一種環(huán)境自適應多場景復用半導體照明控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導體照明【技術(shù)領域】，具體為一種環(huán)境自適應多場景復用半導體照明控制裝置。其包括X20控制器、上位機、無線終端、安防系統(tǒng)、以太網(wǎng)絡、IO接口、LED驅(qū)動控制器等；上位機或無線終端連接到路由器建立的控制網(wǎng)絡中，與X20控制器進行網(wǎng)絡通信，對其進行不同場景參數(shù)設置；X20根據(jù)上位機或者無線終端傳輸過來的場景控制信息，生成底層控制信息，通過X20總線發(fā)送給下層IO接口；IO接口通過CAN總線與LED驅(qū)動控制器通信；LED驅(qū)動控制器根據(jù)參數(shù)信息設置LED驅(qū)動的驅(qū)動電流，完成對LED燈具的恒流驅(qū)動及亮度調(diào)節(jié)。本發(fā)明解決了LED燈具網(wǎng)絡化的控制需求及LED對于環(huán)境場景的智能化照明需求。
【專利說明】一種環(huán)境自適應多場景復用半導體照明控制裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體照明【技術(shù)領域】，具體涉及一種網(wǎng)絡化環(huán)境自適應燈光控制方法和半導體照明驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]大型公共建筑物的能源消耗問題日益突出，隨著LED照明應用愈發(fā)廣泛，許多公共建筑物逐漸使用LED燈具來代替?zhèn)鹘y(tǒng)燈具對建筑物照明系統(tǒng)進行改進，來降低照明過程中所消耗的能量，最終降低建筑運營成本，提高能源使用效率。
[0003]目前，大型建筑物的LED照明控制方案較為單調(diào)，僅僅完成簡單的燈具開關(guān)控制和遠程控制，還遠遠達不到現(xiàn)代社會對于LED人性化照明控制的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在解決LED燈具控制中網(wǎng)絡化的控制需求和適應不同的網(wǎng)絡控制特點，同時解決LED照明中對于環(huán)境場景的人性化智能化照明需求。
[0005]為此，本發(fā)明提出一種環(huán)境自適應多場景復用半導體照明控制裝置。
[0006]具體內(nèi)容包括:
1.高效恒流驅(qū)動控制技術(shù)，完成LED燈具的恒流驅(qū)動。LED電源管理芯片采用PT4107，控制方法為非隔離降壓開關(guān)電源形式。驅(qū)動外接48V開關(guān)電源為其提供電力供應，具有350mA以及900mA兩種輸出模式，以適應不同功率LED的控制需求。
[0007]2.環(huán)境自適應多場景復用技術(shù)，實現(xiàn)照明場景的自適應轉(zhuǎn)換。上位機通過網(wǎng)絡(3G、WIFI或者以太網(wǎng))將場景數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機STC12C5A60S2微控制器，控制器發(fā)送不同的PWM信號給驅(qū)動，驅(qū)動根據(jù)接收到的PWM信號信息來調(diào)節(jié)恒流輸出大小從而改變LED亮度。
