CN105407574A - 一种基于信号处理电路的智能led灯的节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，主要由单片机，亮度传感器，开关电路，与开关电路相连接的LED灯，与单片机相连接的电源，以及串接在LED灯和开关电路之间的三线滤波驱动放大电路组成；其特征在于：在亮度传感器与单片机之间还串接有信号处理电路，所述信号处理电路则由与亮度传感器相连接的信号滤波电路，以及与信号滤波电路相连接的二阶放大电路组成。本发明有效的确保了智能LED灯节能驱动系统能准确的根据室内亮度的变化来输出不同的电流，因而有效的降低本智能节能LED灯的能源消耗，从而达到人们对LED灯在节能方面的要求。

Description

一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统

技术领域

本发明涉及智能电子设备的控制系统，具体涉及的是一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统。

背景技术

目前，LED灯作为新型节能光源，以其环保、节能、寿命长、体积小等特点，已经被人们广泛接纳和采用。随着人们生活水平不断的提高，无论在家里或商店里对LED灯亮度和能耗提出了更高的要求，即人们需要在进一步提高LED灯亮度的同时，需要LED灯具有更低的能耗。于是，人们就对LED灯在节能方面提出了更高的要求。

然而，目前人们所使用的LED灯，由于控制系统稳定性差且无法根据不同的环境亮度进行有效控制LED灯的亮度，而且输出的驱动电流不能根据人们对LED灯亮度的不同需求进行调节，造成大量的能源浪费，从而不能满足人们对LED灯在节能方面的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的LED灯的驱动系统不仅负载能力差，而且输出的驱动电流不能根据人们对LED灯亮度的不同需求进行调节，造成大量的能源浪费的缺陷，提供一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统。

本发明通过以下技术方案来实现：一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，主要由单片机，亮度传感器，开关电路，与开关电路相连接的LED灯，与单片机相连接的电源，以及串接在LED灯和开关电路之间的三线滤波驱动放大电路组成；同时，在亮度传感器与单片机之间还串接有信号处理电路。

所述信号处理电路由与亮度传感器相连接的信号滤波电路，和输入端与信号滤波电路的输出端相连接、其输出端与单片机相连接的二阶放大电路组成。号滤波电路由放大器P3，三极管VT3，正极经电阻R20后与三极管VT3的基极相连接、负极顺次经电阻R21和电阻R22后与三极管VT3的发射极相连接的极性电容C9，P极顺次经电阻R24和极性电容C10后与三极管VT3的集电极相连接、N极与放大器P3的正极输入端相连接的二极管D7，一端与三极管VT3的发射极相连接、另一端与放大器P3的负极输入端相连接的电阻R23，正极与放大器P3的负极输入端相连接、负极接地的极性电容C11，P极与放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R26后与放大器P3的负极输入端相连接的二极管D8，以及负极经电阻R25后与二极管D7的P极相连接、正极经电阻R28后和放大器P3的输出端共同形成信号滤波电路的输出端的极性电容C12组成；所述极性电容C9的正极作为信号滤波电路的输入端并与亮度传感器相连接。

所述二阶滤波电路由放大器P4，放大器P5，三极管VT4，负极与放大器P4的负极输入端相连接、正极经电阻R27后与放大器P3的输出端相连接的极性电容C13，一端与放大器P4的负极输入端相连接、另一端与放大器P4的输出端相连接的电阻R29，P极与放大器P4的负极输入端相连接、N极与放大器P4的输出端相连接的二极管D9，负极与放大器P5的正极输入端相连接、正极经电阻R31后与放大器P4的输出端相连接的极性电容C15，正极顺次经电阻R32和电阻R33以及二极管D11后与放大器P5的输出端相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的极性电容C14，一端与放大器P4的输出端相连接、另一端与三极管VT4的基极相连接的电阻R30，P极与三极管VT4的发射极相连接、N极经电阻R35后与放大器P5的负极输入端相连接的二极管D10，以及正极与二极管D10的N极相连接、负极经电阻R34后与放大器P5的输出端相连接的极性电容C16组成；所述放大器P4的正极输入端经电阻R28后与极性电容C12的正极相连接；所述三极管VT4的集电极接地；所述放大器P5的输出端作为二阶滤波电路的输出端。

