CN104918364A - 基于Wi-Fi的无线智能LED电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Wi-Fi的无线智能LED电源包括：片外存储器，用于存储LED的控制参数；采集电路，用于采集预定参数的数值；反馈电路，用于通过采集到的LED的电气量获得反馈量；主控芯片，用于将获得的所述控制参数、预定参数的数值以及反馈量通过控制算法得到电源驱动控制参数，并利用所述电源驱动控制参数对LED进行管理，且用于Wi-Fi驱动；Wi-Fi无线电路，用于使所述主控芯片与外部设备进行通讯及利用Wi-Fi无线电路对LED进行组网管理；开关电源，用于对LED供电；驱动电路，用于根据所述电源驱动控制参数驱动所述开关电源中的开关元件；该基于WI-FI的无线智能LED电源能够方便、高效、准确的完成LED的管理。
Description
技术领域
本发明涉及数字电子技术领域，特别是涉及一种基于Wi-Fi的无线智能LED电源。
背景技术
目前路灯照明所采用光源有白炽灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯等，这些灯存在不环保(含有汞、铅、砷等重金属物质对环境有害)、高能耗、短寿命等缺点，所以，伴随着全球性环保意识的增强，在世界各国，尤其是发达国家和地区，绿色照明的应用将越来越普及，这些路灯将逐渐被绿色环保的光源所取代。
LED是一种高效、节能、发光寿命长的绿色环保光源，对于保护环境、节约能源、保护人类健康都具有重大意义。而调节LED的亮度是通过调节流过LED的电流来实现，所以对LED路灯的亮度控制一般通过控制LED驱动电路的输出电流来实现。因而如何对LED工作时的电流等因素进行高效的管理，是本领域技术人员需要解决的问题。因此需要方便、高效、准确的基于Wi-Fi的无线智能LED电源。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Wi-Fi的无线智能LED电源，该系统能够对LED的工作进行方便、高效、准确的管理。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于Wi-Fi的无线智能LED电源，包括：
片外存储器，用于存储LED的控制参数；
采集电路，用于采集预定参数的数值；
反馈电路，用于通过采集到的LED的电气量获得反馈量；
主控芯片，用于将获得的所述控制参数、预定参数的数值以及反馈量通过控制算法得到电源驱动控制参数，并利用所述电源驱动控制参数对LED进行管理，且用于Wi-Fi驱动；
Wi-Fi无线电路，用于使所述主控芯片与外部设备进行通讯及利用Wi-Fi无线电路对LED进行组网管理；
开关电源，用于对LED供电；
驱动电路，用于根据所述电源驱动控制参数驱动所述开关电源中的开关元件。
其中，所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源还包括：
定位电路，与所述主控芯片相连，用于LED定位。
其中，所述定位电路包括：Wi-Fi定位电路。
其中，所述主控芯片包括：
驱动模块，用于Wi-Fi驱动；
第一读取模块，用于在系统上电复位后读取所述LED的控制参数；
第二读取模块，用于读取所述预定参数的数值；
第三读取模块，用于读取所述反馈量；
计算模块，用于利用所述第一读取模块、第二读取模块以及第三读取模块获得的数据，根据控制算法计算电源驱动控制参数的数值；
输出模块，用于将所述电源驱动控制参数的数值发送给驱动电路。
其中，所述控制算法具体为：PID增量算法。
其中，所述主控芯片还包括：
定位模块，与所述定位电路相连，用于LED定位。
其中，所述主控芯片还包括：
监测模块，用于将读取采集电路采集的预定参数的数值与标准数值进行比较，当比较结果不符合预定条件时，根据比较结果选定预定程序，根据所述预定程序进行处理。
其中，所述监测模块还包括：报警单元，用于当比较结果不符合预定条件时，进行报警。
其中，所述开关电源包括：非隔离开关电源。
其中，所述主控芯片为：ARM CORTEX M4处理器。
本发明所提供的基于Wi-Fi的无线智能LED电源包括：片外存储器，用于存储LED的控制参数；采集电路，用于采集预定参数的数值；反馈电路，用于通过采集到的LED的电气量获得反馈量；主控芯片，用于将获得的所述控制参数、预定参数的数值以及反馈量通过控制算法得到电源驱动控制参数，并利用所述电源驱动控制参数对LED进行管理且用于Wi-Fi驱动；Wi-Fi无线电路，用于使所述主控芯片与外部设备进行通讯及利用Wi-Fi无线电路对LED进行组网管理；开关电源，用于对LED供电；驱动电路，用于根据所述电源驱动控制参数驱动所述开关电源中的开关元件；可以通过采集电路得到的数值了解LED实际的工作情况或周围环境情况；通过反馈电路可以准确知道LED是否工作在稳定状态等；通过主控芯片可以利用上述数据对LED进行管理，使其能够工作在合适的状态下；另一方面主控芯片可以通过电源驱动控制参数控制驱动电路对开关电源进行控制，这样就省去了专用的电源芯片，减少了芯片的数量同时简化了系统的结构和节约了系统成本。该基于Wi-Fi的无线智能LED电源能够方便、高效、准确的完成LED的管理。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于Wi-Fi的无线智能LED电源的结构框图；
