CN103619107A - Led路灯控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED路灯控制系统及控制方法，所述控制系统包括：集中控制器，与集中控制器的LED控制信号输出端连接的信号输出电路，与集中控制器的过零信号检测端连接的输出端过零检测电路，LED路灯驱动器，与LED路灯驱动器的LED控制信号检测端连接的信号接收电路，以及与LED路灯驱动器的过零信号检测端连接的接收端过零检测电路。本发明通过在LED路灯控制系统中设置过零检测电路、信号输出电路及信号接收电路，利用电力线的过零点传输LED控制信号，以简单的结构和简单的控制过程实现了LED路灯的集中控制，降低了控制成本，尤其适合于简单的LED路灯系统的控制。

Description

LED路灯控制系统及控制方法

技术领域

 本发明属于照明光源控制技术领域，具体地说，是涉及LED路灯控制系统及控制方法。

背景技术

LED作为一种新的照明光源，由于其具有光效高、耗电量少、寿命长等优势，在道路照明中作为路灯的应用越来越广泛。在对LED路灯进行控制时，一般都希望能采用集中控制的方式实现智能控制，也即，采用集中控制器对多个LED路灯模块进行运行及亮度的控制。

现有技术在实现LED路灯集中控制时，一般采用在集中控制器与各LED路灯模块之间布设专门的通讯线的方式通讯，布线麻烦，成本高，使用复杂。也有人采用通过电力线载波的方式进行控制。但是，电力线载波需要调制和解调信号，使用复杂，成本高，不适宜应用在一些简单的LED路灯控制系统中。

发明内容

本发明的目的是提供LED路灯控制系统及控制方法，以解决现有LED路灯集中控制技术存在的结构复杂、成本高等问题。

为实现上述发明目的，本发明提供的LED路灯控制系统采用下述技术方案予以实现：

一种LED路灯控制系统，所述系统包括：

集中控制器，具有LED控制信号输出端和过零信号检测端，用于对LED路灯进行集中控制；

LED路灯驱动器，具有LED控制信号检测端、过零信号检测端和LED驱动信号输出端，用于驱动与其连接的LED路灯；

信号输出电路，具有输出变压器，所述输出变压器的初级线圈一端连接供电电源，另一端通过可控开关电路与所述集中控制器的LED控制信号输出端连接，所述输出变压器的次级线圈分别连接电力线中的火线和零线；

输出端过零检测电路，其检测端分别与所述火线和零线连接，其信号输出端与所述集中控制器的过零信号检测端连接；

信号接收电路，具有接收变压器，所述接收变压器的初级线圈分别连接所述火线和零线，所述接收变压器的次级线圈一端连接供电电源，另一端通过滤波整形电路连接所述LED路灯驱动器的LED控制信号检测端；

接收端过零检测电路，其检测端分别与所述火线和零线连接，其信号输出端与所述LED路灯驱动器的过零信号检测端连接。

如上所述的LED路灯控制系统，所述可控开关电路包括有可控开关管和开关管驱动器，所述可控开关管的控制端通过所述开关管驱动器与所述集中控制器的LED控制信号输出端连接，所述可控开关管的电流通路连接在所述输出变压器的初级线圈与供电电源地之间。

为实现前述发明目的，本发明提供的LED路灯控制方法采用下述技术方案来实现：

一种基于上述LED路灯控制系统的LED路灯控制方法，所述方法包括下述步骤：

集中控制器在需要输出LED路灯控制信号时，检测电力线是否输出过零信号；

在检测到所述电力线输出过零信号时，所述集中控制器输出具有与所述LED路灯的输出功率相对应频率的方波信号，并将该方波信号通过信号输出电路耦合到所述电力线上；

所述LED路灯的驱动器检测所述电力线是否输出过零信号；

在检测到所述电力线输出过零信号时，通过信号接收电路接收所述电力线中耦合的所述方波信号，并传输至所述LED路灯的驱动器，所述LED路灯的驱动器根据该方波信号的频率计算出所述LED路灯的输出功率，然后根据所述输出功率输出控制所述LED路灯的驱动信号，驱动所述LED路灯以所述输出功率工作。

如上所述的LED路灯控制方法，所述集中控制器在检测所述电力线是否输出过零信号之前，先计算并存储所述LED路灯的输出功率所对应的频率；在检测到所述电力线输出过零信号时，直接根据所述频率输出相应的方波信号。

如上所述的LED路灯控制方法，为提高接收的控制信号的准确性，所述集中控制器间隔输出多个所述方波信号；所述LED路灯驱动器在每接收到一个所述方波信号时，先判断当前方波信号的频率是否与前次接收的方波信号频率相同，若相同，对具有当前方波信号频率的方波信号次数加1，若不相同，将当前方波信号的频率作为计数频率重新计数，在计数值达到设定值时，判定计数值所对应的方波信号的频率为所述LED路灯的实际控制频率，然后，根据该实际控制频率计算出所述LED路灯的输出功率。