所述三线滤波驱动放大电路由集成芯片U，均与集成芯片U相连接的电流滤波电路和电流驱动电路，以及连接在电流滤波电路与电流驱动电路之间的运算放大电路组成。

所述电流滤波电路由三极管VT1，正极与集成芯片U的CLK管脚相连接、负极顺次经电阻R4和电阻R5后与集成芯片U的OPIN管脚相连接的极性电容C1，P极经电阻R15后与三极管VT1的基极相连接、N极经电阻R6后与集成芯片U的AL管脚相连接的二极管D1，正极与集成芯片U的SW管脚相连接、负极与三极管VT1的发射极相连接的极性电容C6，一端与集成芯片U的CLK管脚相连接、另一端和集成芯片U的IN管脚共同形成电流滤波电路的输入端的电阻R1，正极与集成芯片U的CLK管脚相连接、负极与集成芯片U的IN管脚相连接的极性电容C2，以及正极经电阻R3后与集成芯片U的IN管脚相连接、负极经电阻R2后和三极管VT1的基极共同形成电流滤波电路的输出端的极性电容C3组成；所述集成芯片U的OPIN管脚与极性电容C6的正极相连接；所述三极管VT1的集电极相连接、其基极作为电流滤波电路的输出端并与电流驱动电路相连接。

所述运算放大电路由放大器P1，极性电容C5，N极与放大器P1的输出端相连接、P极顺次经电阻R7和极性电容C4后与放大器P1的正极输入端相连接的二极管D2，P极经电阻R17后与放大器P1的正极输入端相连接、N极经电阻R18后和极性电容C5的负极共同形成运算放大电路的输出端与电流驱动电路相连接的二极管D6，以及一端与放大器P1的输出端相连接、另一端与极性电容C5的正极相连接的电阻R10组成；所述放大器P1的负极输入端经电阻R2后与极性电容C3的负极相连接。

所述电流驱动电路由三极管VT2，放大器P2，负极与放大器P2的负极输入端相连接、正极经电阻R8后与集成芯片U的OUT管脚相连接的极性电容C7，P极顺次经电阻R12和电阻R9后与三极管VT2的基极相连接、N极经电阻R16后与放大器P2的正极输入端相连接的二极管D3，P极与放大器P2的正极输入端相连接、N极与三极管VT1的基极相连接的二极管D4，正极与二极管D3的N极相连接、负极顺次经电阻R13和电阻R14后与放大器P2的输出端相连接的极性电容C8，以及P极经电阻R11后与三极管VT2的基极相连接、N极和放大器P2的输出端共同形成电流驱动电路的输出端的二极管D5组成；所述三极管VT2的发射极与极性电容C5的负极相连接、其集电极接地；所述放大器P2的负极输入端经电阻R18后与二极管D6的N极相连接。

为确保本发明的实际使用效果，所述集成芯片U优先采用MAX291集成芯片来实现。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的信号处理电路能对亮度传感器输出的亮度信号进行过滤和放大，同时还能将亮度信号转换为电路信号，从而确保了本智能LED灯的节能驱动系统的准确性。

(2)本发明的三线滤波驱动放大电路能有效的对输入的电压电流进行滤波、过压保护、过温保护，以及能确保输出稳定的电压电流，从而有效的确保了本智能LED灯的节能驱动系统的稳定性。

(3)本发明采用了亮度感应器，该感应器具有灵敏度高、可控性强等优点，还能将感采集到的亮度值转换成可用输出的亮度信号，从而确保了本智能LED灯的节能控制系统能根据室内的亮度变化输出不同的电流，因而能有效的降低LED灯的能源消耗。

(4)本发明的整体结构简单，不仅制作和使用非常方便，且稳定性高。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图。

图2为本发明的三线滤波驱动放大模块的电路结构示意图。

图3为本发明的信号处理电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由单片机，亮度传感器，开关电路，与开关电路相连接的LED灯，与单片机相连接的电源，串接在亮度传感器与单片机之间的信号处理电路，以及串接在LED灯和开关电路之间的三线滤波驱动放大电路组成。其中，该三线滤波驱动放大电路的结构如图2所示，其由集成芯片U，以及均与集成芯片U相连接的电流滤波电路、运算放大电路和电流驱动电路组成。

为确保本发明的可靠运行，所述的单片机为LT3474单片机，该LT3474单片机的OUT管脚和PWM管脚分别与开关电路连接，VC管脚与电源连接。所述的电源为12V直流电，该12V直流电为单片机供电。

如图2所示，该电流滤波电路由三极管VT1，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R15，极性电容C1，极性电容C2，极性电容C3，极性电容C6，以及二极管D1组成。

连接时，极性电容C1的正极与集成芯片U的CLK管脚相连接、负极顺次经电阻R4和电阻R5后与集成芯片U的OPIN管脚相连接。二极管D1的P极经电阻R15后与三极管VT1的基极相连接、N极经电阻R6后与集成芯片U的AL管脚相连接。极性电容C6的正极与集成芯片U的SW管脚相连接、负极与三极管VT1的发射极相连接。

