CN103124464A - 智能灯光控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能灯光控制系统，属于智能灯光控制设备技术领域；所要解决的技术问题是：提供一种既能防止电源浪涌脉冲损坏灯控装置，又能防止继电器线圈的放电脉冲损坏灯控装置的智能灯光控制系统；为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：电源保护模块分别与数据通讯模块、时钟控制模块、微控制器和继电器灯控模块相连；所述微控制器的信号输入端与时钟控制模块相连，微控制器的数据通讯端与数据通讯模块相连，微控制器的信号输出端与继电器灯控模块相连；所述市电电源的电源输出端分别与控制箱电源和灯光模块相连；本发明可以安装于灯控设备中使用。

Description

智能灯光控制系统
技术领域
本发明智能灯光控制系统，属于智能灯光控制设备技术领域。
背景技术
当前使用的灯光控制装置，在同一变压器下或者同一线路下的重型设备出现短路或切换电源时，供电电源极易产生并输出浪涌电压或者浪涌电流，这种瞬间脉冲能量会冲击控制电路，降低用电设备的工作寿命，严重时可烧毁电子设备；另一方面，传统灯光控制电路中使用晶体管直接驱动电灯回路上的继电器线圈，当电灯回路上的线圈放电时会产生的反向脉冲电压冲击晶体管，降低晶体管的使用寿命，甚至将其击穿，使电路控制失效，同时单片机的信号输入输出端也会由于晶体管的损坏而受到脉冲电压的冲击，损坏单片机芯片，可能造成单片机复位、死机、跑飞或控制错误等问题。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是：提供一种既能防止电源浪涌脉冲损坏灯控装置，又能防止继电器线圈的放电脉冲损坏灯控装置的智能灯光控制系统。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：智能灯光控制系统，包括：主机控制单元、控制箱电源、市电电源和灯光模块；所述主机控制单元包括：电源保护模块、数据通讯模块、时钟控制模块、微控制器和继电器灯控模块，所述电源保护模块分别与数据通讯模块、时钟控制模块、微控制器和继电器灯控模块相连；
所述微控制器的信号输入端与时钟控制模块相连，微控制器的数据通讯端与数据通讯模块相连，微控制器的信号输出端与继电器灯控模块相连；
所述市电电源的电源输出端分别与控制箱电源和灯光模块相连；
所述控制箱电源的电源输出端与电源保护模块相连，继电器灯控模块的信号输出端与灯光模块的输入端相连。
所述电源保护模块的电路结构为：控制箱电源的火线端并接气体放电管FV1的一端后与滤波磁珠L1的一端相连，控制箱电源的零线端并接气体放电管FV1的另一端后与滤波磁珠L2的一端相连；
所述滤波磁珠L1的另一端依次并接压敏电阻RV1的一端、电容C1的一端后与保险丝FA1的一端相连，所述压敏电阻RV1的另一端并接电容C1的另一端后与气体放电管FV2的一端相连，所述气体放电管FV2的另一端接地；
所述保险丝FA1的另一端并接极性电容C11的正极后与电感L3的一端相连，电感L3的另一端依次并接极性电容C12的正极、电容C3的一端和稳压二极管V1的一端后与共模电感T1的输入端a1相连，所述电容C3的另一端接地；
所述滤波磁珠L2的另一端依次并接压敏电阻RV3的一端、电容C2的一端、极性电容C11的负极、极性电容C12的负极、电容C4的一端和稳压二极管V1的另一端后与共模电感T1的输入端a2相连；
所述压敏电阻RV3的另一端并接电容C2的另一端后与气体放电管FV3的一端相连，所述气体放电管FV3的另一端接地，电容C4的另一端接地；
压敏电阻RV2的一端与滤波磁珠L1和压敏电阻RV1之间的连线相连，压敏电阻RV2的另一端与滤波磁珠L2和压敏电阻RV3之间的连线相连；
所述共模电感T1的输出端b1与滤波磁珠L4的一端相连，滤波磁珠L4的另一端依次并接极性电容C13的正极、电容C5的一端后与稳压器D1的输入端相连；
