解析度的數模轉換器上分別 連接有溫度採集模塊、電壓電流採集模塊、環境照度採集模塊、紅外遙控模塊、手動輸入控 制模塊；所述2路10位精度的PWM輸出端連接LED驅動電源，所述LED驅動電源輸出端連 接LED燈具組；所述的增強型USART模塊上設有無線通訊模塊；通過單片機的EEPROM單元 編程設置三種LED燈的應用模式，即室內照明模式、鄉村路燈模式、以及城市路燈模式，所 述單片機上連接有模式選擇開關，通過模式選擇開關進行LED燈的應用模式選擇，所述單 片機上還連接有時鐘控制單元。
[0008] 所述電壓電流採集模塊連接LED驅動電源採集LED驅動電源的輸入輸出電壓電 流，通過數模轉換器傳送給單片機； 所述溫度採集模塊通過安裝在LED驅動電源與LED燈具組散熱基板結合部位的溫度傳 感器採集LED燈具組溫度，通過數模轉化器傳送給單片機； 所述環境照度採集模塊感應LED燈具組周圍環境的光照度，通過數模轉換器傳給單片 機； 所述紅外遙控模塊採用紅外接收單元接收LED燈具組亮度，通過數模轉化器傳給單片 機實現LED燈具組開關及亮度調整； 所述時鐘控制單元根據單片機時鐘晶片提供的時鐘信號，按照時段設定控制LED燈的 開關以及殼度調整； 所述無線通訊模塊連接上位機，實現遠程監控LED燈的運行狀況； 所述PWM輸出調理單元，該單元實現將單片機PWM模塊輸出的不同佔空比的PWM信號 轉換成控制LED驅動電源的模擬電壓。本發明中實現將0% -100%佔空比的PWM信號轉換 成0- 300毫伏連續可變的模擬電壓，用來控制LED驅動電源的輸出功率； 所述LED驅動電源，將交流輸入轉換成直流輸出的恆流電源，LED驅動電源的功率隨著 PWM調理單元輸出的模擬電壓連續可變。
[0009] 所述LED燈組，通過將LED燈珠多個串聯後再多組並聯構成的燈組，其每組串聯的 個數決定LED驅動電源的電壓範圍，並聯的組數決定LED驅動電源的電流範圍。
[0010] 本發明的有益效果體現在： 本發明具有手動控制、遙控控制、時序控制、環境照度控制、遠程控制多種控制方式，並 設計了鄉村路燈模式、城市路燈模式及室內照明模式，同時兼顧鄉村、城市路燈及室內照明 的需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明的結構框圖； 圖2鄉村路燈模式工作流程圖。
【具體實施方式】
[0012] 參照圖1，一種LED燈的多功能智能控制器，包括單片機，所述的單片機為美國微 芯的PIC16F883晶片，內置EEPROM單元，外設11個通道10位解析度的數模轉換器、2路10 位精度的PWM輸出、以及增強型USART模塊，所述11個通道10位解析度的數模轉換器上分 別連接有溫度採集模塊、電壓電流採集模塊、環境照度採集模塊、紅外遙控模塊、手動輸入 控制模塊；所述2路10位精度的PWM輸出端連接LED驅動電源，所述LED驅動電源輸出端連 接LED燈具組；所述的增強型USART模塊上連接有無線通訊模塊；通過單片機的EEPROM單 元編程設置三種LED燈的應用模式，即室內照明模式、鄉村路燈模式、以及城市路燈模式， 所述單片機上連接有模式選擇開關，通過模式選擇開關進行LED燈的應用模式選擇，所述 單片機上還連接有時鐘控制單元。
[0013] 所述單片機選用美國微芯的PIC16F883作為控制器，最高工作頻率20兆赫茲， 最小指令周期為200納秒，寬工作電壓範圍（2. OV-5. 5V)，工業級及擴展級溫度範圍，內置 EEPR0M單元，可承受100萬次擦寫。外設豐富，包括：11個通道10位解析度的數模轉換 器；2路10位精度的PWM輸出；增強型USART模塊，支持RS-232串口通訊。
[0014] 所述手動輸入控制模塊通過手動按鍵可以循環更改LED燈亮度，並將亮度值記憶 在單片機的EEPR0M裡，每次LED燈上電時，自動按照記憶的亮度點亮LED燈。
