CN102843819A - 一种led智能调光装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED智能调光装置及方法。本装置包括：电源模块、降压电路、控制模块、调光驱动模块、通讯模块、光强度采集模块、电压采集电路和LED灯串。所述电源模块分别与降压电路、调光驱动模块单向连接；所述降压电路输出端分别与控制模块、通讯模块、光强度采集模块的电源输入端连接；所述LED灯串正极端连接电源模块，负极端连接调光驱动模块；所述电压采集电路连接调光驱动模块。本发明的优势在于：可实现自动调光和人工调光两种调光方式，更大程度的发挥了LED节能的优势；调光驱动模块使用恒流驱动器，在调光过程中，LED驱动器始终处于工作状态，LED灯串承受的冲击电流很小，有利于提高LED的使用寿命，可应用性强。

Description

一种LED智能调光装置及方法

技术领域

本发明属于LED照明控制领域，涉及一种LED智能调光装置和方法，尤其是采用PWM方式实现的LED调光。

背景技术

近些年来，LED 作为绿色高效的新一代照明光源应用越来越广，LED发光效率高、能量消耗低、寿命长，材料可回收，不会污染环境，且具有良好的调光性能。为了营造更舒适的照明氛围且节约能源，对LED调光技术的研究显得及其重要。

目前市面上LED调光的方式主要有三种：一是线性调光，二是可控硅调光，三是PWM调光。线性调光主要基于简单的分压原理，其优点是应用简单，不产生干扰，缺点在于不灵活、效率低、色温不一致。可控硅调光是目前在白炽灯和节能灯应用中被普遍采用的一种调光方式，它的工作原理是将输入电压的波形通过导通角切波之后，产生一个切向的输出电压波形，可控硅调光的优点在于工作效率较高、性能稳定，但是基于其工作原理，在应用时也存在一些设计缺陷。因为可控硅导通后需要一个维持电流来保持导通，否则会恢复到截止状态。不同的可控硅维持电流不同，而功率越大，需要的维持电流就越大，如果维持电流不够，则导通角不稳定，输出的波形也会不均匀，而且会产生颤动和尖峰，当将这样的不稳定输出加到LED上时就会出现闪烁。PWM调光通过改变输入的脉冲信号占空比来调制LED驱动芯片对MOS管栅极的控制信号，实现调光，优点是应用简单、效率高、精度高，且调光效果好，缺点是当PWM调光频率太小或太大时会出现LED频闪或噪声等。PWM调光技术目前被认为是最有前景的LED调光技术，已经有许多厂商在跟进。美国国家半导体公司技术市场和系统应用经理Sameh Sarhan指出，使用PWM来设置周期和占空比是最简单的实现数字调光的方式，而且和常用的降压调节器(LED电源驱动方式的一种)来配合，可以得到很好的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED调光装置及方法，同时具有自动调光和人工调光两种调光方式，且电路简单，实现方便。自动调光方式可根据当前环境的照度来自动调节LED的照明强度，使环境具有最合适的照度。人工调光可根据用户需要自行调光，用户可通过上位机相关软件系统发出调光命令，LED调光终端通过485总线接收命令并作出相应动作，实现调光。系统设置有不同光强档位，且可实现灯光渐亮、渐暗等艺术效果。系统工作期间，可定时采集LED灯串的工作电压和电流，通过485总线反馈给上位机，通过相关软件显示出来，若LED灯串中有灯珠损坏，会在上位机软件上反映出来。本发明实现了调光智能化，满足了节能、环保的要求，而且可监测LED工作状态，具有很强的实用性能。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种LED智能调光装置包括电源模块、降压电路、控制模块、调光驱动模块、通讯模块、光强度采集模块、电压采集电路和LED灯串，其特征在于：所述电源模块分别与降压电路、调光驱动模块单向连接；所述降压电路输出端分别与控制模块、RS485通讯模块、光强度采集模块的电源输入端连接；所述LED灯串正极端连接电源模块，负极端连接调光驱动模块；所述电压采集电路连接调光驱动模块。

