CN104582155B - 隧道灯智能模拟控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道灯智能模拟控制器，电源模块、微控制器MCU模块、调光模块、4‑20MA电流转DC0‑5V电压模块、市电掉电检测模块、继电器控制模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块。由电源模块为整个控制器供电；微控制器MCU模块分别与4‑20MA电流转DC0‑5V电压模块、市电掉电检测模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块进行双向连接；调光模块和继电器控制模块分别连接于微控制器MCU模块的相应输出端。本发明的隧道灯智能模拟控制器，4‑20MA电流转直流0‑5V电压模块可以成本较低的方式实现4‑20MA电流转DC0‑5V电压模块0‑5V的输出要求，且调光模块的输出调光精度比较高。

Description

隧道灯智能模拟控制器
技术领域
本发明涉及照明控制领域，具体涉及隧道灯智能模拟控制器。
背景技术
隧道灯控制器是为隧道照明而设计的智能开关装置。安装隧道灯控制器后,可使巡道人员在良好的照明状态下工作,同时有效地避免长明灯,节约电能。现有的隧道灯控制器，一般包括电源模块、微控制器MCU模块、调光模块、4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、继电器控制模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块。由电源模块为整个控制器供电；微控制器MCU模块分别与4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块进行双向连接；调光模块和继电器控制模块分别连接于微控制器MCU模块的相应输出端。
其中，4-20MA电流转DC0-5V电压模块的作用是将光照传感器的照度转化而来的4-20MA的电流转化为DC0-5V电压。调光模块的作用是将微控制器MCU模块输出的PWM波信号转化为0-10V电压信号。但这种隧道灯控制器，4-20MA电流转DC0-5V电压模块中存在如下问题：（1）模块中仅仅使用一个取样电阻，把电流转换成电压，取样电阻可以根据公式R=U/I求出，这种方式虽然简单，但存在缺陷，由于输入的电流是4-20Ma,所以输出不可能有0V，因此达不到0-5V的要求；（2）有些是使用集成IC芯片,直接把4-20mA转为0-5V，不过成本非常高。调光模块存在如下问题：0-10V调光，大部分都是使用模拟电路调光，即通过调节电阻的阻值，使输出的电压发生变化，模拟调光的输出调光精度比较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道灯智能模拟控制器，其可以成本较低的方式实现4-20MA电流转DC0-5V电压模块0-5V的输出要求，而且，调光模块的输出调光精度比较高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
隧道灯智能模拟控制器，电源模块、微控制器MCU模块、调光模块、4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、继电器控制模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块。由电源模块为整个控制器供电；微控制器MCU模块分别与4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块进行双向连接；调光模块和继电器控制模块分别连接于微控制器MCU模块的相应输出端；
4-20MA电流转直流0-5V电压模块由VCC电源、放大器U1、稳压管U2和电阻R1-R6组成，其中，R6的阻值为250Ω，VCC电源为DC9V电压，稳压管U2与电阻R3、R4、R5构成降压电路，把VCC电源的DC9V电压转化为DC5V电压，DC5V电压经过电阻R1与放大器U1的输入端的负极连接，光照度传感器I1输出的4-20MA电流与放大器U1的输入端的正极连接，电阻R2作为反馈电阻，与放大器U1的输出端和输入端的负极连接，放大器U1输出的0-5V电压连接到微控制器MCU模块的ADC端口；
调光模块包括光耦U15、三极管Q2和电压集成放大器U6，微控制器MCU模块的PWM0口输出0-5V的PWM波信号，经过光耦U15隔离，转换为0-3.3V的PWM波信号，PWM波经过三极管Q2放大，经过依次相串接的电阻R30和R31输入到电压集成放大器U6，电容C32、C33并联于电阻R31的两端，电容C35连接在电压集成放大器U6的第8脚，电阻R32、R33与电压集成放大器U6的第6脚连接，电阻R33的另一脚和电容C34连接到电压集成放大器U6的第7脚，电阻R32另一端和电容C34另一端连接到接地端，由电阻R32、R33决定调光模块的电压放大倍数。
