CN102378438A - 直接用直流供电线对led灯具群进行多功能控制的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的装置，包括灯光控制器、m组相互并联的LED灯具群和m台直流供电设备，尤其是：所述各直流供电设备输出端组装或集成有调制器；各LED灯具群的n盏LED灯具之输入端分别组装或集成有解调器。所述灯光控制器与各调制器链接；所述各调制器分别与其组内n盏LED灯具的解调器电联接。所述各解调器输出端分别以电源线和信号线与所述LED灯具相连。本发明的有益效果是：只需利用LED灯的供电线路，即可实现供电与控制功能，省去灯具加工的时间成本和材料成本；当某一灯具故障也不影响其他灯具正常；同时，降低工程施工时间成本和材料成本，使灯具设计，安装，调试简单化。

Description

直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法和装置
技术领域 
本发明涉及非便携式灯饰装置或其系统，特别是涉及产生变化的照明效果的装置和系统，尤其涉及直接利用直流供电线对LED灯具群进行调光、调速和调整方位角、仰角的控制方法和装置。
背景技术
现有技术LED灯具群的控制多以串行移位的级联方式和并联方式，实现控制信号的数据传输。所述级联方式就是控制信号依次进入第一个芯片、第二个芯片、第三个芯片、…，直至最后一个芯片；而并联方式则是采用RS485总线，所有灯具的信号线均并接在该信号总线上。采用这两种方式的LED灯具群系统除需要有电源线外，还需要设置信号传输线；因信号线产生的故障，要么是前的灯具群影响后面，或者是互相影响；同时，由于选择使用的控制芯片或方式的不同，所需的信号传输线为1至5根不等，既增加线路安装的时间也增加了材料成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法和装置，节省了布设信号传输线的时间和材料。
鉴于本发明技术方案服务的对象使用直流电力的LED灯具群，从供电角度看，每组灯具群就是一条供电线路上的灯具串，因为是半导体发光器件，耗电很少，只需小功能的电力开关器件，例如MOS-FET，就可以对馈送给所述灯具群的直流电力Pd实施斩波逆变，使用之成为含有编码控制信号的又极性电力Ps，见图2上的波形特写A，然后在灯具上再将其分开为直流力Pd和控制信号vs，从而省却了全部的信号传输线。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是，提供一种直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法，步骤是：
A．在m组LED灯具群各自的直流供电设备输出端组装或集成有调制器，所述各调制器依据LED灯光控制器的控制信号vs将直流供电设备馈送给各灯具群的直流电力Pd变换为含直流控制信号vs的电力Ps。
B．所述各LED灯具群的各自n盏LED灯具分别组装或集成有解调器，所述各解调器接收其所在LED灯具群的调制器馈送来的含直流控制信号vs的电力Ps，将其解调还原为控制信号vs和直流电力Pd，再分别经电源线和信号线送至各LED灯具。
  C．所述各LED灯具依其接收到的控制信号vs完成指定的灯光设定。
以上所述m和n 均为自然数。
所述含控制信号vs的电力Ps是依照所述控制信号vs的要求使所述直流电力Pd不断交变输出极性的电力。
所述灯光设定包括调光、调速和调整照射的方位角、仰角，其中调光包括调节光的亮度和色彩，调速包括调节光的闪烁频度和照射方位角、仰角的变化频率。
所述LED灯光控制器采用有线或无线方式传送控制信号vs至所述各调制器。
所述控制信号vs包括TTL电平信号和RS485差分信号。
本发明为解决上述技术问题又提出的技术方案是，设计一种直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的装置，包括灯光控制器、m组相互并联的LED灯具群和m台直流供电设备，尤其是：所述各直流供电设备输出端组装或集成有调制器；各LED灯具群的n盏LED灯具之输入端分别组装或集成有解调器。所述灯光控制器与各调制器链接；所述各调制器分别与其组内n盏LED灯具的解调器电联接。所述各解调器输出端分别以电源线和信号线与所述LED灯具相连。
所述灯光控制器与各调制器的链接包括无线或有线方式。
所述灯光控制器发送控制信号vs给所述各调制器，该控制信号vs包括TTL电平信号和/或RS485差分信号。
所述各调制器包括调制器内部供电模块、信号处理模块和H桥及其驱动电路。由所述直流供电设备输入的直流电力Pd分别接入所述调制器内部供电模块和所述H桥及其驱动电路；由所述调制器内部供电模块向所述信号处理模块和H桥及其驱动电路之控制电路供电。由灯光控制器送来的控制信号vs经所述信号处理模块处理后，送到所述H桥及其驱动电路中，控制所述H桥变换输入的直流电力Pd为包含控制信号vs的交变极性电力Ps至所述各解调器。
