CN105554953A - 一种基于电力线工频载波的照明控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电力线工频载波的照明控制方法，具体包括以下步骤：(1)调光信号发送端将调光信号加载到工频载波信号上，通过对半个周期的工频信号进行波形改变来表达码元“0”或者码元“1”；(2)将编码后的调光信号发送至接收端，接收端对编码后的调光信号进行解码；(3)接收端根据解码后的调光信号驱动LED灯进行调光。本发明可以解决当前行业内遇到的LED调光控制与传统调光习惯方式无法完美结合、调光操作不稳定等缺点。可以轻松实现高功率因素、使调光器长期工作时不污染电网。
Description
技术领域
本发明涉及照明控制技术领域，特别是指一种基于电力线工频载波的照明控制方法。
背景技术
LED照明已广泛应用，在初级的市场普及之后，LED本身的易控制、易调光调色功能亟需得到市场开发，传统的LED调光控制具有不能适用于低成本的调光器、调光工作时功率因素不高等缺点。
LED照明虽然已经是主流的照明技术，但是到目前为止，对照明技术人员来说，针对家用LED照明没有完美的解决方案。这是因为，传统的家用调光器适合于阻性负载灯具(如白炽灯)，但对于LED灯具调光操作并不稳定；同时LED灯具一般具有高的功率因素，采用传统调光器，实际大大降低了灯具的功率因数。
为了展现LED的易控优势，很多工程师在灯具上大做文章，设计了各种各样的遥控灯具，各种无线通讯技术如WIFI、Bluetoooth被应用到LED的调光控制上。
用墙壁开关进行调光是照明系统设计常用的方式，对于阻性负载的灯具它可以低成本的轻易实现，LED照明进入住宅后，建筑师和用户都不愿失去通过开关面板调光的这种调光控制优势。然而遥控灯具与传统的墙壁开关并不能相适应。
发明内容
本发明提出一种基于电力线工频载波的照明控制方法，可以解决当前行业内遇到的LED调光控制与传统调光习惯方式无法完美结合、调光操作不稳定等缺点。可以轻松实现高功率因素、使调光器长期工作时不污染电网。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于电力线工频载波的照明控制方法，具体包括以下步骤：
(1)调光信号发送端将调光信号加载到工频载波信号上，利用对半个周期的工频信号进行波形改变来表达码元“0”或者码元“1”；变换的波形结果如图5所示，至少有四种波形变换：A为半波全消变换，B为前沿变换，C为后沿变换，D为双沿变换。
(2)将编码后的调光信号随交流电传送到接收端，接收端对编码后的调光信号进行解码；
(3)接收端根据解码后的调光信号驱动LED灯进行调光。
进一步的，接收端为工频载波解码调光驱动器，调光信号发送端为交流工频载波调光开关。
进一步的，交流工频载波调光开关包括并联的开关和二极管。
进一步的，交流工频载波调光开关包括开关，开关连接按键式开关和二极管的并联支路。
进一步的，交流工频载波调光开关包括输入波形检测电路，输入波形检测电路连接有开关处理器，开关处理器连接有功率开关，还连接有手动操作接口。
进一步的，交流工频载波调光开关还包括用于电流过载保护功能和检测负载灯具电流的电流传感电阻。
进一步的，工频载波解码调光驱动器包括交流零点检测电路和交流工频半波波形检测电路，交流零点检测电路和交流工频半波波形检测电路分别将时间同步信号和波形信号发送至嵌入式处理器，嵌入式处理器连接有若干路PWM调光驱动器，PWM调光驱动器与LED灯连接，LED灯连接有调光电流反馈电路，调光电流反馈电路将反馈信号传输至嵌入式处理器。
进一步的，步骤(1)中将调光信号加载到工频载波信号上具体包括以下步骤：
取交流工频信号的一个方向的半波波形作为载波信号，以半波波形的有无或者是否被斩波变换作为编码的标识，将N个周期的半波波形作为信号编码周期，将信号编码周期内半波数目与调光信号一一对应。
进一步的，步骤(1)中将调光信号加载到工频载波信号上具体包括以下步骤：
取交流工频载波信号的两个方向的半波波形作为载波信号，将正向半波波形的载波信号与增长性调光信号相对应，将负向半波波形的载波信号与减少性调光信号相对应。
进一步的，编码后的调光信号包括起始标志，数据单元和结束标识；
起始标志为10个连续进行了波形变换的半波信号；
数据单元以10个半波周期为基本字节结构，包括第一个固定不进行波形变换的半波周期，和第10个固定进行波形变换的半波周期，中间8个表示一个字节(Char)的8个位(bit),可以用进行了波形变换的半波周期表示“0”，未进行波形变换的半波周期表示“1”；
结束标识：出现连续10个未进行波形变换的半波周期表示结束。