如上所述的LED路灯控制方法，为提高控制信号传输的灵敏度，每一个所述方波信号的持续输出时间不大于2ms。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过在LED路灯控制系统中设置过零检测电路、信号输出电路及信号接收电路，在检测到电力线输出过零信号时，将与LED路灯控制信号以方波信号耦合到信号输出电路，进而耦合到电力线上传输，在接收端，当检测到电力线过零信号时，通过信号接收电路从电力线上接收LED控制信号，从而以简单的结构和简单的控制过程实现了LED路灯的集中控制，降低了控制成本，适合于简单的LED路灯系统的控制。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明LED路灯控制系统一个实施例的原理框图；

图2是本发明LED路灯控制系统中信号输出端的一个具体电路原理图；

图3是与图2相对应的信号接收端的一个具体电路原理图；

图4是本发明LED路灯控制方法一个实施例中信号输出端的流程图；

图5是与图4相对应的信号接收端的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

请参见图1，该图所示为本发明LED路灯控制系统一个实施例的原理框图。

如图1所示，该实施例的LED路灯控制系统包括有输出LED路灯控制信号的信号输出端1和接收信号输出端1所传输的LED路灯控制信号的信号接收端2。

信号输出端1包括有：

集中控制器11，具有LED控制信号输出端和过零信号检测端，用于对LED路灯进行集中控制。

信号输出电路13，具有输出变压器（参见图2所示），输出变压器的初级线圈一端连接供电电源，另一端通过可控开关电路12与集中控制器11的LED控制信号输出端连接，而输出变压器的次级线圈分别连接电力线中的火线和零线。

输出端过零检测电路14，其检测端分别与火线和零线连接，其信号输出端与集中控制器11的过零信号检测端连接。

信号接收端2包括有：

LED路灯驱动器24，具有LED控制信号检测端、过零信号检测端和LED驱动信号输出端，其LED驱动信号输出端连接有LED路灯25，能输出用于驱动LED路灯25工作的驱动信号。

信号接收电路21，具有接收变压器（参见图3所示），接收变压器的初级线圈分别连接火线和零线，其次级线圈一端连接电力负载供电输出端，另一端通过滤波整形电路22连接LED路灯驱动器24的LED控制信号检测端；

接收端过零检测电路23，其检测端分别与火线和零线连接，其信号输出端与LED路灯驱动器24的过零信号检测端连接。

信号输出端1的一个具体电路原理图请参见图2所示。

图1实施例的原理框图中仅示出了一个信号接收端2，实际情况下，作为一个集中控制系统，每一个受控的LED路灯模块均作为一个信号接收端，一个信号输出端1可以对应连接有多个信号接收端，每个信号接收端均按照图1示出的结构来搭建。

如图2所示，单片机IC1作为集中控制器，具有LED控制信号输出端a和过零信号检测端b，其LED控制信号输出端a通过MOS管驱动器连接MOS管Q1，进而通过MOS管Q1与信号输出电路中的输出变压器T1的初级线圈相连接。具体来说，MOS管Q1的栅极连接MOS管驱动器，MOS管的漏极与输出变压器T1的初级线圈一端连接，MOS管的源极接供电电源地。

输出变压器T1作为信号输出电路中的主要元件，其初级线圈的另一端连接供电电源VDD，而其次级线圈一端通过电容C1与电力线中的火线L连接，另一端连接电力线中的零线N。

光电隔离器U1与电阻R1、R2、R3及二极管D1构成简单的过零检测电路，光电隔离器U1的一个检测端通过电阻R2与火线L连接，另一个检测端通过电阻R1与零线N连接，而光电隔离器U1的检测信号输出端与单片机IC1的过零信号检测端b连接。

在电力线L、N未过零时，在光电隔离器U1的作用下，单片机IC1的过零信号检测端b为低电平信号。在电力线L、N输出过零信号时，单片机IC1的过零信号检测端b为高电平信号。单片机IC1在检测到过零信号检测端b为高电平信号时，将通过其LED控制信号输出端a输出LED控制信号，并通过MOS管驱动器和MOS管Q1将控制信号耦合到输出变压器T1上，从而将LED控制信号耦合到电力线上传输。

信号接收端2的一个具体电路原理图请参见图3所示。

如图3所示，在信号接收端，单片机IC2作为LED路灯驱动器，具有LED控制信号检测端c、过零信号检测端d和LED驱动信号输出端（图中未示出）。其LED控制信号检测端c连接有滤波整形电路和电容C2，进而与信号接收电路中接收变压器T2的次级线圈连接。而接收变压器T2为信号接收电路中的主要元件，其初级线圈一端通过电容C3与电力线中的火线L连接，另一端连接电力线中的零线N，其次级线圈的另一端连接供电电源VDD。 

