CN104144543A - 一种led灯多用途智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LED灯的多功能智能控制器，包括单片机，单片机为PIC16F883芯片，内置EEPROM单元，外设数模转换器、PWM输出以及USART模块，数模转换器上分别连接有温度采集模块、电压电流采集模块、环境照度采集模块、红外遥控模块、手动输入控制模块；PWM输出端连接LED驱动电源，LED驱动电源输出端连接LED灯具组；USART模块上连接有无线通讯模块；通过单片机的EEPROM单元编程设置三种LED灯的应用模式，即室内照明模式、乡村路灯模式、以及城市路灯模式，单片机上连接有模式选择开关选择LED灯的应用模式，单片机上还连接有时钟控制单元。通过本控制器，可以实现LED的多功能智能控制。

Description

一种LED灯多用途智能控制器

技术领域

本发明涉及 LED 照明技术及智能控制领域，具体的说， 涉及了一种可用于城市、乡村LED路灯及室内LED 照明的多用途智能控制器。

背景技术

 LED 作为新一代的光源，具有发光效率高、耗电量少、寿命长、光色纯、稳定性高、安全性强、环保、抗震动等诸多传统光源无法比拟的优越性，是一种绿色环保的照明技术，在节能减排的背景下，近年来 LED 灯受到极大的关注，并大量投入到实际应用中。目前， LED灯具一般有以下局限性：

1、LED功能性照明灯具都采用大功率的灯珠， 而且大多数LED灯具仅仅是实现了单纯的照明的效果， 未对 LED 灯具实现智能化的管理， 不管道路照明是否需要多少的光强， 都统一的按照一个亮度发光。

2、管理者不能实时监控LED灯具的运行状况， 完全要靠人去灯具使用现场， 才能知道灯具的运行情况， 管理成本较高。

3、LED灯具受使用环境限制，不能同时兼顾乡村、城市路灯及室内照明的需求。一般情况下，在广大的乡村，其路灯的控制只需要时序控制（时控）及环境照度控制（光控）就可满足需求。而在城市，其路灯的控制需要有远程的智能控制功能，实现单灯的远程操控。对于室内照明，需要手动控制和遥控控制功能。

4、LED作为新一代照明产品，其中一个主要原因就是其具有寿命长的优点。目前，市场上普遍使用的LED驱动电源均含有大容量的电解电容。电解电容的使用寿命主要受温度影响，一般温度每升高10摄氏度，寿命大约减小一半，因此大大限制了LED灯驱动电源的使用寿命，进而影响整个LED灯具的使用寿命。为延长LED灯使用寿命，对LED灯具做智能温度控制是必要的。

发明内容

针对上述技术问题， 本发明提出了一种LED灯多功能智能控制器，本发明具有手动控制、遥控控制、时序控制（时控）、环境照度控制（光控）、远程控制多种控制模式，本发明可根据LED灯所处环境进行亮度调整，实现按需照明；可实现远程监控，管理者可实时远程监控任意一盏LED灯的运行参数；可实现了LED灯温度的智能控制，使LED灯工作在最佳温度范围内，真正实现LED灯长寿命的特点，同时兼顾乡村、城市路灯及室内照明的需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下 ：

一种LED灯的多功能智能控制器，包括单片机，所述的单片机为美国微芯PIC16F883芯片，内置EEPROM单元，外设11个通道10 位分辨率的数模转换器、2路10位精度的PWM输出、以及增强型USART模块，其特征在于：所述11个通道10 位分辨率的数模转换器上分别连接有温度采集模块、电压电流采集模块、环境照度采集模块、红外遥控模块、手动输入控制模块；所述2路10位精度的PWM输出端连接LED驱动电源，所述LED驱动电源输出端连接LED灯具组；所述的增强型USART模块上设有无线通讯模块；通过单片机的EEPROM单元编程设置三种LED灯的应用模式，即室内照明模式、乡村路灯模式、以及城市路灯模式，所述单片机上连接有模式选择开关，通过模式选择开关进行LED灯的应用模式选择，所述单片机上还连接有时钟控制单元。

所述电压电流采集模块连接LED驱动电源采集LED驱动电源的输入输出电压电流，通过数模转换器传送给单片机；

所述温度采集模块通过安装在LED驱动电源与LED灯具组散热基板结合部位的温度传感器采集LED灯具组温度，通过数模转化器传送给单片机；

所述环境照度采集模块感应LED灯具组周围环境的光照度，通过数模转换器传给单片机；

所述红外遥控模块采用红外接收单元接收LED灯具组亮度，通过数模转化器传给单片机实现LED灯具组开关及亮度调整；

所述时钟控制单元根据单片机时钟芯片提供的时钟信号，按照时段设定控制LED灯的开关以及亮度调整；

所述无线通讯模块连接上位机，实现远程监控LED灯的运行状况；

所述PWM输出调理单元，该单元实现将单片机PWM模块输出的不同占空比的PWM信号转换成控制LED驱动电源的模拟电压。本发明中实现将0%—100%占空比的PWM信号转换成0—300毫伏连续可变的模拟电压，用来控制LED驱动电源的输出功率；