所述的电源模块为降压电路、控制模块、调光驱动模块、RS485通讯模块、光强度采集模块、电压采集电路和LED灯串提供电能。

所述的降压电路采用降压稳压芯片将电源电压降至稳定的3.3V，为控制模块、通讯模块、光强度采集模块供电。

所述的控制模块采用新塘芯片M0516LAN为控制器，分析处理各种信号指令，控制其系统内的PWM发生器发出PWM信号，实现调光。

所述的调光驱动模块使用恒流驱动器，采用驱动控制器HV9910B搭建电路，电路简单，成本低，在调光过程中，LED驱动器始终处于工作状态，LED灯串承受的冲击电流很小，有利于提高LED的使用寿命。

所述的通讯模块采用RS485通信方式，通过485总线接收用户指令实现调光，并可反馈LED灯串电流、电压值。

所述的光强度采集模块采用光敏电阻采集光照强度，实现自动调光。

一种LED智能调光方法，用于上述装置进行调光，包括以下操作步骤：

    根据用户指令在自动调光和人工调光两种调光方式之间进行切换；

    自动调光方式根据所述光强度采集模块采集的光强度信号自动调节所述控制模块发出的PWM信号的占空比，人工调光方式根据用户发送的调光信号，调节所述控制模块发出的PWM信号的占空比；

根据PWM信号控制所述调光驱动模块的开关驱动信号，控制调节LED灯串的亮度。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：调光智能化，节能、环保；调光驱动模块使用恒流驱动器，在调光过程中，LED驱动器始终处于工作状态，LED灯串承受的冲击电流很小，有利于提高LED的使用寿命，可应用性强；可监测LED工作状态，实用性强。

附图说明

图1为本发明LED智能调光装置结构框图；

图2为本发明调光方法流程图；

图3本发明降压电路原理图；

图4本发明控制模块电路原理

图5本发明调光驱动模块电路原理图；

图6为本发明通讯模块电路原理图；

图7为本发明光强度采集模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

参见图1：本LED智能调光装置包括电源模块（1）、降压电路（2）、控制模块（3）、调光驱动模块（4）、通讯模块（5）、光强度采集模块（6）、电压采集电路（7）和LED灯串（8）。所述电源模块（1）分别与降压电路（2）、调光驱动模块（4）单向连接；所述降压电路（2）输出端分别与控制模块（3）、RS485通讯模块（5）、光强度采集模块（6）的电源输入端连接；所述LED灯串（8）正极端连接电源模块（1），负极端连接调光驱动模块（4）；所述电压采集电路（7）连接调光驱动模块（4）。

本实施例采用12V直流电源为系统供电。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

见附图3，降压电路（2）采用降压芯片LM2575将电源电压降至稳定的3.3V，为控制模块、通讯模块、光强度采集模块供电。

见附图4，控制模块（3）采用NuMicro M051系列芯片为主控制器，NuMicro M051系列是以ARM Cortex-M0为内核的32位微控制器，具有丰富的通信接口，成本仅相当于传统的8位微控制器，集成UART、I2C、PWM、ADC等功能模块，可减少外围元器件数量，节省空间和成本。NuMicro M051系列包括M052、M054、M058和M0516。本实施例选择M0516LAN。

见附图5，调光驱动模块（4）选择LED恒流驱动芯片HV9910B为驱动器，HV9910B芯片的PWMD引脚接到控制芯片M0516LAN的PWM0引脚上，GATE引脚接到N沟道MOS管的G极。PWMD引脚从PWM0引脚接收PWM信号，控制GATE引脚输出的控制信号，调节MOS管的开关频率，实现调光。电压采集点通过采样电阻接到控制芯片M0516LAN的AIN0引脚上，控制芯片对采集到的值进行分析处理后，经485总线传送出去。