所述滤波磁珠L4与极性电容C13之间的连线引出D24V电源输出端；
所述共模电感T1的输出端b2与滤波磁珠L5的一端相连，滤波磁珠L5的另一端依次并接极性电容C13的负极、电容C5的另一端后与稳压器D1的接地端相连；
所述稳压器D1的输出端并接二极管V2的负极后与电感L6的一端相连，电感L6的另一端依次并接极性电容C14的正极、电容C6的一端后与稳压器D1的反馈端相连；所述稳压器D1的接地端依次并接二极管V2的正极、极性电容C14的负极、电容C6的另一端和二极管V3的负极后接地，所述二极管V3的正极串接电阻R1后与稳压器D1的反馈端相连，所述稳压器D1的反馈端引出D5V电源输出端。
所述继电器灯控模块的电路结构为：电阻R2的一端与微控制器的信号输出端相连，电阻R2的另一端依次并接电容C7的一端和电阻R3的一端后与晶体管VQ1的基极相连，所述电容C7的另一端依次并接电阻R3的另一端、晶体管VQ1的发射极后接地；
所述晶体管VQ1的集电极与继电器KA1的12脚相连，继电器KA1的1脚与电源保护模块的D5V电源输出端相连，二极管V4的正极与继电器KA1的12脚相连，二极管V4的负极与继电器KA1的1脚相连；
所述继电器KA1的4脚、5脚、8脚、9脚分别与电源保护模块的D24V电源输出端相连，所述继电器KA1的3脚、10脚与灯光模块的输入端相连。
所述灯光模块的电路结构为：继电器KA2的线圈为继电器线圈KA2.1，继电器KA2的常开触点为继电器常开触点KA2.2；
所述继电器线圈KA2.1的两端为灯光模块的输入端；
市电电源的火线端依次串接电灯L1、继电器常开触点KA2.2和断路器K1后与市电电源的零线端相连。
所述灯光模块的数量至少为两个，所述继电器灯控模块的数量至少为两个。
所述数据通讯模块还连接有监控中心计算机。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明中使用的电源保护模块具有很好的浪涌防护功能，在浪涌发生时，电源保护模块中的气体放电管首先吸收大部分的脉冲能量，滤波磁珠将部分高频脉冲能量转换为热能消耗掉，浪涌能量得到大量消耗后会被压敏电阻再次吸收大部分的能量，并将电压稳定在电源转换芯片输入电压安全范围以内，剩余的少量高频能量则被TVS管和LC滤波电路彻底吸收，最终保证进入微控制器的电压为安全、纯净的。
本发明中的灯控模块采用二级继电器控制电灯回路的通断，一级继电器为小功率电磁继电器，主机控制单元中的微控制器可以直接驱动一级继电器，一级继电器通电后可以控制二级继电器线圈通电，二级继电器线圈通电后可以控制电灯所在的高压回路，由此实现低压回路控制高压回路的效果，既能满足电灯通断电控制要求，又能使微控制器芯片与高压设备有效隔离，避免线圈放电脉冲损坏控制电路，保证主机控制单元的安全工作。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为本发明中电源保护模块的电路结构示意图；
图3为本发明中继电器灯控模块的电路结构示意图；
图4为本发明中灯光模块的电路结构示意图；
图中：1为主机控制单元、2为控制箱电源、3为市电电源、4为灯光模块、5为电源保护模块、6为数据通讯模块、7为时钟控制模块、8为微控制器、9为继电器灯控模块、10为监控中心计算机。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明智能灯光控制系统，包括：主机控制单元1、控制箱电源2、市电电源3和灯光模块4；所述主机控制单元1包括：电源保护模块5、数据通讯模块6、时钟控制模块7、微控制器8和继电器灯控模块9，所述电源保护模块5分别与数据通讯模块6、时钟控制模块7、微控制器8和继电器灯控模块9相连；
所述微控制器8的信号输入端与时钟控制模块7相连，微控制器8的数据通讯端与数据通讯模块6相连，微控制器8的信号输出端与继电器灯控模块9相连；
所述市电电源3的电源输出端分别与控制箱电源2和灯光模块4相连；
所述控制箱电源2的电源输出端与电源保护模块5相连，继电器灯控模块9的信号输出端与灯光模块4的输入端相连。