所述LED驱动电源，将交流输入转换成直流输出的恒流电源，LED驱动电源的功率随着PWM调理单元输出的模拟电压连续可变。

所述LED灯组，通过将LED灯珠多个串联后再多组并联构成的灯组，其每组串联的个数决定LED驱动电源的电压范围，并联的组数决定LED驱动电源的电流范围。

本发明的有益效果体现在：

本发明具有手动控制、遥控控制、时序控制、环境照度控制、远程控制多种控制方式，并设计了乡村路灯模式、城市路灯模式及室内照明模式，同时兼顾乡村、城市路灯及室内照明的需求。

附图说明

图 1 是本发明的结构框图；

图 2乡村路灯模式工作流程图。

具体实施方式

参照图1，一种LED灯的多功能智能控制器，包括单片机，所述的单片机为美国微芯的PIC16F883芯片，内置EEPROM单元，外设11个通道10 位分辨率的数模转换器、2路10位精度的PWM输出、以及增强型USART模块，所述11个通道10 位分辨率的数模转换器上分别连接有温度采集模块、电压电流采集模块、环境照度采集模块、红外遥控模块、手动输入控制模块；所述2路10位精度的PWM输出端连接LED驱动电源，所述LED驱动电源输出端连接LED灯具组；所述的增强型USART模块上连接有无线通讯模块；通过单片机的EEPROM单元编程设置三种LED灯的应用模式，即室内照明模式、乡村路灯模式、以及城市路灯模式，所述单片机上连接有模式选择开关，通过模式选择开关进行LED灯的应用模式选择，所述单片机上还连接有时钟控制单元。

所述单片机选用美国微芯的PIC16F883作为控制器，最高工作频率20兆赫兹，最小指令周期为200纳秒，宽工作电压范围（2.0V-5.5V），工业级及扩展级温度范围，内置EEPROM单元，可承受 100万次擦写。外设丰富，包括： 11个通道10 位分辨率的数模转换器；2路10 位精度的PWM输出；增强型USART 模块，支持RS-232串口通讯。

所述手动输入控制模块通过手动按键可以循环更改LED灯亮度，并将亮度值记忆在单片机的EEPROM里，每次LED灯上电时，自动按照记忆的亮度点亮LED灯。

所述红外遥控模块通过红外接收单元可以控制LED灯的开关及亮度调整，与手动控制一样，每次更改后的亮度值将记忆在单片机的EEPROM里，每次LED灯上电时，自动按照记忆的亮度点亮LED灯。为了减少干扰，红外接收单元可采用价格便宜性能可靠的一体化红外接收头(如：HS0038， 它接收红外信号频率为 38kHz，周期约 26μs) 接收红外信号，这种接收头同时对信号进行放大、检波、整形得到 TTL 电平的编码信号。，只需将TTL 电平的编码信号送给单片机，经单片机解码即可实现LED灯的开关及亮度调整的控制功能。

所述时序控制模块根据时钟芯片提供的时钟信号，按照时段实现控制LED灯的开关及亮度调整，比如：（1）冬季时间：傍晚18：00开灯，次日早晨7：30关灯。（2）春秋季时间：傍晚19：00开灯，次日早晨6：30关灯。（3）夏季时间：傍晚20：00开灯，次日早晨5：30关灯。（4）为进一步节约用电，设置了自动降功率运行时段，晚上12点到凌晨2点采用75%功率运行，凌晨2点后采用50%功率运行。这些时段的设置可由上位机通过通讯模块修改，修改的时段将写入单片机的EEPROM内记忆。

所述环境照度控制模块感应周围环境的光照度并通过数模转换器传送给单片机实现LED的控制，当环境照度由亮变暗达到一定程度时，自动开灯照明，单片机随环境亮度的变化自动调整LED灯运行功率。当环境照度达到设定的亮度值时，自动关闭 LED 路灯，使其停止工作。为防止短时强光的干扰，特设了延时关闭功能（环境亮度达到关闭亮度时，延时30秒左右后再自动关闭）。

所述无线通讯模块用于与上位机通讯实现远程监控。无线通讯模块选用Zigbee 传输协议，Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的协议，是一种短距离、 低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。Zigbee模块可选用深圳市鼎泰克电子有限公司生产的型号为DRF1601的Zigbee无线数据通讯模块，实现串口转Zigbee无线数据透明传输的功能。通过Zigbee无线数据通讯模块可获得任意一盏LED灯运行参数，包括电压、电流、功率、故障状态参数。另外，Zigbee无线数据通讯模块的MAC地址（IEEE地址）是全球唯一的，可以作为LED灯的唯一标识，在LED灯安装时，将Zigbee无线数据通讯模块的MAC地址与LED灯的安装位置建立数据库，就可实现故障位置定位，方便管理人员维护。  