所述解调器包括信号检测处理模块和整流滤波模块；所述调制器送来的交变极性电力Ps分别送至所述信号检测处理电路和整流滤波模块；所述信号检测处理模块分检出控制信号vs，通过所述信号线送至各LED灯具；该交变极性电力Ps经所述整流滤波模块整直滤波后转换为直流电力Pd，经过或不经过稳压限流模块之后，借助电源线向其组内的各LED灯具供电。
所述解调器还包括稳压模块，用以将整流滤波模块输出的直流电力稳定至所需电压向信号检测处理模块馈送。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：使用本发明方法或装置，只需利用LED灯的供电线路，即可实现供电与控制功能，省去灯具加工的时间成本和材料成本；当某一灯具故障也不影响其他灯具正常；同时，降低工程施工时间成本和材料成本，使灯具设计，安装，调试简单化。
附图说明  
图1 是本发明利用直流供电线路对LED灯群进行灯光信号控制的方法和装置优选实施例的原理框图；
            图2是本发明所述控制信号vs的调制与解调工作流程图；
            图3是本发明优选实施例之调制器20的结构框图；
图4是本发明优选实施例之解调器50的结构框图；
            图5是本发明优选实施例之调制器20的电原理示意图，其中接插件J13输出的是控制信号vs的交变极性电力Ps；
            图6是本发明优选实施例之解调器50的电原理示意图，其中接插件J13’是与图5中接插件J13适配的一对。
具体实施方式  
下面，结合附图所示之优选实施例进一步阐述本发明。
参考图1和3，本发明之优选实施例是，提供一种直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法，步骤是：
A．在m组LED灯具群各自的直流供电设备10输出端组装或集成有调制器20，所述各调制器20依据LED灯光控制器30的控制信号vs将直流供电设备10馈送给各灯具群的直流电力Pd变换为含直流控制信号vs的电力Ps。
B．所述各LED灯具群的各自n盏LED灯具40分别组装或集成有解调器50，所述各解调器（50）接收其所在LED灯具群的调制器20馈送来的含直流控制信号vs的电力Ps，将其解调还原为控制信号vs和直流电力Pd，再分别经电源线41和信号线42送至各LED灯具（40）。
C．所述各LED灯具40依其接收到的控制信号vs完成指定的灯光设定。
以上所述m和n 均为自然数。
所述含控制信号vs的电力Ps是依照所述控制信号vs的要求使所述直流电力Pd不断交变输出极性的电力。
所述灯光设定包括调光、调速和调整照射的方位角、仰角，其中调光包括调节光的亮度和色彩，调速包括调节光的闪烁频度和照射方位角、仰角的变化频率。
所述LED灯光控制器（30）采用有线或无线方式传送控制信号vs至所述各调制器（20）。
所述控制信号vs包括TTL电平信号和RS485差分信号。
参考图1本发明之优选实施例又是，设计一种直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的装置，包括灯光控制器30、m组相互并联的LED灯具群和m台直流供电设备10，尤其是：所述各直流供电设备10输出端组装或集成有调制器20；各LED灯具群的n盏LED灯具40之输入端分别组装或集成有解调器50。
所述灯光控制器30与各调制器20链接，该链接包括无线或有线方式。
所述各调制器20分别与其组内n盏LED灯具40的解调器50电联接。所述各解调器50输出端分别以电源线41和信号线42与所述LED灯具40相连。
所述灯光控制器30发送控制信号vs给所述各调制器20，该控制信号vs包括TTL电平信号和/或RS485差分信号。
  所述直流供电设备10提供DC3V～DC400V的供电电源，调制器20将灯光控制器发来的信号经过逻辑处理后将直流供电设备送至的电源的输出极性做相应的翻转后输出至解调器50；本例中直流供电设备10联接至调制器20的电源线11，多为两芯线，根据电流或电路需要可以采用多芯当两芯使用；带信号的电源线41为调制器输出给解调器的媒介，一般是两芯线，根据电流或电路需要可以扩展为多芯当两芯使用。
参考图2，本发明所述控制信号vs的工作流程为：灯光控制器30将控制信号vs发送给各调制器30，各调制器30根据接收的控制信号vs的逻辑极性将直流供电设备10输过来的直流电力Pd通过所述各调制器内的H桥电路进行相对应的正负极性切换后，将包含控制信号vs的交变极性电力Ps传输到各解调器50，所述解调器50一边交变极性电力Ps稳压整流滤波后输出给各灯具40作为供电电源，同时将交变极性电力Ps中经信号分检出控制信号vs，传输给灯具40，灯具则根据得到的控制信号vs进行相应的工作。