图2为本发明实施例提供的主控芯片的结构框图；
图3为本发明实施例提供的控制算法的示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种基于Wi-Fi的无线智能LED电源，该系统能够对LED的工作进行方便、高效、准确的管理。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的基于Wi-Fi的无线智能LED电源的结构框图；该系统可以包括：
片外存储器200，用于存储LED的控制参数；
其中，片外存储器200中存储了LED产品参数，以及LED亮度、亮灭时段、亮灭方式等参数的设定值可以一起作为控制参数。这些控制参数可以是后续进行计算的一些标准，可以通过与这些控制参数的比较，或者利用控制参数进行计算，得到工作中的LED的实际情况，是基于Wi-Fi的无线智能LED电源的基础。
采集电路300，用于采集预定参数的数值；
其中，采集电路可以对电网电压、环境亮度、系统温度、环境温度等参数预定参数进行采集。采集电路300可以将采集到的参数通过数据采集接口传递给主控芯片。其中，预定参数的选取可以根据实际需要进行，例如环境亮度，通过对此参数的采集，可以依据该参数的数值的大小来确定LED的亮度，例如当环境亮度很亮时，达到预定阀值时，主控芯片可以是LED停止工作，又例如环境亮度很低，则可以根据环境亮度参数的值对流经LED的电流的大小进行控制，使得LED亮度变亮等。
反馈电路500，用于通过采集到的LED的电气量获得反馈量；
其中，反馈电路500可以通过LED实际工作过程的监视来对基于Wi-Fi的无线智能LED电源的控制效果进行校正。可以采集LED两端的电压值，以及流经该LED的电流值，并将该电压值和电流值发送给反馈电路，经过反馈电路的处理可以得到反馈量。将该反馈量发送给主控芯片，主控芯片可以通过反馈量，以及其他数据利用控制算法进行计算，实现对LED控制效果的校正。
主控芯片100，用于将获得的所述控制参数、预定参数的数值以及反馈量通过控制算法得到电源驱动控制参数，并利用所述电源驱动控制参数对LED进行管理且用于Wi-Fi驱动；
其中，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)，简称脉宽调制；电源驱动控制参数可以是PWM信号的频率及占空比；并将得到的电源驱动控制参数的数值发送给驱动电路，驱动电路通过控制开关电源实现对LED的控制。主控芯片通过对这些参数实现对LED的管理，使LED工作在稳定状态。主控芯片通过对上述数据的处理，通过处理结果控制开关电源的工作情况，实现对开关电源的控制，这样就相当于具有电源芯片的功能，可以使系统不附加使用电源芯片，减少系统芯片的数量，芯片使用数量的减少也必然会使得硬件结构的复杂性降低。同时主控芯片还承担着整个系统的管理工作，如电网电压检测、LED亮度检测、LED散热片温度检测以及无线通讯等。
其中，优选的，主控芯片100可以选择ARM CORTEX M4处理器芯片，该芯片的精度和效率比较高，而且管脚丰富，便于对基于Wi-Fi的无线智能LED电源进行扩展。其中，除了为数字电源提供PWM等外设资源，还承载了Wi-Fi的底层驱动，运行Wi-Fi的软件算法，将Wi-Fi的协议栈，OS系统。负责Wi-Fi的底层驱动，保证Wi-Fi运行正常。
Wi-Fi无线电路700，用于使所述主控芯片与外部设备进行通讯及利用Wi-Fi无线电路对LED进行组网管理；
其中，Wi-Fi无线电路700与主控芯片100使整个智能数字电源具备了与其他设备通讯的能力，通过Wi-Fi可以OTA电源的软件，改变电源的参数，使得电源具有更好的匹配性。以实现对驱动器的组网管理及远程维护。
其中，无线电路可以通过扩展接口与主控芯片进行数据交互，通过无线电路可以将主控芯片的数据进行无线传输，可以在服务器侧对基于Wi-Fi的无线智能LED电源进行远程监控，若具有多个地区的基于Wi-Fi的无线智能LED电源则可以方便远程集中管理，省时省力；同时也方便技术人员对该基于Wi-Fi的无线智能LED电源进行远程维护等。
开关电源600，用于对LED供电；
其中，优选的，开关电源600可以选用Buck型开关电源，其中，可以通过选择合适的输出电感及开关频率，便可以使系统工作在电感电流连续的模式；例如，基于ARM CORTEX M4的基于Wi-Fi的无线智能LED电源则可以根据Buck型开关电源原理，充分利用ARMCORTEX M4片上PWM(多达8路PWM输出)及ADC(多达16通道ADC)等外设资源并结合相应的控制算法实现电流的闭环控制。可选的，所述开关电源包括：非隔离开关电源。