与图2类似的，光电隔离器U2与电阻R4、R5、R6及二极管D2构成简单的过零检测电路，光电隔离器U2的一个检测端通过电阻R5与火线L连接，另一个检测端通过电阻R4与零线N连接，而光电隔离器U2的检测信号输出端与单片机IC2的过零信号检测端d连接。

在电力线L、N未过零时，在光电隔离器U2的作用下，单片机IC2的过零信号检测端d为低电平信号。在电力线L、N输出过零信号时，单片机IC2的过零信号检测端d为高电平信号。单片机IC2在检测到过零信号检测端d为高电平信号时，接收变压器T2将供电信号耦合到滤波整形电路中，信号经滤波、整形后，获得信号输出端的单片机IC1所输出的LED路灯控制信号，该信号传输至单片机IC2中，经计算处理后，将输出LED驱动信号驱动LED工作。

上述LED路灯控制系统的具体工作流程可参考图4及图5的流程图。

图4和图5所示为本发明LED路灯控制方法一个实施例的流程图，其中，图4是信号输出端的流程图，图5是信号接收端的流程图。该实施例的控制方法基于图1的LED路灯控制系统，也即为图1实施例的LED路灯控制系统的工作流程图。下面将结合图1的LED路灯控制系统原理框图，详细描述实现LED路灯集中控制的方法。

对于信号输出端，将执行图4所示的流程，具体如下：

步骤401：集中控制器初始化。

步骤402：判断是否需要输出LED路灯控制信号。若是，执行步骤404；若否，执行步骤403。

是否要输出LED路灯控制信号可以由用户来设定，这个设定可以是预先设定后，定时执行的，也可以是根据道路照明需要由用户随时进行设定。例如，需要控制某一个LED模块中的LED灯以额定功率（额定亮度）工作，或者以70%的额定功率工作等。

步骤403：如果不需要输出LED路灯控制信号，则处理其他流程。

步骤404：如果需要输出LED路灯控制信号，则计算并存储LED路灯的输出功率对应的频率。

在该实施例中，将LED路灯的输出功率转换成具有一一对应的频率的方波信号，以便区分不同的输出功率，且方便耦合到电力线上传输。例如，用1000Hz表示额定输出功率，1200Hz表示75%的额定输出功率，1400Hz表示50%的额定输出功率，1600Hz表示25%的额定输出功率，1800Hz表示输出功率为0（也即控制LED灯熄灭）。或者，采用指定公式计算输出功率与频率的对应关系。集中控制器在获得要控制的LED路灯的输出功率时，先根据输出功率与方波的频率的对应关系，计算出方波的频率并存储。

步骤405：检测电力线的输出信号。

为减少电力线供电回路对要加载的LED路灯控制信号的干扰而影响LED路灯控制信号传输的灵敏度和准确性，该实施例选择在电力线输出过零信号时再送出LED路灯控制信号。因此，在信号输出端，利用过零检测电路对电力线的输出信号进行检测。检测电路结构及原理可参见图2所示及上述对图2的描述。

步骤406：判断是否输出过零信号。若是，执行步骤407；否则，继续执行步骤405的检测过程。

该实施例是采用集中控制器主动扫描其过零信号检测端的方式来检测电力线是否输出了过零信号，但不局限于此，还可以采用其他方式来获知电力线处于过零点。例如，将过零信号检测端选择为中断端口，在产生过零信号（也即该端口产生了过零所对应的电平信号）时，产生中断信号，以使得集中控制器快速响应。

步骤407：如果检测到电力线输出了过零信号，集中控制器根据步骤404所存储的频率生成一定频率的方波信号，经信号输出电路耦合到电力线上，经电力线传输至相应的信号接收端。

考虑到电力线过零点持续时间，每一个所述方波信号的持续输出时间不大于2ms，以保证接收端对方波信号的接收灵敏度。

对于信号接收端，将执行图5所述的流程，具体过程如下：

步骤501：信号接收端的LED路灯驱动器初始化。

步骤502：判断是否存在过零信号。若是，执行步骤503；否则，转至步骤504。

这里的过零信号也是指电力线是否过零的信号，在信号接收端，可以采用与信号输出端相同的过零检测电路来检测电力线是否输出过零信号。而且，为减少LED路灯驱动器扫描端口而占用较多资源，优选将LED路灯驱动器的一个中断端口作为过零信号检测端来使用。这样，在产生过零信号时，以中断方式通知LED路灯驱动器执行控制指令的接收，且响应速度快。