[0015] 所述紅外遙控模塊通過紅外接收單元可以控制LED燈的開關及亮度調整，與手動 控制一樣，每次更改後的亮度值將記憶在單片機的EEPR0M裡，每次LED燈上電時，自動按照 記憶的亮度點亮LED燈。為了減少幹擾，紅外接收單元可採用價格便宜性能可靠的一體化 紅外接收頭（如：HS0038，它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26 μ s)接收紅外信號， 這種接收頭同時對信號進行放大、檢波、整形得到TTL電平的編碼信號。，只需將TTL電平 的編碼信號送給單片機，經單片機解碼即可實現LED燈的開關及亮度調整的控制功能。
[0016] 所述時序控制模塊根據時鐘晶片提供的時鐘信號，按照時段實現控制LED燈的開 關及亮度調整，比如：（1)冬季時間：傍晚18 :00開燈，次日早晨7 :30關燈。（2)春秋季時 間：傍晚19 :00開燈，次日早晨6 :30關燈。（3)夏季時間：傍晚20 :00開燈，次日早晨5 :30 關燈。（4)為進一步節約用電，設置了自動降功率運行時段，晚上12點到凌晨2點採用75% 功率運行，凌晨2點後採用50%功率運行。這些時段的設置可由上位機通過通訊模塊修改， 修改的時段將寫入單片機的EEPR0M內記憶。
[0017] 所述環境照度控制模塊感應周圍環境的光照度並通過數模轉換器傳送給單片機 實現LED的控制，當環境照度由亮變暗達到一定程度時，自動開燈照明，單片機隨環境亮度 的變化自動調整LED燈運行功率。當環境照度達到設定的亮度值時，自動關閉LED路燈， 使其停止工作。為防止短時強光的幹擾，特設了延時關閉功能(環境亮度達到關閉亮度時， 延時30秒左右後再自動關閉）。
[0018] 所述無線通訊模塊用於與上位機通訊實現遠程監控。無線通訊模塊選用Zigbee 傳輸協議，Zigbee是基於IEEE802. 15. 4標準的協議，是一種短距離、低功耗的無線通信技 術。其特點是近距離、低複雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用於自動 控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。Zigbee模塊可選用深圳市鼎泰克電子有限公司 生產的型號為DRF1601的Zigbee無線數據通訊模塊，實現串口轉Zigbee無線數據透明傳 輸的功能。通過Zigbee無線數據通訊模塊可獲得任意一盞LED燈運行參數，包括電壓、電 流、功率、故障狀態參數。另外，Zigbee無線數據通訊模塊的MAC地址（IEEE地址）是全球 唯一的，可以作為LED燈的唯一標識，在LED燈安裝時，將Zigbee無線數據通訊模塊的MAC 地址與LED燈的安裝位置建立資料庫，就可實現故障位置定位，方便管理人員維護。 所述溫度採集模塊通過安裝在LED驅動電源與LED燈散熱基板的結合部位的溫度傳感 器能同時測量LED驅動電源與LED燈散熱基板的溫度，通過數模轉換器傳給單片機，當LED 燈工作溫度達到設定的保護溫度，例如55攝氏度時，單片機就會發出控制命令，自動降低 LED燈運行功率，當LED燈工作溫度降到保護溫度值以下時，單片機會自動提升LED燈 運行功率。這樣就能控制LED燈始終工作於安全溫度範圍內，從而延長LED燈的使用壽 命。
[0019] 所述的鄉村路燈模式、城市路燈模式及室內照明模式三種作模式通過模式開關選 擇； 當處在室內照明模式時，通過手動按鍵輸入控制模塊實現的手動控制功能和通過無線 通訊模塊實現的遙控控制功能具有同等的優先級，即可以通過手動按鍵控制LED燈的開關 及亮度調整也可由紅外遙控來控制LED燈的開關和亮度調整，且每次調整後的亮度值將記 憶在單片機的EEPR0M裡，LED燈上電時，自動按照記憶的亮度點亮LED燈。工作在該模式 下的LED燈可使用的場所非常廣泛，可用於普通家庭的客廳、房間的家用照明，也可用於體 育館、行政中心、多功能廳、會議室、教室等場所的公共照明。