驱动电路400，用于根据所述电源驱动控制参数驱动所述开关电源中的开关元件；
其中，主控芯片发送的电源驱动控制参数例如PWM信号的频率及占空比，驱动电路通过对PWM信号进行放大等处理后，用于驱动开关电源中的开关元件，使得开关电源合理的对LED系统进行供电。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的基于Wi-Fi的无线智能LED电源可以通过采集电路得到的数值了解LED实际的工作情况或周围环境情况；通过反馈电路可以准确知道LED是否工作在稳定状态等；通过主控芯片可以利用上述数据对LED进行管理，使其能够工作在合适的状态下；另一方面主控芯片可以通过电源驱动控制参数控制驱动电路对开关电源进行控制，这样就省去了专用的电源芯片，减少了芯片的数量同时简化了系统的结构和节约了系统成本。该系统硬件结构简单，其中，优选的，尤其是在需要一个LED驱动器需要驱动多路LED串的时候，更能够体现出本发明使用芯片数量少，硬件结构简单，控制灵活，效率高等特点。且具有Wi-Fi功能，能够实现与外部其他设备进行通讯，还可以通过Wi-Fi可以OTA电源的软件，改变电源的参数，使得电源具有更好的匹配性。以实现对驱动器的组网管理及远程维护。
优选的，由于主控芯片有丰富的引脚，可以提供大量的扩展接口，因此该基于Wi-Fi的无线智能LED电源相对应的可以具有多种扩展外设，例如定位电路，监控电路，保护电路等。
优选的，该系统还可以包括：
定位电路，与主控芯片相连，用于LED定位。
其中，利用定位电路也可以进行定位管理，实时知道每个位置的LED的实际工作情况，便于及时发现问题，快速定位，节约维修检测时间。
可选的，所述定位电路包括：Wi-Fi定位电路。
优选的，请参照图2，图2为本发明实施例提供的主控芯片的结构框图；该芯片可以包括：
第一读取模块110，用于在系统上电复位后读取所述LED的控制参数；
第二读取模块120，用于读取所述预定参数的数值；
第三读取模块130，用于读取所述反馈量；
计算模块140，用于利用所述第一读取模块、第二读取模块以及第三读取模块获得的数据，根据控制算法计算电源驱动控制参数的数值；
其中，按照预定程序将上述数据作为控制算法计算的数据或计算结果的参考值。
其中，计算得到的电源驱动控制参数可以通过驱动电路实现对开关电源的控制；通过控制参数以及采集的预定参数等对LED的管理，例如对LED散热片温度的监控等。
输出模块150，用于将所述电源驱动控制参数的数值发送给驱动电路。
驱动模块160，用于Wi-Fi驱动；
可选的，所述控制算法具体为：PID增量算法。
其中，在实际应用中PID算法的实现又分直接计算法和增量算法两种，这里所谓的增量算法就是相对于标准算法的相邻两次运算之差，得到的结果是增量，也就是说，在上一次的控制量的基础上需要增加(负值意味着减少)控制量，例如对于占空比控制的调光系统，就是PWM控制信号占空比还需要增大或减小的量。根据具体的应用适当选择采用哪一种算法，但基本的控制方法、原理是完全一样的，直接计算法得到的是当前需要的控制量，相邻两次控制的差就是增量，例如，基于ARM CORTEX M4的基于Wi-Fi的无线智能LED电源采用的算法可以参照图3，图3为本发明实施例提供的控制算法的示意图。
可选的，基于Wi-Fi的无线智能LED电源中所述主控芯片还包括：
定位模块，与定位电路相连，用于LED定位。
可选的，基于Wi-Fi的无线智能LED电源中所述主控芯片还包括：
监测模块，用于将读取采集电路采集的预定参数的数值与标准数值进行比较，当比较结果不符合预定条件时，根据比较结果选定预定程序，根据所述预定程序进行处理。
例如，将LED散热片中的温度检测器采集到的温度的数值与主控芯片中的预定条件中的温度值进行比较，当比较结果为采集的温度数值大于预定温度值，则要选定对散热片进行降温的预定程序进行处理，直到温度采集器采集的该LED散热片的温度在预定条件的温度范围内则，退出该预定程序。
通过主控芯片的这些管理，可以保证LED安全、稳定、高效的运行。
可选的，所述监测模块还包括：报警单元，用于当比较结果不符合预定条件时，进行报警。
例如上述的将LED散热片中的温度检测器采集到的温度的数值与主控芯片中的预定条件中的温度值进行比较，当比较结果为采集的温度数值大于预定温度范围，则进行报警，提醒工作人员进行相应的操作使得散热片温度下降到安全范围内。这时的报警可以是警铃，或指示灯等。