所述温度采集模块通过安装在LED驱动电源与LED灯散热基板的结合部位的温度传感器能同时测量LED驱动电源与LED灯散热基板的温度，通过数模转换器传给单片机，当 LED 灯工作温度达到设定的保护温度，例如55摄氏度时， 单片机就会发出控制命令，自动降低LED 灯运行功率，当 LED 灯工作温度降到保护温度值以下时，单片机会自动提升 LED 灯运行功率。这样就能控制 LED 灯始终工作于安全温度范围内， 从而延长LED灯的使用寿命。

所述的乡村路灯模式、城市路灯模式及室内照明模式三种作模式通过模式开关选择；

当处在室内照明模式时，通过手动按键输入控制模块实现的手动控制功能和通过无线通讯模块实现的遥控控制功能具有同等的优先级，即可以通过手动按键控制LED灯的开关及亮度调整也可由红外遥控来控制LED灯的开关和亮度调整，且每次调整后的亮度值将记忆在单片机的EEPROM里， LED灯上电时，自动按照记忆的亮度点亮LED灯。工作在该模式下的LED灯可使用的场所非常广泛，可用于普通家庭的客厅、房间的家用照明，也可用于体育馆、行政中心、多功能厅、会议室、教室等场所的公共照明。

当处在乡村路灯模式，时序控制模块以及环境照度控制模块其主要功能。这两种功能共存使得LED路灯更加智能。时序控制模块考虑了季节的变化，分为冬季时间、春秋季时间、夏季时间，但是不能区分地域的不同，以及识别天气状况的变化，由于地域和天气状况的不同就可能出现在需要开灯照明的时候不能开灯，而在亮度很高的时候灯却一直亮着，不能关闭；而环境照度控制作为补充，很好的解决了这样的矛盾。乡村路灯模式的工作流程图如2所示。流程图中的时控开启亮度和环境照度控制实现光控开启亮度为不同的亮度值，时控关闭亮度和环境照度实现光控关闭亮度也是不同的亮度值，它们均由程序初始化时设定，可通过通讯模块由上位机更改。该模式主要用于乡村、小城镇及住宅小区的路灯照明。

当处在城市路灯模式时LED 路灯由 Zigbee 传输模块构建 Zigbee 网络，实现实时的远程监控，方便管理维护。能满足实时远程监控LED灯的运行参数的需求。该模式主要用于需要远程监控的城市路灯照明。

Claims (8)

1.一种LED灯多用途智能控制器，包括单片机，所述的单片机为美国微芯PIC16F883芯片，内置EEPROM单元，外设11个通道10 位分辨率的数模转换器、2路10位精度的PWM输出、以及增强型USART模块，其特征在于：所述11个通道10 位分辨率的数模转换器上分别连接有温度采集模块、电压电流采集模块、环境照度采集模块、红外遥控模块、手动输入控制模块；所述2路10位精度的PWM输出端连接LED驱动电源，所述LED驱动电源输出端连接LED灯具组；所述的增强型USART模块上设有无线通讯模块；通过单片机的EEPROM单元编程设置三种LED灯的应用模式，即室内照明模式、乡村路灯模式、以及城市路灯模式，所述单片机上连接有模式选择开关，通过模式选择开关进行LED灯的应用模式选择，所述单片机上还连接有时钟控制单元；

所述电压电流采集模块连接LED驱动电源采集LED驱动电源的输入输出电压电流，通过数模转换器传送给单片机；

所述温度采集模块通过安装在LED驱动电源与LED灯具组散热基板结合部位的温度传感器采集LED灯具组温度，通过数模转化器传送给单片机。

2.根据权利要求1所述的一种LED灯多用途智能控制器，其特征在于：所述环境照度采集模块感应LED灯具组周围环境的光照度，通过数模转换器传给单片机。

3.根据权利要求1所述的一种LED灯多用途智能控制器，其特征在于：所述红外遥控模块采用红外接收单元接收LED灯具组亮度，通过数模转化器传给单片机实现LED灯具组开关及亮度调整。

4.根据权利要求1所述的一种LED灯多用途智能控制器，其特征在于：所述时钟控制单元根据单片机时钟芯片提供的时钟信号，按照时段设定控制LED灯的开关以及亮度调整。

5.根据权利要求1所述的一种LED灯多用途智能控制器，其特征在于：所述无线通讯模块连接上位机，实现远程监控LED灯的运行状况。

6.根据权利要求1所述的一种LED灯多用途智能控制器，其特征在于：所述PWM输出调理单元将单片机PWM模块输出的不同占空比的PWM信号转换成控制LED驱动电源的模拟电压；本发明中实现将0%—100%占空比的PWM信号转换成0—300毫伏连续可变的模拟电压，用来控制LED驱动电源的输出功率。

7.根据权利要求1所述的一种LED灯多用途智能控制器，其特征在于：所述LED驱动电源，将交流输入转换成直流输出的恒流电源，LED驱动电源的功率随着PWM调理单元输出的模拟电压连续可变。

8.根据权利要求1所述的一种LED灯多用途智能控制器，其特征在于：所述LED灯组，通过将LED灯珠多个串联后再多组并联构成的灯组，其每组串联的个数决定LED驱动电源的电压范围，并联的组数决定LED驱动电源的电流范围。