步骤503：若不存在过零信号，则处理其他流程。

步骤504：如果存在过零信号，从电力线中获取耦合的方波信号。

在电力线输出过零信号时，利用信号接收电路从电力线中获取耦合的方波信号。然后，对方波进行滤波、整形等处理，输出到LED路灯驱动器。

步骤505：根据方波信号的频率计算LED路灯的输出功率。

LED路灯驱动器获得方波信号后，根据频率与输出功率的对应关系计算出该方波信号对应的LED路灯的输出功率。

步骤506：LED路灯驱动器根据输出功率输出控制LED路灯的驱动信号，如输出相应占空比的PWM信号，驱动LED路灯工作。

为提高接收的控制信号的准确性，不采用仅在一个过零信号下耦合一次方波信号的方式，而是采用信号输出端输出多个方波信号、信号接收端在接收到设定个数的方波信号后才进行LED驱动控制的方式。具体来说：集中控制器在对某一个信号接收端输出方波信号时，间隔输出具有相同频率的多个方波信号。信号接收端的LED路灯驱动器在每接收到一个方波信号时，先判断当前方波信号的频率是否与前次接收的方波信号频率相同。如果相同，对具有当前方波信号频率的方波信号次数加1；若不相同，将当前方波信号的频率作为计数频率重新计数。在计数值达到设定值时，判定计数值所对应的方波信号的频率为LED路灯的实际控制频率，然后，LED路灯驱动器根据该实际控制频率计算出相对应的LED路灯的输出功率。也即，只有在连续检测到多个相同频率的方波信号时，才认为接收到了新的LED路灯控制信号，减少了信号误差，提高了控制的准确性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种LED路灯控制系统，其特征在于，所述系统包括：

集中控制器，具有LED控制信号输出端和过零信号检测端，用于对LED路灯进行集中控制；

LED路灯驱动器，具有LED控制信号检测端、过零信号检测端和LED驱动信号输出端，用于驱动与其连接的LED路灯；

信号输出电路，具有输出变压器，所述输出变压器的初级线圈一端连接供电电源，另一端通过可控开关电路与所述集中控制器的LED控制信号输出端连接，所述输出变压器的次级线圈分别连接电力线中的火线和零线；

输出端过零检测电路，其检测端分别与所述火线和零线连接，其信号输出端与所述集中控制器的过零信号检测端连接；

信号接收电路，具有接收变压器，所述接收变压器的初级线圈分别连接所述火线和零线，所述接收变压器的次级线圈一端连接供电电源，另一端通过滤波整形电路连接所述LED路灯驱动器的LED控制信号检测端；

接收端过零检测电路，其检测端分别与所述火线和零线连接，其信号输出端与所述LED路灯驱动器的过零信号检测端连接。

2.根据权利要求1所述的LED路灯控制系统，其特征在于，所述可控开关电路包括有可控开关管和开关管驱动器，所述可控开关管的控制端通过所述开关管驱动器与所述集中控制器的LED控制信号输出端连接，所述可控开关管的电流通路连接在所述输出变压器的初级线圈与供电电源地之间。

3.一种基于上述权利要求1或2所述的LED路灯控制系统LED路灯控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

集中控制器在需要输出LED路灯控制信号时，检测电力线是否输出过零信号；

在检测到所述电力线输出过零信号时，所述集中控制器输出具有与所述LED路灯的输出功率相对应频率的方波信号，并将该方波信号通过信号输出电路耦合到所述电力线上；

所述LED路灯的驱动器检测所述电力线是否输出过零信号；

在检测到所述电力线输出过零信号时，通过信号接收电路接收所述电力线中耦合的所述方波信号，并传输至所述LED路灯的驱动器，所述LED路灯的驱动器根据该方波信号的频率计算出所述LED路灯的输出功率，然后根据所述输出功率输出控制所述LED路灯的驱动信号，驱动所述LED路灯以所述输出功率工作。

4.根据权利要求3所述的LED路灯控制方法，其特征在于，所述集中控制器在检测所述电力线是否输出过零信号之前，先计算并存储所述LED路灯的输出功率所对应的频率；在检测到所述电力线输出过零信号时，直接根据所述频率输出相应的方波信号。

5.根据权利要求4所述的LED路灯控制方法，其特征在于，所述集中控制器间隔输出多个所述方波信号；所述LED路灯驱动器在每接收到一个所述方波信号时，先判断当前方波信号的频率是否与前次接收的方波信号频率相同，若相同，对具有当前方波信号频率的方波信号次数加1，若不相同，将当前方波信号的频率作为计数频率重新计数，在计数值达到设定值时，判定计数值所对应的方波信号的频率为所述LED路灯的实际控制频率，然后，根据该实际控制频率计算出所述LED路灯的输出功率。

6.根据权利要求1至6中任一项所述的LED路灯控制方法，其特征在于，每一个所述方波信号的持续输出时间不大于2ms。

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