其中，例如，基于ARM CORTEX M4的LED驱动单芯片管理系统解决方案，将系统管理及电源控制合二为一，降低了硬件设计的复杂程度，同时又兼顾了驱动输出路数设计的灵活性，可通过改变主控芯片外围的存储器中的内容，实现对LED电流大小、亮灭时段、亮灭模式、环境亮度及系统温度等控制参数的定制，还可通过MCU的数据接口对系统进行组网管理和远程维护。可以通过Wi-Fi升级固件程序，改变电源的输出电压，电流大小，改变电源的功率，将电源的各种参数返回到Wi-Fi模块，并借助于Wi-Fi模块返回的控制面板；基于Arm cortex M4的LED驱动单芯片管理系统解决方案主要具有以下优势：
(1)低成本—单芯片解决，省去专用的恒流芯片，有效地降低了系统成本。
(2)高效率—非隔离开关电源，没有变压器的漏磁损耗，转换效率高，系统满载时整体效率高达95％
(3)驱动能力强—8路非隔离恒流驱动输出，可驱动8串(每串不少于14个)LED，总输出功率不低于100W
(4)控制灵活—采用高性能Arm cortex M4作为控制核心，可充分发挥32位实时控制功能的优势，每路LED的电流大小、亮灭方式等均可独立控制
(5)扩展性好—预留温度、亮度、色温等检测接口，支持串口、I2C等数据接口，可以进行系统集成(如对LED路灯进行Wi-Fi模块连接)。
(6)基于Wi-Fi的无线信息传输，可以很方便的更改电源的信息，使得电源的通用性增强。
本发明实施例提供了基于Wi-Fi的无线智能LED电源，可以通过上述系统能够方便、高效、准确的完成LED的管理。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的基于Wi-Fi的无线智能LED电源进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，包括：
片外存储器，用于存储LED的控制参数；
采集电路，用于采集预定参数的数值；
反馈电路，用于通过采集到的LED的电气量获得反馈量；
主控芯片，用于将获得的所述控制参数、预定参数的数值以及反馈量通过控制算法得到电源驱动控制参数，并利用所述电源驱动控制参数对LED进行管理，且用于Wi-Fi驱动；
Wi-Fi无线电路，用于使所述主控芯片与外部设备进行通讯及利用Wi-Fi无线电路对LED进行组网管理；
开关电源，用于对LED供电；
驱动电路，用于根据所述电源驱动控制参数驱动所述开关电源中的开关元件。
2.如权利要求1所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，还包括：
定位电路，与所述主控芯片相连，用于LED定位。
3.如权利要求2所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，所述定位电路包括：Wi-Fi定位电路。
4.如权利要求1所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，所述主控芯片包括：
驱动模块，用于Wi-Fi驱动；
第一读取模块，用于在系统上电复位后读取所述LED的控制参数；
第二读取模块，用于读取所述预定参数的数值；
第三读取模块，用于读取所述反馈量；
计算模块，用于利用所述第一读取模块、第二读取模块以及第三读取模块获得的数据，根据控制算法计算电源驱动控制参数的数值；
输出模块，用于将所述电源驱动控制参数的数值发送给驱动电路。
5.如权利要求4所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，所述控制算法具体为：PID增量算法。
6.如权利要求2所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，所述主控芯片还包括：
定位模块，与所述定位电路相连，用于LED定位。
7.如权利要求1所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，所述主控芯片还包括：
监测模块，用于将读取采集电路采集的预定参数的数值与标准数值进行比较，当比较结果不符合预定条件时，根据比较结果选定预定程序，根据所述预定程序进行处理。
8.如权利要求7所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，所述监测模块还包括：报警单元，用于当比较结果不符合预定条件时，进行报警。
9.如权利要求1所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，所述开关电源包括：非隔离开关电源。
10.如权利要求1所述的基于Wi-Fi的无线智能LED电源，其特征在于，所述主控芯片为：ARM CORTEX M4处理器。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2015-05-15 CN CN201510249479.7A patent/CN104918364A/zh active Pending
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