本发明的有益效果在于：可以解决当前行业内遇到的LED调光控制与传统调光习惯方式无法完美结合、调光操作不稳定等缺点。可以轻松实现高功率因素、使调光器长期工作时不污染电网。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于电力线工频载波的照明控制方法的原理框图；
图2为图1中交流工频载波调光开关的实施例一的原理框图；
图3为图1中交流工频载波调光开关的实施例二的原理图；
图4为图1中交流工频载波调光开关的实施例三的原理框图；
图5为图1中交流工频载波调光开关得到的波形变换的示意图；
图6为图1中工频载波解码调光驱动器的原理框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
如图1所示，本发明提出了一种基于电力线工频载波的照明控制方法，目的是通过墙壁开关实现LED灯调光控制，具体包括以下步骤：
(1)调光信号发送端将调光信号加载到工频载波信号上，利用对半个周期的工频信号进行波形改变来表达码元“0”或者码元“1”；码元的宽度一般与工频一个周期或者半周期设置为同一数量级，这样理论上一个周期至少传输一个比特的信息。
本发明不同于传统的可控硅调光，传统的可控硅调光器、通过交流切相来实时改变输入灯具的电能多少实现灯具发光量的改变。本发明仅在调光时刻将调光信号发送给LED灯，LED灯识别并记录该调光信号，并在调光时刻结束后保持调光状态。
接收端为工频载波解码调光驱动器，调光信号发送端为交流工频载波调光开关。
如图2所示，交流工频载波调光开关的第一个实施例，交流工频载波调光开关包括输入波形检测电路，输入波形检测电路连接有开关处理器，开关处理器连接有功率开关，还连接有手动操作接口。功率开关可以是可控硅或高压MOS管或继电器与单向器件。开关处理器的核心是嵌入式单片机，单片机检测交流输入的零点或者峰值点，并根据程序规定的算法或者按照手动操作接口的信号，控制非线性功率器件去变换交流电输出的波形。非线性功率器件可以是可控硅(SCR)、高压MOS管、继电器与单向器件(二极管)的组合等。
具体的，如图3所示，交流工频载波调光开关包括并联的开关和二极管。当K1打开时，L输出到L1只有半波的交流电，通过K1的手动或者程控操作，可输出有一定编码意义的信号到负载端。
或者，如图4所示，交流工频载波调光开关包括开关，开关连接按键式开关和二极管的并联支路。当K1是传统的开关单元，通过B1的连接与断开可操作D1进行半波信号的发生。
交流工频载波调光开关一般在墙壁开关或者其他位置的开关处实现，在波形变换的同时，还具有对LED灯的电流检测能力，这是因为在进行波形变换的同时，一个电流传感电阻被串联在整个交流回路中。即交流工频载波调光开关还包括用于电流过载保护功能和检测负载灯具电流的电流传感电阻。
交流工频载波调光开关得到的波形变换的示例如图5所示。
步骤(1)中，具体包括以下几种方法：
一、半波调制方法：步骤(1)中将调光信号加载到工频载波信号上具体包括以下步骤：
取工频载波信号的一个方向的半波波形作为载波信号，以半波波形的有无或者是否消波作为编码的标识，将N个周期的半波波形作为信号编码周期，将信号编码周期内半波数目与调光信号一一对应。
比如当N＝4时，除了正常的波形外，我们可以利用4组半波波形作为调光命令传输。
A-1-1：4个半波周期，削去3个半波周期
A-1-2：4个半波周期，削去2个半波周期
A-1-3：4个半波周期，削去1个半波周期
A-1-4：4个半波周期，削去4个半波周期
可以定义：
A-1-4为调光亮度增加，A-1-3为调光亮度减少；A-1-2为调色暖色增加(冷色减少)；A-1-1调色冷色增加(暖色减少)。
增加N的值，可以得到至少N种或以上的不同命令编排，这样就可以增加R(红色)增加、R(红色)减少、G(绿色)增加、G(绿色)减少、B(蓝色)增加、B(蓝色)减少等控制命令。
二、双半波调制方法：步骤(1)中将调光信号加载到工频载波信号上具体包括以下步骤：
取工频载波信号的两个方向的半波波形作为载波信号，将正向半波波形的载波信号与增长性调光信号相对应，将负向半波波形的载波信号与减少性调光信号相对应。
比如有N个半波周期，我们可以定义N种不同的命令。针对LED灯不同控制特性，有不同的控制命令。一种实用的设计如下表所示：
三、数据结构编码方法：利用与方法一或者方法二中相同半波波形变换方式，但是采用串行数据结构方式进行控制命令的传输。该方式占用的波形周期长度可以比较长，为了直接将调光数值等信息直接发送给灯具，该波形变换周期可以长达上百个交流周期。
编码后的调光信号包括起始标志，数据单元和结束标识；
起始标志为10个连续的变换波形半波信号；
数据单元以10个半波周期为基本字节结构，包括第一个固定不进行波形变换的半波周期，和第10个固定进行波形变换的半波周期，中间8个表示一个字节(Char)的8个位(bit),可以用进行了波形变换的半波周期表示“0”，未进行波形变换的半波周期表示“1”；