上述微控制器MCU模块采用新唐的NUC100系列的单片机。
采用上述方案后，本发明的隧道灯智能模拟控制器，4-20MA电流转直流0-5V电压模块只由6个电阻、1个可调稳压三极管TL431，放大器LM358组成，这些元件都非常便宜，因此成本很低。如果输入是4mA的电流，对应输出为0V，如果输入是20mA，对应输出为5V，输入电流与输出电压成正比关系，可实现4-20MA电流转DC0-5V电压模块0-5V的输出要求。当光照度传感器输出4mA电流时，由于R6的阻值为250Ω，因此输入到放大器U1的正向电压为1V，与负相电压相抵消，因此输出为0V，当光照度传感器输出大于4mA电流时，放大器U1作为跟随器，输出对应的电压，因此，调光模块的输出调光精度比较高。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为图1中电源模块的电路原理图；
图3为图1中微控制器MCU模块的管脚功能分布示意图；
图4为图1中4-20MA电流转DC0-5V电压模块的电路原理图；
图5为图1中调光模块的电路原理图；
图6为图1中继电器控制模块的电路原理图；
图7为图1中市电掉电检测模块的电路原理图；
图8为图1中MAX485通信模块的电路原理图；
图9为图1中时钟模块的电路原理图。
具体实施方式
本发明的隧道灯智能模拟控制器，如图1所示，包括电源模块1、微控制器MCU模块2、调光模块3、4-20MA电流转DC0-5V电压模块4、市电掉电检测模块5、继电器控制模块6、时钟模块7、MAX485通信模块8和液晶屏显示模块9。由电源模块1为整个控制器供电；微控制器MCU模块2分别与4-20MA电流转DC0-5V电压模块4、市电掉电检测模块5、时钟模块7、MAX485通信模块8和液晶屏显示模块9进行双向连接；调光模块3和继电器控制模块6分别连接于微控制器MCU模块2的相应输出端。
如图2所示，电源模块1分为四部分，第一部分为：经过稳压模块U5将市电AC220V转为直流电压15V；第二部分为：将15V经过稳压模块UM4（L78M12）转化为12V；第三部分为：将12V经过稳压模块UM5（L78M05）转化为5V；第四部分为：将5V经过稳压模块UM13（SPX1117M3-3.3）转化为3.3V。
微控制器MCU模块2采用新唐的NUC100系列的单片机，NUC100系列内嵌Cortex-M0核，最高频率可达到50MHZ，具有32K字节的Flash存储器，4K字节的SRAM和4K字节用于存储ISP引导代码的ROM,具有非常丰富的外设，如GPIO口、定时器、I2C、PWM定时器、UART、SPI、看门狗定时器、RTC、ADC、PDMA等。
如图3所示，微控制器MCU模块2的第25、26、27、28脚输出PWM信号，控制调光模块3，第4、21、23、24脚分别控制继电器控制模块6的4路继电器的开关，第6、7脚与时钟模块7（DS1307）连接，第37、38、39、41脚连接按键，其余的管脚作用如图3所示。
如图4所示，4-20MA电流转直流0-5V电压模块4由VCC电源、放大器U1、稳压管U2和电阻R1-R6组成，用以把光照传感器I1的照度信号转成的4-20MA电流转化为0-5V电压。其中，R6的阻值为250Ω，VCC电源为DC9V电压，稳压管U2与电阻R3、R4、R5构成降压电路，把VCC电源的DC9V电压转化为DC5V电压，DC5V电压经过电阻R1与放大器U1的输入端的负极连接，光照度传感器I1输出的4-20MA电流与放大器U1的输入端的正极连接，电阻R2作为反馈电阻，与放大器U1的输出端和输入端的负极连接，放大器U1输出的0-5V电压连接到微控制器MCU模块2的ADC端口（第32脚）。
如图5所示，调光模块3包括光耦U15、三极管Q2和电压集成放大器U6，调光模块3的作用是将微控制器MCU模块2输出的PWM波信号转化为0-10V电压信号。微控制器MCU模块2的PWM0口输出0-5V的PWM波信号，经过光耦U15隔离，转换为0-3.3V的PWM波信号，PWM波经过三极管Q2放大，经过依次相串接的电阻R30和R31输入到电压集成放大器U6，电容C32、C33并联于电阻R31的两端，电容C35连接在电压集成放大器U6的第8脚，电阻R32、R33与电压集成放大器U6的第6脚连接，电阻R33的另一脚和电容C34连接到电压集成放大器U6的第7脚，电阻R32另一端和电容C34另一端连接到接地端，由电阻R32、R33决定调光模块的电压放大倍数，C32、C33、C34、C35为滤波电容。