本发明中微控制器8使用型号为ATMEGA64A的AVR单片机芯片，控制简单，工作稳定，不会产生累计误差，可以保证与周围模块高速稳定的进行数据交换，并且其使用的信号输出端具有使用灵活、驱动电流大等特点，非常适合驱动小型继电器。
所述电源保护模块5的电路结构为：控制箱电源2的火线端并接气体放电管FV1的一端后与滤波磁珠L1的一端相连，控制箱电源2的零线端并接气体放电管FV1的另一端后与滤波磁珠L2的一端相连；
所述滤波磁珠L1的另一端依次并接压敏电阻RV1的一端、电容C1的一端后与保险丝FA1的一端相连，所述压敏电阻RV1的另一端并接电容C1的另一端后与气体放电管FV2的一端相连，所述气体放电管FV2的另一端接地；
所述保险丝FA1的另一端并接极性电容C11的正极后与电感L3的一端相连，电感L3的另一端依次并接极性电容C12的正极、电容C3的一端和稳压二极管V1的一端后与共模电感T1的输入端a1相连，所述电容C3的另一端接地；
所述滤波磁珠L2的另一端依次并接压敏电阻RV3的一端、电容C2的一端、极性电容C11的负极、极性电容C12的负极、电容C4的一端和稳压二极管V1的另一端后与共模电感T1的输入端a2相连；
所述压敏电阻RV3的另一端并接电容C2的另一端后与气体放电管FV3的一端相连，所述气体放电管FV3的另一端接地，电容C4的另一端接地；
压敏电阻RV2的一端与滤波磁珠L1和压敏电阻RV1之间的连线相连，压敏电阻RV2的另一端与滤波磁珠L2和压敏电阻RV3之间的连线相连；
所述共模电感T1的输出端b1与滤波磁珠L4的一端相连，滤波磁珠L4的另一端依次并接极性电容C13的正极、电容C5的一端后与稳压器D1的输入端相连；
所述滤波磁珠L4与极性电容C13之间的连线引出D24V电源输出端；
所述共模电感T1的输出端b2与滤波磁珠L5的一端相连，滤波磁珠L5的另一端依次并接极性电容C13的负极、电容C5的另一端后与稳压器D1的接地端相连；
所述稳压器D1的输出端并接二极管V2的负极后与电感L6的一端相连，电感L6的另一端依次并接极性电容C14的正极、电容C6的一端后与稳压器D1的反馈端相连；所述稳压器D1的接地端依次并接二极管V2的正极、极性电容C14的负极、电容C6的另一端和二极管V3的负极后接地，所述二极管V3的正极串接电阻R1后与稳压器D1的反馈端相连，所述稳压器D1的反馈端引出D5V电源输出端。
电源保护模块5具备较强的浪涌保护功能，当市电电源3产生浪涌脉冲后，气体放电管FV1首先吸收大部分的脉冲能量，之后滤波磁珠L1、滤波磁珠L2将部分高频脉冲能量转换为热能消耗掉，浪涌能量得到大量消耗后会被压敏电阻RV1、RV2、RV3再次吸收能量，并将电压稳定在微控制器8的安全输入电压范围以内，剩余的少量高频能量则被TVS管和LC滤波电路彻底吸收。
分析LC滤波电路和TVS稳压二极管的工作特性可知，LC滤波器抑制高频信号效果很好，但是吸收能量的效果不好，TVS稳压二极管可以有效的吸收能量，但受到自身反应时间的限制，对某些频段的高频信号抑制效果不佳；本发明使用的电源保护模块5结合两种电路的优缺点，相互配合，先使用LC滤波器抑制高频信号的变化趋势，将干扰信号的变化时间延长至TVS稳压二极管的反应时间，再使TVS稳压二极管获得充足的时间吸收干扰信号的能量，将输入微控制器8的电压保持在工作电压范围之内。
所述继电器灯控模块9的电路结构为：电阻R2的一端与微控制器8的信号输出端相连，电阻R2的另一端依次并接电容C7的一端和电阻R3的一端后与晶体管VQ1的基极相连，所述电容C7的另一端依次并接电阻R3的另一端、晶体管VQ1的发射极后接地；
所述晶体管VQ1的集电极与继电器KA1的12脚相连，继电器KA1的1脚与电源保护模块5的D5V电源输出端相连，二极管V4的正极与继电器KA1的12脚相连，二极管V4的负极与继电器KA1的1脚相连；
所述继电器KA1的4脚、5脚、8脚、9脚分别与电源保护模块5的D24V电源输出端相连，所述继电器KA1的3脚、10脚与灯光模块4的输入端相连。