[0008]具體而言，本發(fā)明提出的環(huán)境自適應多場景復用半導體照明控制裝置，包括:貝加萊X20控制器A、上位機B、無線控制終端C、手持設備安防系統(tǒng)(短信貓)D、以太網(wǎng)絡(路由器)E、分布式IO接口 F、終端LED驅(qū)動控制器G ;其中，X20控制器A放置于機柜中導軌上，可根據(jù)需要布置多個控制器，上位機B負責通過網(wǎng)絡對X20控制器A進行遠程監(jiān)測與控制，無線控制終端C作為輔助控制系統(tǒng)提升系統(tǒng)的人性化控制設計，手持設備安防系統(tǒng)D與X20控制器A通過串行總線相連，監(jiān)測系統(tǒng)安全情況并通過GSM發(fā)送給手持終端，以太網(wǎng)絡(路由器)E用于構(gòu)建網(wǎng)絡連接，分布式IO接口 F、X20總線實現(xiàn)X20控制器A控制多臺終端LED驅(qū)動控制器G，LED驅(qū)動控制器G用于完成LED的調(diào)光調(diào)色，以及實現(xiàn)對LED燈具恒流恒壓驅(qū)動控制；上位機B或者無線終端C連接到路由器建立的控制網(wǎng)絡中，與X20控制器A進行網(wǎng)絡通信，對其進行不同場景參數(shù)設置；X20控制器A根據(jù)上位機B或者無線終端C傳輸過來的場景控制信息，生成相應的底層控制信息，通過X20總線發(fā)送給下層IO接口 F ;IO接口通過CAN總線與LED驅(qū)動控制器G通信，將X20控制器A傳輸來的控制信息發(fā)送給LED驅(qū)動控制器G ；LED驅(qū)動控制器G接收控制信號后，根據(jù)參數(shù)信息設置LED驅(qū)動的驅(qū)動電流，從而完成對于LED燈具的恒流驅(qū)動以及亮度調(diào)節(jié)；LED驅(qū)動控制器G接收CAN總線傳輸來的信號，通過單片機進行分析處理，在相應的單片機IO 口產(chǎn)生PWM控制信號，傳輸給底層LED驅(qū)動控制器G ；LED驅(qū)動控制器G根據(jù)PWM信號的占空比來調(diào)整恒定電流的輸出比例，實現(xiàn)調(diào)光功能；LED驅(qū)動控制器G可以作為整個控制系統(tǒng)的一個節(jié)點，通過與X20接口的通訊，將接受到的CAN信號轉(zhuǎn)換成相應的PWM波信號，從而實現(xiàn)對4路LED燈的實時控制；每個照明驅(qū)動模塊有自己唯一的ID號與之相對應，PLC可以通過設定CAN信號的ID位來和相對應的照明驅(qū)動模塊進行相互通訊；
本發(fā)明中，照明驅(qū)動模塊設計為兩類，分別用以驅(qū)動18W及32W功率LED燈具；
本發(fā)明中，調(diào)光使用數(shù)字調(diào)光，控制信號由單片機發(fā)出，供電采用48V開關(guān)電源，用以提供穩(wěn)定且安全的輸出電壓。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)勢:
1.應用環(huán)境自適應與環(huán)境復用的傳感器感知與智能照明控制技術(shù)，實現(xiàn)照明模式自適應調(diào)節(jié)。
[0010]2.能實現(xiàn)LED燈具2700k-6500k色溫精細調(diào)節(jié)。
[0011]3.充分考慮人性化照明場景和節(jié)能化效果，采用總線式、模塊化、分布式的控制模式，通過Internet網(wǎng)絡及無線網(wǎng)絡實現(xiàn)對遠程終端的智能控制，以及場景模式控制。
[0012]4.實現(xiàn)高效率恒流驅(qū)動控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2為LED驅(qū)動原理圖。
[0015]圖3為底層控制板原理圖。
[0016]圖中標號:A、X20控制器，B、上位機，C、無線控制終端，D、手持設備安防系統(tǒng)，E、以太網(wǎng)絡，F(xiàn)、分布式IO接口，G、終端LED驅(qū)動控制器。
【具體實施方式】
[0017]系統(tǒng)使用解決方案總覽
1、上位機或者無線終端連接到路由器建立的控制網(wǎng)絡中，與X20控制器進行網(wǎng)絡通信，對其進行不同場景參數(shù)設置。
[0018]2、X20根據(jù)上位機或者無線終端傳輸過來的場景控制信息，生成相應的底層控制信息，通過X20總線發(fā)送給下層IO接口。