结束标识：出现连续10个未进行波形变换的半波周期表示结束。
(2)将编码后的调光信号发送至接收端，接收端对编码后的调光信号进行解码；
(3)接收端根据解码后的调光信号驱动LED灯进行调光。
工频载波解码调光驱动器即是接收端，其包括交流零点检测电路和交流工频半波波形检测电路，交流零点检测电路和交流工频半波波形检测电路分别将时间同步信号和波形信号发送至嵌入式处理器，嵌入式处理器连接有若干路PWM调光驱动器，PWM调光驱动器与LED灯连接，LED灯连接有调光电流反馈电路，调光电流反馈电路将反馈信号传输至嵌入式处理器。
交流零点探测电路，交流工频半波波形探测电路分别将时间同步和波形信号送给嵌入式处理器，嵌入式处理器具有ADC转换和时间间隔计量功能，可以得出波形编码信息并在合适的时间点控制PWM调光驱动器输出调光信号到LED灯，调光电流反馈电路采集流过LED灯的电流，作为调光结果反馈信号反馈给嵌入式处理器进行调光是否有效的一个判断。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)调光信号发送端将调光信号加载到工频载波信号上，通过对半个周期的工频信号进行波形改变来表达码元“0”或者码元“1”；可以采用四种波形变换：半波全消、前沿变换、后沿变换和双沿变换。
(2)将编码后的调光信号跟随交流电流传送到接收端，所述接收端对编码后的调光信号进行解码；
(3)所述接收端根据解码后的调光信号驱动LED灯进行调光。
2.根据权利要求1所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，所述接收端为工频载波解码调光驱动器，所述调光信号发送端为交流工频载波调光开关。
3.根据权利要求2所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，所述交流工频载波调光开关采用三种控制方法：半波调制方法，双半波调制方法和数据结构编码方法。
4.根据权利要求2所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，所述交流工频载波调光开关包括开关，所述开关连接按键式开关和二极管的并联支路。
5.根据权利要求2所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，所述交流工频载波调光开关包括输入波形检测电路，所述输入波形检测电路连接有开关处理器，所述开关处理器连接有功率开关，还连接有手动操作接口。
6.根据权利要求5所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，所述交流工频载波调光开关还包括用于电流过载保护功能和检测负载灯具电流的电流传感电阻。
7.根据权利要求2所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，工频载波解码调光驱动器包括交流零点检测电路和交流工频半波波形检测电路，所述交流零点检测电路和交流工频半波波形检测电路分别将时间同步信号和波形信号发送至嵌入式处理器，所述嵌入式处理器连接有若干路PWM调光驱动器，所述PWM调光驱动器与所述LED灯连接，所述LED灯连接有调光电流反馈电路，所述调光电流反馈电路将反馈信号传输至所述嵌入式处理器。
8.根据权利要求1所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，步骤(1)中将调光信号加载到工频载波信号上具体包括以下步骤：
取工频载波信号的一个交流方向的半波波形作为载波信号，以半波波形的有无或者是否消斩波形作为编码的标识，将N个周期的半波波形作为信号编码周期，将信号编码周期内斩变的半波数目与调光信号一一对应。
9.根据权利要求1所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，步骤(1)中将调光信号加载到工频载波信号上具体包括以下步骤：
取工频载波信号的两个交流方向的半波波形作为载波信号，将正向半波波形的载波信号与增长性调光信号相对应，将负向半波波形的载波信号与减少性调光信号相对应。
10.根据权利要求1所述的一种基于电力线工频载波的照明控制方法，其特征在于，编码后的调光信号包括起始标志，数据单元和结束标识；
所述起始标志为10个连续的包含相同斩波变换的半波信号；
所述数据单元以10个半波周期为基本字节结构，包括第一个固定不进行波形变换的半波周期，和第10个固定进行特定波形变换的半波周期，中间8个表示一个字节(Char)的8个位(bit),可以规定用进行了波形变换的半波周期表示“0”，未进行波形变换的半波周期表示“1”；
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171107 |