其中，电阻R1的一端与集成芯片U的CLK管脚相连接、另一端与集成芯片U的IN管脚共同形成电流滤波电路的输入端并与开关电路相连接。极性电容C2的正极与集成芯片U的CLK管脚相连接、负极与集成芯片U的IN管脚相连接。极性电容C3的正极经电阻R3后与集成芯片U的IN管脚相连接、负极经电阻R2后与放大器P1的负极输入端相连接。

所述集成芯片U的OPIN管脚与极性电容C6的正极相连接；所述三极管VT1的集电极相连接、其基极作为电流滤波电路的输出端与电流驱动电路相连接；所述集成芯片U的IN管脚与LT3474单片机的OUT管脚相连接。

同时，所述运算放大电路由放大器P1，电阻R7，电阻R10，电阻R17，电阻R18，极性电容C4，极性电容C5，二极管D2，以及二极管D6组成。

连接时，二极管D2的N极与放大器P1的输出端相连接、其P极经电阻R7后与极性电容C4的负极相连接，所述极性电容C4的正极则与放大器P1的正极输入端相连接。二极管D6的P极经电阻R17后与放大器P1的正极输入端相连接、N极经电阻R18后和极性电容C5的负极共同形成运算放大电路的输出端并与电流驱动电路相连接。电阻R10的一端与放大器P1的输出端相连接、另一端与极性电容C5的正极相连接。

同时，所述电流驱动电路由三极管VT2，放大器P2，电阻R8，电阻R9，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R16，极性电容C7，极性电容C8，二极管D3，二极管D4，以及二极管D5组成。

连接时，极性电容C7的负极与放大器P2的负极输入端相连接、正极经电阻R8后与集成芯片U的OUT管脚相连接。二极管D3的P极顺次经电阻R12和电阻R9后与三极管VT2的基极相连接、N极经电阻R16后与放大器P2的正极输入端相连接。二极管D4的P极与放大器P2的正极输入端相连接、N极与三极管VT1的基极相连接。极性电容C8的正极与二极管D3的N极相连接、负极顺次经电阻R13和电阻R14后与放大器P2的输出端相连接。二极管D5的P极经电阻R11后与三极管VT2的基极相连接、N极和放大器P2的输出端共同形成电流驱动电路的输出端并与LED灯相连接。

所述三极管VT2的发射极与极性电容C5的负极相连接、其集电极接地；所述放大器P2的负极输入端经电阻R18后与二极管D6的N极相连接。

本发明在运行时，当LED灯的亮度低于单片机内的亮度对比值时，开关电路输出的电路信号经电阻R1、极性电容C2进行高阻抗过滤后由集成芯片U进行处理后转换为驱动电流，该驱动电流经由运算放大电路放大后输出。该经运算放大电路放大后的驱动电流传输到电流驱动电路进行再次放大后输出高驱动电流。当LED灯的亮度大于单片机内的亮度对比值时，集成芯片U的SW管脚输出低驱动电流经电流驱动电路输出低驱动电流。为了更好的实施本发明，所述集成芯片U优先采用性能稳定的MAX291集成芯片来实现。

如图3所示，所述信号处理电路由信号滤波电路和二阶放大电路组成；所述信号滤波电路由放大器P3，三极管VT3，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，电阻R25，电阻R26，电阻R28，极性电容C9，极性电容C10，极性电容C11，极性电容C12，二极管D7，以及二极管D8组成。

连接时，极性电容C9的正极经电阻R20后与三极管VT3的基极相连接、负极顺次经电阻R21和电阻R22后与三极管VT3的发射极相连接。二极管D7的N极与放大器P3的正极输入端相连接、其P极经电阻R24后与极性电容C10的正极相连接，所述极性电容C10的负极则与三极管VT3的集电极相连接。

其中，电阻R23的一端与三极管VT3的发射极相连接、另一端与放大器P3的负极输入端相连接。极性电容C11的正极与放大器P3的负极输入端相连接、负极接地。二极管D8的P极与放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R26后与放大器P3的负极输入端相连接。极性电容C12的负极经电阻R25后与二极管D7的P极相连接、正极经电阻R28后和放大器P3的输出端共同形成信号滤波电路的输出端并与二阶滤波电路相连接；所述极性电容C9的正极作为信号处理电路的输入端并与亮度传感器相连接。