[0019]3、10接口通過CAN總線與LED驅(qū)動控制器通信，將X20傳輸來的控制信息發(fā)送給LED驅(qū)動控制器。
[0020]4、LED驅(qū)動控制器接收控制信號之后，根據(jù)參數(shù)信息設置LED驅(qū)動的驅(qū)動電流，從而完成對于LED燈具的恒流驅(qū)動以及亮度調(diào)節(jié)。
[0021]5、圖2是恒流驅(qū)動開關(guān)電源解決方案電路原理圖，采用降壓恒流方案將48V電壓降低到燈具合適的電壓范圍，并且提供恒定的電流輸出。圖3為底層控制模塊，主要是作為控制信息的中轉(zhuǎn)站使用。
[0022]具體可以分為如下幾種情形: 第一部分:場景控制系統(tǒng) 方案總覽
通過貝加萊公司的10寸觸摸屏作為顯示屏，顯示系統(tǒng)狀態(tài)，并進行操作。人機界面中有多種場景方案選項，可以進行相應的場景燈光控制方案選擇。觸摸屏具有CPU的作用，可以連接IO卡件進行采集各種傳感器的信號，并且可以通過CAN總線連接LED燈光控制器來控制燈光的啟閉和亮度。
[0023]IO采用貝加萊新一代的分布式10，X20系列，體積小，密度高，擴展方便，傳輸速度快，接線、調(diào)試、維護都很方便，支持帶電熱插拔。
[0024]燈光啟閉控制和亮度調(diào)節(jié)是通過CAN總線連接LED燈光控制器來實現(xiàn)的。CAN總線是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，具有高可靠性和良好的錯誤檢測能力，高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設備、工業(yè)設備等方面。
[0025]大會議室控制
大會議室的燈光自動控制包括:歡迎模式、會議模式、演講模式、全開模式。
[0026]會議開始前，前臺通過電腦開啟系統(tǒng)，使會議室的燈光進入歡迎模式，然后可以通過前臺電腦，或者觸摸屏，或者無線解決方案進行開會模式、演講模式、全開模式的切換，并進行売度的調(diào)節(jié)。
[0027]歡迎模式，開啟所有燈光至50%亮度，亮度柔和，用于臨時使用；
會議模式，主席臺區(qū)域的燈光全亮，臺下區(qū)域燈光開啟至70%亮度；
演講模式，主席臺區(qū)域的燈光關(guān)閉，利于PPT的清晰投影，臺下區(qū)域的燈光由前往后漸亮或開啟50%亮度；
全開模式，所有燈光全亮。
[0028]每一個LED燈都可以單獨進行開啟關(guān)閉，另外還有展板燈光的亮度調(diào)節(jié)功能。
[0029]無線控制
在大會議室的主席臺放置一臺ipad,可通過wifi連接到主觸摸屏,進行所有等同于觸摸屏的操作，比如顯示系統(tǒng)狀態(tài)，燈光控制模式的切換，單個燈光的控制等等。
[0030]還可以通過其它設備，比如智能手機，連接到網(wǎng)絡中，進行系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測，以及所有操作。
[0031]過道燈光控制
過道燈光自動控制，分為兩個時段:上班時段，下班時段；并且時段的時間設置可調(diào)。
[0032]在上班時段，始終將燈光開啟至30%亮度，此時，通過紅外傳感器若檢測到有人走過，開啟對應區(qū)域的燈光；當人走到下一個區(qū)域時，關(guān)閉第一區(qū)域的燈光，開啟第二區(qū)域的燈光；以此類推；當人從走廊盡頭向外走時，可以根據(jù)人的走向，進行方向判斷，并進行相應的區(qū)域燈光控制。
[0033]在下班時段，所有燈光關(guān)閉。若紅外傳感器若檢測到有人，開啟所有燈光，并結(jié)合安防報警功能，發(fā)出短信給指定手機，提示有人闖入。
[0034]小會議室燈光控制
小會議室的燈光控制按照日期分為兩個時段，夏季時段和其它時段。