参考图3，所述各调制器20包括调制器内部供电模块22、信号处理模块25和H桥及其驱动电路23。由所述直流供电设备10输入的直流电力Pd分别接入所述调制器内部供电模块22和所述H桥及其驱动电路23；由所述调制器内部供电模块22向所述信号处理模块25和H桥及其驱动电路23之控制电路供电。由灯光控制器30送来的控制信号vs经所述信号处理模块25处理后，送到所述H桥及其驱动电路23中，控制所述H桥Q11～Q14变换输入的直流电力Pd为包含控制信号vs的交变极性电力Ps至所述各解调器50。
参考图5 ，本实施例中所述调制器20的调制器内部供电模块22 由二极管D11,稳压器U11、U12和电容C11、C12、C13和C14组成，用于给信号处理模块25和H桥及其驱动电路23提供适宜的电压；其中二极管D11为防反接二极管；稳压管U11为所述H桥及其驱动电路C3提供12V的降压电路，稳压管U12为信号处理模块25的信号接收处理电路中的IC提供适宜电压，所述稳压二管U11、U12是线性压降器件LDO或采用开关电源式电路。
所述信号处理模块25包括连接端子J12、电阻R12、R13和R14,二极管D13、D14和RS485电平转换芯片U13构成 RS485信号接收电路,其中电阻R12、R13和R14,二极管D13构成RS485电平转换芯片U13的外围保护电路；集成电路U13是32接点或 128接点的RS485电平转换集成电路；由逻辑反向集成电路U14对RS485信号接收功能的电路送来的信号进行分解处理，其中U14可以是专用逻辑处理集成电路，也采用是微控制器MCU，复杂可编程逻辑器件CPLD或现场可编程门阵列FPGA等集成电路；经U14分解处理的信号输入至所述H桥及其驱动电路的H桥驱动器U15，用以该控制该H桥驱动器U15。
由NMOS场效应管Q1,Q2,Q3,Q4及H桥驱动器集成电路U15组成所述 H桥及其驱动电路23，其中U15为驱动H桥的专用芯片，可接收所信号处理模块25送来的控制信号vs以驱动所述H桥及其驱动电路23对输入的直流电力Pd做相应正负极性翻转后输出，此处H桥驱动器U15也可采用分立元件构成。由两芯端子J1,电容C5,C6构该调制器的直流电力Pd，J13是调制器20输出端，输出的是含控制信号vs的交变极性电力Ps。
本实例中，调制器的主要元器件如下表所示：
序号 名称 规格型号 图中标号
1 稳压器 L7812 U11
2 稳压器 L7805 U12
3 RS485电平转换集成电路 MAX485 U13
4 逻辑反向集成电路 74HC04 U14
5 H桥驱动集成电路 HIP4080 U15
参考图4，所述解调器50包括信号检测处理模块52和整流滤波模块53；所述调制器20送来的交变极性电力Ps分别送至所述信号检测处理电路52和整流滤波模块53；所述信号检测处理模块52分检出控制信号vs，通过所述信号线42送至各LED灯具40；该交变极性电力Ps经所述整流滤波模块53整直滤波后成为直流电力Pdd，经过或不经过稳压限流模块之后，借助电源线41向其组内的各LED灯具40供电。
解调器50还包括稳压模块54，用以将整流滤波模块53输出的直流电力稳定至所需电压向信号检测处理模块52馈送。
参考图6，所述解调器的整流滤波模块53由二极管D1,D2,D3,D4和电容C1,C20C3,C4和稳压管U2构组成源整流滤波电路，其中二极管D1,D2,D3和D4将由端子J13’输入交变极性电力Ps整直滤波后成为直流电力Pdd，经稳压器U2稳压后向LED灯具供电；整流滤波模块53由稳压器U2、电阻R1和稳压二极管D5构成，可向信号检测处理模块52供电；所述稳压器U2是低压差线性LDO型或开关电源型；在实用使用中，依据负载LED灯具的供电需要，也可以省去稳压器U2。
所述的稳压模块54由稳压管U3和电容C5,C6构成，用于向所述信号检测处理模块52供电的；信号检测处理模块52由二极管D60和电阻R60组成简单的检波电路；由单片机集成电路U1、电容C7、C8和晶振Y1信号处理电路。所述电片机集成电路U1也可以采用复杂可编程逻辑器件CPLD或现场可编程门阵列FPGA等其他具有程序处理功能的芯片。
    本实施例中，解调器采用的主要元器件如下表所示：
     序号 名称 规格型号 图中标号
1 稳压器 L7820 U2
2 稳压器 L7805 U3
3 单片机集成电路 89C2051 U1

Claims (11)

1.一种直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法，包括步骤：
A．在m组LED灯具群各自的直流供电设备（10）输出端组装或集成有调制器（20），所述各调制器（20）依据LED灯光控制器（30）的控制信号vs将直流供电设备（10）馈送给各灯具群的直流电力Pd变换为含直流控制信号vs的电力Ps；