同时，所述二阶滤波电路由放大器P4，放大器P5，三极管VT4，电阻R27，电阻R29，电阻R30，电阻R31，电阻R32，电阻R33，电阻R34，电阻R35，极性电容C13，极性电容C14，极性电容C15，极性电容C16，二极管D9，二极管D10，以及二极管D11组成。

连接时，极性电容C13的负极与放大器P4的负极输入端相连接、正极经电阻R27后与放大器P3的输出端相连接。电阻R29的一端与放大器P4的负极输入端相连接、另一端与放大器P4的输出端相连接。二极管D9的P极与放大器P4的负极输入端相连接、N极与放大器P4的输出端相连接。极性电容C15的负极与放大器P5的正极输入端相连接、正极经电阻R31后与放大器P4的输出端相连接。

其中，极性电容C14的负极与放大器P4的输出端相连接、其正极顺次经电阻R32和电阻R33后与二极管D11的P极相连接，所述二极管D11的N极则与放大器P5的输出端相连接。电阻R30的一端与放大器P4的输出端相连接、另一端与三极管VT4的基极相连接。二极管D10的P极与三极管VT4的发射极相连接、N极经电阻R35后与放大器P5的负极输入端相连接。极性电容C16的正极与二极管D10的N极相连接、负极经电阻R34后与放大器P5的输出端相连接。

所述放大器P4的正极输入端经电阻R28后与极性电容C12的正极相连接；所述三极管VT4的集电极接地；所述放大器P5的输出端作为二阶滤波电路的输出端并与LT3474单片机的REF管脚相连接。

本发明在运行时，信号通过电阻R20、极性电容C9和电阻R21等元件形成的电流信号高阻抗区，该电流信号高阻抗区能排除输入的电流信号中的不规则电流信号，且有效的确保电流信号的平稳度，经过电流高阻抗区的信号电流通过放大器P3、二极管D7、二极管D8和极性电容C12进行谐波过滤后，经二阶放大电路将电流信号放大后输出，从而有效的确保了本智能LED灯的节能驱动系统的准确性。

本发明在运行时，本发明的亮度感应器采用了APDS-9002亮度感应器，该APDS-9002亮度感应器采集亮度信号的准确性强。所述的亮度感应器用于采集LED灯工作区域的亮度信号，该亮度感应器并能将所采集的亮度信号经信号处理电路后转换为电流信号传输给单片机。所述的单片机内存储有亮度参照值，该单片机将亮度感应器传输的电流信号转换为数据信号后与存储的亮度值进行比对后输出相应的控制信号给开关电路。所述的开关电路根据单片机传输的不同的控制信号输出相应的电流给三线滤波驱动放大电路，所述三线滤波驱动放大电路对开关电路传输的电流进行滤波放大输出相应的驱动电流对LED灯的亮度进行调节。本发明中的开关电路为现有技术。

当亮度感应器所采集到的LED灯工作区域的亮度值高于单片机内存储的亮度值时，单片机输出低电流控制信号给开关电路，此时，开关电路则根据单片机传输的低电流控制信号输出相应的低电流给三线滤波驱动放大电路，该三线滤波驱动放大电路则同时输出低驱动电流使LED灯的亮度降低，使LED灯的亮度增加，使LED灯的亮度与单片机内存储的亮度值一致。反之，当亮度感应器所采集到的LED灯工作区域的亮度值低于单片机内存储的亮度值时，单片机输出高电流控制信号给开关电路，此时，开关电路则根据单片机传输的高电流控制信号输出相应的高电流三线滤波驱动放大电路，该三线滤波驱动放大电路则输出高驱动电流使LED灯的亮度增加，使LED灯的亮度与单片机内存储的亮度值一致。

因此，本发明的LED灯的节能控制系统能根据环境亮度的变化输出不同的电流，从而实现了人们对LED灯在节能方面的要求。

如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (8)