[0035]在7-9月份，也就是夏季時段，氣溫很高，此時應避免太陽光照進會議室，則應關(guān)閉電動窗簾，并盡可能關(guān)閉所有燈光。此時，若通過紅外傳感器檢測到有人在室內(nèi)，則開啟燈光至預設值。然后，則根據(jù)光照度傳感器的信號，進行自動調(diào)節(jié)，使室內(nèi)的亮度處于合適范圍。若通過紅外傳感器檢測到無人在會議室內(nèi)，則進行一分鐘延時，之后仍無人，則關(guān)閉所有燈光。
[0036]在其它時段，根據(jù)每天的時間段，首先將電動窗簾打開至預設開度。此時，若通過紅外傳感器檢測到有人在室內(nèi)，則開啟電動窗簾，使光照度達到所需的設定值，若窗簾全開，光照度仍低于設定值，則開啟燈光至預設值。然后，則根據(jù)光照度傳感器的信號，進行自動調(diào)節(jié)，使室內(nèi)的亮度處于合適范圍。若通過紅外傳感器檢測到無人在會議室內(nèi)，則進行一分鐘延時，之后仍無人，則關(guān)閉所有燈光。
[0037]手動方案
為了演示的功能，或者在某些未設想到的情況下，可以通過修改系統(tǒng)的控制方式為手動方式，此時，可以操作所有的單回路燈光控制、亮度調(diào)節(jié)，電動窗簾的開啟、關(guān)閉，以及各種測試功能。
[0038]安防報警功能
安防系統(tǒng)報警功能:當下班后或設定的時間段內(nèi)，所有的燈光應處于關(guān)閉狀態(tài)，當系統(tǒng)檢測到有燈光開啟，或紅外傳感器檢測到有人走動，則認為有人闖入，此時應發(fā)出短信給相關(guān)人員進行報警。
[0039]能源監(jiān)控
電量采集方案:貝加萊的IO中有電量采集模塊，通過直接采集電壓，以及電流互感器的電流信號，進行電量的采集、監(jiān)視、分析，并可以在觸摸屏上查看趨勢曲線。
[0040]第二部分:LED恒流驅(qū)動系統(tǒng) 方案總覽
LED驅(qū)動控制器接收CAN總線傳輸來的信號，通過單片機進行分析處理，在相應的單片機IO 口產(chǎn)生PWM控制信號，傳輸給底層LED驅(qū)動。LED驅(qū)動根據(jù)PWM信號的占空比來調(diào)整恒定電流的輸出比例，實現(xiàn)調(diào)光功能。
[0041]數(shù)字控制解決方案
LED驅(qū)動控制器可以作為整個控制系統(tǒng)的一個節(jié)點，通過與X20接口的通訊，將接受到的CAN信號轉(zhuǎn)換成相應的PWM波信號，從而實現(xiàn)對4路LED燈的實時控制。整個控制模塊可以分為兩大部分:1由SJA1000和TJA1050組成的CAN協(xié)議通訊模塊，該部分功能為接收X20發(fā)送的CAN信號。2以STC12C5A60S2為主控芯片的控制部分，該部分功能為將接收到的CAN信號傳換成PWM信號并將其輸出，從而實現(xiàn)控制LED亮暗的效果。
[0042]通信協(xié)議解決方案
每個照明控制模塊有自己唯一的ID號與之相對應，PLC可以通過設定CAN信號的ID位來和相對應的照明控制模塊進行相互通訊。PLC每次發(fā)送的CAN信號的數(shù)據(jù)位有16位，后8位代表PWM波的占空比(O — 255分別代表0%到100%)。最高位第16位為I時，照明控制模塊的4路PWM輸出口全部打開，后8位數(shù)據(jù)為4路PWM波的占空比；最高位為O時，之后的4位分別和？麗波的輸出口？5，？6沖7，？8相對應，這四位中有且僅有一位為I，當該位為I時，則打開與之對應的PWM端口，最后8位數(shù)據(jù)為PWM波占空比。
[0043]恒流驅(qū)動解決方案
驅(qū)動模塊設計為兩類，用以驅(qū)動18W及32W功率LED燈具。調(diào)光使用數(shù)字調(diào)光，控制信號由單片機發(fā)出，供電采用48V開關(guān)電源，用以提供穩(wěn)定且安全的輸出電壓。恒流恒壓驅(qū)動電源部分采用BUCK降壓結(jié)構(gòu)，電路結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定。電源管理芯片采用POWTECH公司的PT4107,此芯片輸入電壓范圍廣并且MOS外置，有利于驅(qū)動較大功率的LED，并且可以通過頻率抖動來降低EMI干擾。LED的峰值電流通過CS端的采樣電阻來設定。在不同的輸入和輸出電壓條件下，峰值電流將自動改變以獲得穩(wěn)定的平均電流。峰值電流為