见附图6，通讯模块（5）采用485通讯方式，选择SP3485芯片作为RS485收发器，SP3485芯片的

RO和DI引脚分别接到控制芯片M0516LAN的RXD和TXD上，实现接收调光命令和监测LED工作状态的目的。

见附图7，光强度采集模块（6）采用光敏电阻采集环境光照度，控制芯片通过模拟输入通道AIN5接收采集的照度值，调节输出的PWM信号的占空比，实现自动调光。

实施例三：

见附图2，本LED智能调光方法应用于上述装置进行调光，具体操作步骤如下：

步骤B1：根据用户指令在自动调光和人工调光两种调光方式之间进行切换。

步骤B2：根据光照度值或用户调光信号，调节PWM信号的占空比。其中，PWM信号的频率设定为200HZ，此时无闪烁、无噪声，PWM信号的占空比可在0%~100%之间任意调节。

步骤B3：根据PWM信号控制所述调光驱动模块的开关驱动信号，控制调节LED灯串的亮度。其中LED灯串上的电流主要由驱动芯片基准电压和采样电阻Rcs决定，PWM信号的高低电平可控制LED驱动器的工作状态，高电平时，驱动电路工作，低电平时，驱动电路不工作，从而可控制MOS管的开关频率，实现调光。

Claims (8)

1.一种LED智能调光装置，包括电源模块(1)、降压电路(2)、控制模块(3)、调光驱动模块(4)、通讯模块(5)、光强度采集模块(6)、电压采集电路(7)和LED灯串(8)；其特征在于：所述电源模块(1)分别与降压电路(2)、调光驱动模块(3)单向连接；所述降压电路(2)输出端分别与控制模块(3)、通讯模块(5)、光强度采集模块(6)的电源输入端连接；所述LED灯串(8)正极端连接电源模块，负极端连接调光驱动模块；所述电压采集电路(7)连接调光驱动模块(4)。

2.根据权利要求1所述的LED智能调光装置，其特征在于：所述的电源模块(1)为降压电路(2)、控制模块(3)、调光驱动模块(4)、通讯模块(5)、光强度采集模块(6)、电压采集电路(7)和LED灯串(8)提供电能。

3.根据权利要求1所述的LED智能调光装置，其特征在于：所述的降压电路(2)采用降压稳压芯片将电源电压降至稳定的3.3V，为控制模块(3)、通讯模块(5)、光强度采集模块(6)供电。

4.根据权利要求1所述的LED智能调光装置，其特征在于：所述的控制模块(3)采用新塘芯片M0516LAN为控制器，分析处理各种信号指令，控制其系统内的PWM发生器发出PWM信号，实现调光。

5.根据权利要求1所述的LED智能调光装置，其特征在于：所述的调光驱动模块(4)使用恒流驱动器，采用驱动控制器HV9910B搭建电路，电路简单，成本低，在调光过程中，LED驱动器始终处于工作状态，LED灯串承受的冲击电流很小，有利于提高LED的使用寿命。

6.根据权利要求1所述的LED智能调光装置，其特征在于：所述的通讯模块(5)采用RS485通信方式，通过485总线接收用户指令实现调光，并可反馈LED灯串电流、电压值。

7.根据权利要求1所述的LED智能调光装置，其特征在于：所述的光强度采集模块(6)采用光敏电阻采集光照强度，根据照度值调节PWM信号的占空比，实现自动调光。

8.一种LED智能调光方法，用于根据权利要求1所述的LED智能调光装置进行调光，其特征在于：包括以下操作步骤：

根据用户指令在自动调光和人工调光两种调光方式之间进行切换(B1)；

根据光照度值或用户调光信号，调节PWM信号的占空比(B2)，其中自动调光方式根据所述光强度采集模块采集的光强度信号自动调节所述控制模块发出的PWM信号的占空比，人工调光方式根据用户发送的调光信号，调节所述控制模块发出的PWM信号的占空比；

根据PWM信号控制所述调光驱动模块的开关驱动信号，控制调节LED灯串的亮度(B3)。

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