B．所述各LED灯具群的各自n盏LED灯具(40)分别组装或集成有解调器(50)，所述各解调器（50）接收其所在LED灯具群的调制器（20）馈送来的含直流控制信号vs的电力Ps，将其解调还原为控制信号vs和直流电力Pd，再分别经电源线（41）和信号线（42）送至各LED灯具（40）；
C．所述各LED灯具（40）依其接收到的控制信号vs完成指定的灯光设定；
以上所述m和n 均为自然数。
2.按照权利要求1所述的直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法，其特征在于：
        所述含控制信号vs的电力Ps是依照所述控制信号vs的要求使所述直流电力Pd不断交变输出极性的电力。
3.按照权利要求1所述的直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法，其特征在于：
        所述灯光设定包括调光、调速和调整照射的方位角、仰角，其中调光包括调节光的亮度和色彩，调速包括调节光的闪烁频度和照射方位角、仰角的变化频率。
4.按照权利要求1所述的直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法，其特征在于：
所述LED灯光控制器（30）采用有线或无线方式传送控制信号vs至所述各调制器（20）。
5.按照权利要求1所述的直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的方法，其特征在于：
所述控制信号vs包括TTL电平信号和RS485差分信号。
6.一种直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的装置，包括灯光控制器（30）、m组相互并联的LED灯具群和m台直流供电设备（10），其特征在于：
       所述各直流供电设备（10）输出端组装或集成有调制器（20）；各LED灯具群的n盏LED灯具（40）之输入端分别组装或集成有解调器（50）；
       所述灯光控制器（30）与各调制器（20）链接；所述各调制器（20）分别与其组内n盏LED灯具（40）的解调器（50）电联接；
所述各解调器（50）输出端分别以电源线（41）和信号线（42）与所述LED灯具（40）相连。
7.按照权利要求6所述的直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的装置，其特征在于：
所述灯光控制器（30）与各调制器（20）的链接包括无线或有线方式。
8.按照权利要求6所述的直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的装置，其特征在于：
所述灯光控制器（30）发送控制信号vs给所述各调制器（20），该控制信号vs包括TTL电平信号和/或RS485差分信号。
9.按照权利要求6所述的直接用直流供电线对LED灯群进行多功能控制的装置，其特征在于：
        所述各调制器（20）包括调制器内部供电模块（22）、信号处理模块（25）和H桥及其驱动电路（23）；
        由所述直流供电设备（10）输入的直流电力Pd分别接入所述调制器内部供电模块（22）和所述H桥及其驱动电路（23）；由所述调制器内部供电模块（22）向所述信号处理模块（25）和H桥及其驱动电路（23）之控制电路供电；
由灯光控制器（30）送来的控制信号vs经所述信号处理模块（25）处理后，送到所述H桥及其驱动电路（23）中，控制所述H桥（Q11～Q14）变换输入的直流电力Pd为包含控制信号vs的交变极性电力Ps至所述各解调器（50）。
10.按照权利要求6所述的直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的装置，其特征在于：
        所述解调器（50）包括信号检测处理模块（52）和整流滤波模块（53）；
       所述调制器（20）送来的交变极性电力Ps分别送至所述信号检测处理电路（52）和整流滤波模块（53）；所述信号检测处理模块（52）分检出控制信号vs，通过所述信号线（42）送至各LED灯具（40）；该交变极性电力Ps经所述整流滤波模块（53）整直滤波后成为直流电力Pd，经过或不经过稳压限流模块之后，借助电源线（41）向其组内的各LED灯具（40）供电。
11.按照权利要求10所述的直接用直流供电线对LED灯具群进行多功能控制的装置，其特征在于：
所述解调器（50）还包括稳压模块（54），用以将整流滤波模块（53）输出的直流电力稳定至所需电压向信号检测处理模块（52）馈送。
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