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)境自適應多場景復用半導體照明控制裝置，其特征在于包括:貝加萊X20控制器A、上位機B、無線控制終端C、手持設備安防系統(tǒng)D、以太網(wǎng)絡E、分布式IO接口 F、終端LED驅(qū)動控制器G ;其中，X20控制器A放置于機柜中導軌上，可根據(jù)需要布置多個控制器，上位機B負責通過網(wǎng)絡對X20控制器A進行遠程監(jiān)測與控制，無線控制終端C作為輔助控制系統(tǒng)提升系統(tǒng)的人性化控制設計，手持設備安防系統(tǒng)D與X20控制器A通過串行總線相連，監(jiān)測系統(tǒng)安全情況并通過GSM發(fā)送給手持終端，以太網(wǎng)絡E用于構(gòu)建網(wǎng)絡連接，分布式IO接口 F、X20總線實現(xiàn)X20控制器A控制多臺終端LED驅(qū)動控制器G，LED驅(qū)動控制器G用于完成LED的調(diào)光調(diào)色，以及實現(xiàn)對LED燈具恒流恒壓驅(qū)動控制；上位機B或者無線終端C連接到路由器建立的控制網(wǎng)絡中，與X20控制器A進行網(wǎng)絡通信，對其進行不同場景參數(shù)設置；X20控制器A根據(jù)上位機B或者無線終端C傳輸過來的場景控制信息，生成相應的底層控制信息，通過X20總線發(fā)送給下層IO接口 F ;10接口通過CAN總線與LED驅(qū)動控制器G通信，將X20控制器A傳輸來的控制信息發(fā)送給LED驅(qū)動控制器G ；LED驅(qū)動控制器G接收控制信號后，根據(jù)參數(shù)信息設置LED驅(qū)動的驅(qū)動電流，從而完成對于LED燈具的恒流驅(qū)動以及亮度調(diào)節(jié)；LED驅(qū)動控制器G接收CAN總線傳輸來的信號，通過單片機進行分析處理，在相應的單片機IO 口產(chǎn)生PWM控制信號，傳輸給底層LED驅(qū)動控制器G ；LED驅(qū)動控制器G根據(jù)PWM信號的占空比來調(diào)整恒定電流的輸出比例，實現(xiàn)調(diào)光功能；LED驅(qū)動控制器G可以作為整個控制系統(tǒng)的一個節(jié)點，通過與X20接口的通訊，將接受到的CAN信號轉(zhuǎn)換成相應的PWM波信號，從而實現(xiàn)對4路LED燈的實時控制；每個照明驅(qū)動模塊有自己唯一的ID號與之相對應，PLC可以通過設定CAN信號的ID位來和相對應的照明驅(qū)動模塊進行相互通τΗ ο
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的環(huán)境自適應多場景復用半導體照明控制裝置，其特征在于照明驅(qū)動模塊設計為兩類，分別用以驅(qū)動18W及32W功率LED燈具。
3.根據(jù)權(quán)利要求所述的環(huán)境自適應多場景復用半導體照明控制裝置，其特征在于調(diào)光使用數(shù)字調(diào)光，控制信號由單片機發(fā)出，供電采用48V開關(guān)電源，用以提供穩(wěn)定且安全的輸出電壓。
【文檔編號】H05B37/02GK103796384SQ201410024740
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】陳雄, 張琦, 李曼萍, 丁方波, 夏辰 申請人:復旦大學, 上海九高節(jié)能技術(shù)有限公司