所述灯光模块4的电路结构为：继电器KA2的线圈为继电器线圈KA2.1，继电器KA2的常开触点为继电器常开触点KA2.2；
所述继电器线圈KA2.1的两端为灯光模块4的输入端；
市电电源3的火线端依次串接电灯L1、继电器常开触点KA2.2和断路器K1后与市电电源3的零线端相连。
继电器灯控模块9中继电器KA1的线圈KA1.1两端在正常状态下的电压相同，因此处于断电状态，此时继电器KA1的触点4脚与3脚相连，9脚与10脚相连，使继电器KA2的线圈KA2.1接通D24V电源，线圈KA2.1得电后控制继电器KA2的常开触点KA2.2闭合，从而使电灯L1接通市电回路，保持常亮；
当控制要求为断电时，会由微控制器8发出一个断电信号，信号通过晶体管VQ1的基极时导通晶体管VQ1，此时晶体管VQ1的集电极端电压出现变动，使继电器KA1的线圈KA1.1两端出现电压差，继电器KA1的线圈KA1.1处于得电状态，继电器KA1将会控制4脚与5脚相连，9脚与8脚相连，使D24V电源与继电器KA2的线圈KA2.1断开，线圈KA2.1失电，则控制常开触点KA2.2断开，切断电灯L1回路，L1电灯熄灭。
继电器灯控模块9中继电器KA1触点端和继电器KA2线圈端通电电压为24V，相对于继电器KA1的线圈端和微控制器8使用的5V电压高出很多，所以没有使用晶体管驱动继电器KA2，微控制器8先使用晶体管VQ1控制微功率继电器KA1，再由微功率继电器KA1控制大功率继电器KA2，由大功率继电器KA2控制电灯L1亮灭，即使大功率继电器KA2损坏也不会烧毁继电器灯控模块9的内部电路，只需更换大功率继电器KA2即可正常运行，维护方便。
所述灯光模块4的数量至少为两个，所述继电器灯控模块9的数量至少为两个。
灯光模块4与继电器灯控模块9的数量决定控制电灯的数量，本发明可同时控制多盏电灯的亮灭。
所述数据通讯模块6还连接有监控中心计算机10。
所述监控中心计算机10可以发出灯光控制指令，微控制器8可以通过数据通讯模块6接收指令，待微控制器8分析无误后驱动继电器控制电灯回路的通断，实现灯光的智能控制；在具体工作时，监控中心计算机10以固定时间间隔向数据通讯模块6发送灯光控制命令，即使没有新指令也会下发相同指令，如果通过数据通讯模块6接收数据的微控制器8出现了一次误动作或者重新启动，则能够在较短的时间内再次接收到正确的指令，执行正确的动作，理论上如果时间间隔够短，即使出现误动作也会很快被纠正；在传输方式上，监控中心计算机10和数据通讯模块6可以通过多种方式建立连接关系，可根据现场条件的不同，可选择合适的通讯方式如RS232、RS485、电力载波、GPRS、局域网等通讯方式。
本发明使用的各元器件中：气体放电管FV1、FV2、FV3使用型号为2RL075M-6的气体放电管，压敏电阻RV1、RV2、RV3使用型号为14D470的压敏电阻，稳压二极管V1使用型号为1.5KE36CA的稳压二极管，共模电感T1使用型号为IXC1270-1的共模电感，稳压器D1使用型号为LM2576HV-5稳压器，三极管VQ1使用型号为2N3904的三极管，继电器KA1使用型号为TX-2-5V的继电器。

Claims (6)

1.智能灯光控制系统，包括：主机控制单元（1）、控制箱电源（2）、市电电源（3）和灯光模块（4）；其特征在于：所述主机控制单元（1）包括：电源保护模块（5）、数据通讯模块（6）、时钟控制模块（7）、微控制器（8）和继电器灯控模块（9），所述电源保护模块（5）分别与数据通讯模块（6）、时钟控制模块（7）、微控制器（8）和继电器灯控模块（9）相连；
所述微控制器（8）的信号输入端与时钟控制模块（7）相连，微控制器（8）的数据通讯端与数据通讯模块（6）相连，微控制器（8）的信号输出端与继电器灯控模块（9）相连；
所述市电电源（3）的电源输出端分别与控制箱电源（2）和灯光模块（4）相连；