本发明的隧道灯智能模拟控制器，能根据洞口亮度对洞内加强照明亮度进行跟踪控制，具体是：洞口的光照度传感器I1将亮度转化成4-20mA电流，4-20mA电流经过4-20MA电流转直流0-5V电压模块4转成成0-5V的电压，0-5V的电压经过调光模块3转换成0-10V电压，0-10V电压直接接到灯具的调光接口，控制灯具驱动电源的输出电流，从而控制灯具的亮度。
本发明的隧道灯智能模拟控制器能够接受4～20mA的标准信号。4～20mA接口既可为3线制，亦可为2线制，即DC24/12V输出、电流信号输入和地线。
如图3、6所示，继电器控制模块6连接于微控制器MCU模块2的第4、21、23、24脚，由微控制器MCU模块2的IO口控制继电器控制模块6的4路继电器在不同时间开启，时间间隔为3-5S，关闭继电器时，微控制器MCU模块2可控制继电器同时关闭。这样，当开启加强照明灯具时，由于加强照明灯具数量众多，不宣同时开启，采用分段陆续开启。四路继电器吸合时间间隔一般在3-5S。关灯时可同步关闭。继电器设有常开和常闭触点，可接AC220V或AC380V，低压侧为5v。
如图7所示，市电掉电检测模块5通过将市电电压进行整流，降压、然后经过光耦U13隔离，由微控制器MCU模块2判断光耦U13是否导通，从而判断是否有市电。
本发明的隧道灯智能模拟控制器具有掉电检测功能。系统电源来自EPS，掉电检测信号来自市电。当电源掉电后，由微控制器控制输出4V可调电压。
当微控制器MCU模块2的IO口检测到市电掉电时，微控制器MCU模块2控制PWM0口输出相对于的PWM波，经过调光模块3之后，输出4V的电压，通过微控制器可以调节调光模块3中的电压集成放大器U6的电压放大倍数，从而可调整输出电压。
本发明控制器与上位机软件之间通过MAX485通信模块8进行通信，上位机软件发送出来的指令通过RS232串口模块再转MAX485通信模块8与控制器进行通信，上位机软件上可以设置开关灯时间、亮度等级等参数，MAX485通信模块8的原理如图8所示。
时钟模块9具有实时时钟并配有备用电源，在系统掉电或更换电源情况下依旧能够长时间地工作，使时钟不至于丢失。如图9所示，时钟模块9使用DS1307，DS1307是一款低功耗芯片，该芯片可提供年份、月份、日期、天数、小时、分、秒等信息，能够自动调整每一个月的天数，并具有润年补偿功能，时钟工作在12小时模式或者24小时模式由AM/PM标志位决定，芯片的地址和数据通过两线双向的串行总线传输，具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟，芯片内有一个内置的电源感应电路，具有掉电检测和电池切换功能。

Claims (2)

1.隧道灯智能模拟控制器，包括电源模块、微控制器MCU模块、调光模块、4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、继电器控制模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块；由电源模块为整个控制器供电；微控制器MCU模块分别与4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块进行双向连接；调光模块和继电器控制模块分别连接于微控制器MCU模块的相应输出端；其特征在于：
4-20MA电流转直流0-5V电压模块由VCC电源、放大器U1、稳压管U2和电阻R1-R6组成，VCC电源为DC9V电压，稳压管U2与电阻R3、R4、R5构成降压电路，把VCC电源的DC9V电压转化为DC5V电压，DC5V电压经过电阻R1与放大器U1的输入端的负极连接，光照度传感器I1输出的4-20MA电流与放大器U1的输入端的正极连接，电阻R2作为反馈电阻，与放大器U1的输出端和输入端的负极连接，放大器U1输出的0-5V电压连接到微控制器MCU模块的ADC端口,电阻R6的一端与放大器U1的输入端的正极连接，电阻R6的另一端连接到接地端；
调光模块包括光耦U15、三极管Q2和电压集成放大器U6，电压集成放大器U6的型号为LM2904D，微控制器MCU模块的PWM0口输出0-5V的PWM波信号，经过光耦U15隔离，转换为0-3.3V的PWM波信号，PWM波经过三极管Q2放大，经过依次相串接的电阻R30和R31输入到电压集成放大器U6，电容C32、C33的一端分别连接到电阻R31的两端，电容C32、C33的另一端连接到接地端，电容C35一端连接在电压集成放大器U6的第8脚，另一端接到接地端，电阻R32、R33的一端与电压集成放大器U6的第6脚连接，电阻R33的另一脚和电容C34的一端连接到电压集成放大器U6的第7脚，电阻R32另一端和电容C34另一端连接到接地端，由电阻R32、R33决定调光模块的电压放大倍数。
2.根据权利要求1隧道灯智能模拟控制器，其特征在于：上述微控制器MCU模块采用新唐的NUC100系列的单片机。
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