[0020] 當處在鄉村路燈模式，時序控制模塊以及環境照度控制模塊其主要功能。這兩種 功能共存使得LED路燈更加智能。時序控制模塊考慮了季節的變化，分為冬季時間、春秋 季時間、夏季時間，但是不能區分地域的不同，以及識別天氣狀況的變化，由於地域和天氣 狀況的不同就可能出現在需要開燈照明的時候不能開燈，而在亮度很高的時候燈卻一直亮 著，不能關閉；而環境照度控制作為補充，很好的解決了這樣的矛盾。鄉村路燈模式的工作 流程圖如2所示。流程圖中的時控開啟亮度和環境照度控制實現光控開啟亮度為不同的亮 度值，時控關閉亮度和環境照度實現光控關閉亮度也是不同的亮度值，它們均由程序初始 化時設定，可通過通訊模塊由上位機更改。該模式主要用於鄉村、小城鎮及住宅小區的路燈 照明。
[0021] 當處在城市路燈模式時LED路燈由Zigbee傳輸模塊構建Zigbee網絡，實現實 時的遠程監控，方便管理維護。能滿足實時遠程監控LED燈的運行參數的需求。該模式主 要用於需要遠程監控的城市路燈照明。
【權利要求】
1. 一種LED燈多用途智能控制器，包括單片機，所述的單片機為美國微芯PIC16F883芯 片，內置EEPROM單元，外設11個通道10位解析度的數模轉換器、2路10位精度的PWM輸 出、以及增強型USART模塊，其特徵在於：所述11個通道10位解析度的數模轉換器上分別 連接有溫度採集模塊、電壓電流採集模塊、環境照度採集模塊、紅外遙控模塊、手動輸入控 制模塊；所述2路10位精度的PWM輸出端連接LED驅動電源，所述LED驅動電源輸出端連 接LED燈具組；所述的增強型USART模塊上設有無線通訊模塊；通過單片機的EEPROM單元 編程設置三種LED燈的應用模式，即室內照明模式、鄉村路燈模式、以及城市路燈模式，所 述單片機上連接有模式選擇開關，通過模式選擇開關進行LED燈的應用模式選擇，所述單 片機上還連接有時鐘控制單元； 所述電壓電流採集模塊連接LED驅動電源採集LED驅動電源的輸入輸出電壓電流，通 過數模轉換器傳送給單片機； 所述溫度採集模塊通過安裝在LED驅動電源與LED燈具組散熱基板結合部位的溫度傳 感器採集LED燈具組溫度，通過數模轉化器傳送給單片機。
2. 根據權利要求1所述的一種LED燈多用途智能控制器，其特徵在於：所述環境照度 採集模塊感應LED燈具組周圍環境的光照度，通過數模轉換器傳給單片機。
3. 根據權利要求1所述的一種LED燈多用途智能控制器，其特徵在於：所述紅外遙控 模塊採用紅外接收單元接收LED燈具組亮度，通過數模轉化器傳給單片機實現LED燈具組 開關及亮度調整。
4. 根據權利要求1所述的一種LED燈多用途智能控制器，其特徵在於：所述時鐘控制 單元根據單片機時鐘晶片提供的時鐘信號，按照時段設定控制LED燈的開關以及亮度調 整。
5. 根據權利要求1所述的一種LED燈多用途智能控制器，其特徵在於：所述無線通訊 模塊連接上位機，實現遠程監控LED燈的運行狀況。
6. 根據權利要求1所述的一種LED燈多用途智能控制器，其特徵在於：所述PWM輸出 調理單元將單片機PWM模塊輸出的不同佔空比的PWM信號轉換成控制LED驅動電源的模擬 電壓；本發明中實現將〇% -100%佔空比的PWM信號轉換成〇 - 300毫伏連續可變的模擬電 壓，用來控制LED驅動電源的輸出功率。
7. 根據權利要求1所述的一種LED燈多用途智能控制器，其特徵在於：所述LED驅動 電源，將交流輸入轉換成直流輸出的恆流電源，LED驅動電源的功率隨著PWM調理單元輸出 的模擬電壓連續可變。
8. 根據權利要求1所述的一種LED燈多用途智能控制器，其特徵在於：所述LED燈組， 通過將LED燈珠多個串聯後再多組並聯構成的燈組，其每組串聯的個數決定LED驅動電源 的電壓範圍，並聯的組數決定LED驅動電源的電流範圍。
【文檔編號】H05B37/02GK104144543SQ201410346012
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月19日 優先權日:2014年7月19日
【發明者】汪良富 申請人:安徽富源盛光電科技有限公司