所述控制箱电源（2）的电源输出端与电源保护模块（5）相连，继电器灯控模块（9）的信号输出端与灯光模块（4）的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的智能灯光控制系统，其特征在于：所述电源保护模块（5）的电路结构为：控制箱电源（2）的火线端并接气体放电管FV1的一端后与滤波磁珠L1的一端相连，控制箱电源（2）的零线端并接气体放电管FV1的另一端后与滤波磁珠L2的一端相连；
所述滤波磁珠L1的另一端依次并接压敏电阻RV1的一端、电容C1的一端后与保险丝FA1的一端相连，所述压敏电阻RV1的另一端并接电容C1的另一端后与气体放电管FV2的一端相连，所述气体放电管FV2的另一端接地；
所述保险丝FA1的另一端并接极性电容C11的正极后与电感L3的一端相连，电感L3的另一端依次并接极性电容C12的正极、电容C3的一端和稳压二极管V1的一端后与共模电感T1的输入端a1相连，所述电容C3的另一端接地；
所述滤波磁珠L2的另一端依次并接压敏电阻RV3的一端、电容C2的一端、极性电容C11的负极、极性电容C12的负极、电容C4的一端和稳压二极管V1的另一端后与共模电感T1的输入端a2相连；
所述压敏电阻RV3的另一端并接电容C2的另一端后与气体放电管FV3的一端相连，所述气体放电管FV3的另一端接地，电容C4的另一端接地；
压敏电阻RV2的一端与滤波磁珠L1和压敏电阻RV1之间的连线相连，压敏电阻RV2的另一端与滤波磁珠L2和压敏电阻RV3之间的连线相连；
所述共模电感T1的输出端b1与滤波磁珠L4的一端相连，滤波磁珠L4的另一端依次并接极性电容C13的正极、电容C5的一端后与稳压器D1的输入端相连；
所述滤波磁珠L4与极性电容C13之间的连线引出D24V电源输出端；
所述共模电感T1的输出端b2与滤波磁珠L5的一端相连，滤波磁珠L5的另一端依次并接极性电容C13的负极、电容C5的另一端后与稳压器D1的接地端相连；
所述稳压器D1的输出端并接二极管V2的负极后与电感L6的一端相连，电感L6的另一端依次并接极性电容C14的正极、电容C6的一端后与稳压器D1的反馈端相连；所述稳压器D1的接地端依次并接二极管V2的正极、极性电容C14的负极、电容C6的另一端和二极管V3的负极后接地，所述二极管V3的正极串接电阻R1后与稳压器D1的反馈端相连，所述稳压器D1的反馈端引出D5V电源输出端。
3.根据权利要求2所述的智能灯光控制系统，其特征在于：所述继电器灯控模块（9）的电路结构为：电阻R2的一端与微控制器（8）的信号输出端相连，电阻R2的另一端依次并接电容C7的一端和电阻R3的一端后与晶体管VQ1的基极相连，所述电容C7的另一端依次并接电阻R3的另一端、晶体管VQ1的发射极后接地；
所述晶体管VQ1的集电极与继电器KA1的12脚相连，继电器KA1的1脚与电源保护模块（5）的D5V电源输出端相连，二极管V4的正极与继电器KA1的12脚相连，二极管V4的负极与继电器KA1的1脚相连；
所述继电器KA1的4脚、5脚、8脚、9脚分别与电源保护模块（5）的D24V电源输出端相连，所述继电器KA1的3脚、10脚与灯光模块（4）的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的智能灯光控制系统，其特征在于：所述灯光模块（4）的电路结构为：继电器KA2的线圈为继电器线圈KA2.1，继电器KA2的常开触点为继电器常开触点KA2.2；
所述继电器线圈KA2.1的两端为灯光模块（4）的输入端；
市电电源（3）的火线端依次串接电灯L1、继电器常开触点KA2.2和断路器K1后与市电电源（3）的零线端相连。
5.根据权利要求4所述的智能灯光控制系统，其特征在于：所述灯光模块（4）的数量至少为两个，所述继电器灯控模块（9）的数量至少为两个。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的智能灯光控制系统，其特征在于：所述数据通讯模块（6）还连接有监控中心计算机（10）。
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