1.一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，主要由单片机，亮度传感器，开关电路，与开关电路相连接的LED灯，与单片机相连接的电源，以及串接在LED灯和开关电路之间的三线滤波驱动放大电路组成；其特征在于：在亮度传感器与单片机之间还串接有信号处理电路，所述信号处理电路则由与亮度传感器相连接的信号滤波电路，以及与信号滤波电路相连接的二阶放大电路组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，其特征在于，所述信号滤波电路由放大器P3，三极管VT3，正极经电阻R20后与三极管VT3的基极相连接、负极顺次经电阻R21和电阻R22后与三极管VT3的发射极相连接的极性电容C9，P极顺次经电阻R24和极性电容C10后与三极管VT3的集电极相连接、N极与放大器P3的正极输入端相连接的二极管D7，一端与三极管VT3的发射极相连接、另一端与放大器P3的负极输入端相连接的电阻R23，正极与放大器P3的负极输入端相连接、负极接地的极性电容C11，P极与放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R26后与放大器P3的负极输入端相连接的二极管D8，以及负极经电阻R25后与二极管D7的P极相连接、正极经电阻R28后和放大器P3的输出端共同形成信号滤波电路的输出端的极性电容C12组成；所述极性电容C9的正极作为信号滤波电路的输入端并与亮度传感器相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，其特征在于，所述二阶滤波电路由放大器P4，放大器P5，三极管VT4，负极与放大器P4的负极输入端相连接、正极经电阻R27后与放大器P3的输出端相连接的极性电容C13，一端与放大器P4的负极输入端相连接、另一端与放大器P4的输出端相连接的电阻R29，P极与放大器P4的负极输入端相连接、N极与放大器P4的输出端相连接的二极管D9，负极与放大器P5的正极输入端相连接、正极经电阻R31后与放大器P4的输出端相连接的极性电容C15，正极顺次经电阻R32和电阻R33以及二极管D11后与放大器P5的输出端相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的极性电容C14，一端与放大器P4的输出端相连接、另一端与三极管VT4的基极相连接的电阻R30，P极与三极管VT4的发射极相连接、N极经电阻R35后与放大器P5的负极输入端相连接的二极管D10，以及正极与二极管D10的N极相连接、负极经电阻R34后与放大器P5的输出端相连接的极性电容C16组成；所述放大器P4的正极输入端经电阻R28后与极性电容C12的正极相连接；所述三极管VT4的集电极接地；所述放大器P5的输出端作为二阶滤波电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，其特征在于，所述三线滤波驱动放大电路由集成芯片U，均与集成芯片U相连接的电流滤波电路和电流驱动电路，以及连接在电流滤波电路与电流驱动电路之间的运算放大电路组成。

5.根据权利要求4所述的一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，其特征在于，所述电流滤波电路由三极管VT1，正极与集成芯片U的CLK管脚相连接、负极顺次经电阻R4和电阻R5后与集成芯片U的OPIN管脚相连接的极性电容C1，P极经电阻R15后与三极管VT1的基极相连接、N极经电阻R6后与集成芯片U的AL管脚相连接的二极管D1，正极与集成芯片U的SW管脚相连接、负极与三极管VT1的发射极相连接的极性电容C6，一端与集成芯片U的CLK管脚相连接、另一端和集成芯片U的IN管脚共同形成电流滤波电路的输入端的电阻R1，正极与集成芯片U的CLK管脚相连接、负极与集成芯片U的IN管脚相连接的极性电容C2，以及正极经电阻R3后与集成芯片U的IN管脚相连接、负极经电阻R2后和三极管VT1的基极共同形成电流滤波电路的输出端的极性电容C3组成；所述集成芯片U的OPIN管脚与极性电容C6的正极相连接；所述三极管VT1的集电极相连接、其基极作为电流滤波电路的输出端并与电流驱动电路相连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，其特征在于，所述运算放大电路由放大器P1，极性电容C5，N极与放大器P1的输出端相连接、P极顺次经电阻R7和极性电容C4后与放大器P1的正极输入端相连接的二极管D2，P极经电阻R17后与放大器P1的正极输入端相连接、N极经电阻R18后和极性电容C5的负极共同形成运算放大电路的输出端与电流驱动电路相连接的二极管D6，以及一端与放大器P1的输出端相连接、另一端与极性电容C5的正极相连接的电阻R10组成；所述放大器P1的负极输入端经电阻R2后与极性电容C3的负极相连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，其特征在于，所述电流驱动电路由三极管VT2，放大器P2，负极与放大器P2的负极输入端相连接、正极经电阻R8后与集成芯片U的OUT管脚相连接的极性电容C7，P极顺次经电阻R12和电阻R9后与三极管VT2的基极相连接、N极经电阻R16后与放大器P2的正极输入端相连接的二极管D3，P极与放大器P2的正极输入端相连接、N极与三极管VT1的基极相连接的二极管D4，正极与二极管D3的N极相连接、负极顺次经电阻R13和电阻R14后与放大器P2的输出端相连接的极性电容C8，以及P极经电阻R11后与三极管VT2的基极相连接、N极和放大器P2的输出端共同形成电流驱动电路的输出端的二极管D5组成；所述三极管VT2的发射极与极性电容C5的负极相连接、其集电极接地；所述放大器P2的负极输入端经电阻R18后与二极管D6的N极相连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于信号处理电路的智能LED灯的节能控制系统，其特征在于，所述集成芯片U为MAX291集成芯片。