CN106163018B - 一种用于交流供电系统的led路灯装置及通信方法 - Google Patents

一种用于交流供电系统的led路灯装置及通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于交流供电系统的LED路灯装置及通信方法，该装置包括：交流电网；交流配电柜模块，包括波形变换单元和通信控制单元，通信控制单元用于接收系统命令并在其控制下产生控制波形变换单元工作所需的控制信号，波形变换单元用于在所述通信控制单元的控制下产生包含控制信息的半波整流调制交流电输出；路灯单元，包括波形侦测单元、LED驱动单元以及LED灯具，波形侦测单元用于检测所述半波整流调制交流电输出的包络，并根据包络的形状结合约定的协议输出控制LED驱动单元进行相应动作，LED驱动单元将半波整流调制交流电输出调整为LED灯具所需的供电电压，通过本发明，实现了远程控制开灯、关灯、亮度调节的目的。

Description

一种用于交流供电系统的LED路灯装置及通信方法
技术领域
本发明涉及一种LED路灯装置及通信方法，特别是涉及一种用于交流供电系统的LED路灯装置及通信方法。
背景技术
在LED交流路灯应用中，目前有PLC载波通信与无线的ZigBee通信两种模式。在目前的LED交流路灯应用中，一个路段使用一个电源箱1供电，监控中心和电源箱1通信，电源箱1也和所有路灯单元2通信，监控中心和电源箱1之间通常使用GPRS通信、RS485通信等方式，电源箱1和路灯单元2之间则常使用电力载波(PLC)通信模块(图1)或ZigBee通信模块(图2)进行通信。
监控中心控制开灯、关灯、调光时，电源箱1中的通信模块将控制命令转发给每个路灯单元2，再由路灯单元2中的电力控制单元执行相应命令动作。
然而，现有的LED交流路灯具有如下缺点：
1、每个路灯上都需要安装电力载波通信模块(PLC)或ZigBee通信模块。由于电力载波通信模块(PLC)和ZigBee通信模块的成本较高，当路灯数量较多时，通信组件的总成本非常高。
2、由于ZigBee通信模块的发射功率小，通信距离短，所以长距离的通信需要借助相邻模块来传递信号。当有通信模块故障时，可能会因无法传递信号而造成后续的路灯失去控制。
3、电力载波通信模块(PLC)和ZigBee通信模块的通信较易受到外界杂波干扰。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种用于交流供电系统的LED路灯装置及通信方法，其通过波形变换单元在需要通信时改变线路的供电波形，波形改变后的供电电压经过现有供电线路传输到路灯单元，由路灯单元的波形侦测单元解析波形的变化规律，比对约定的通信规则，识别相应的控制命令，然后传输给LED驱动单元，从而达到远程控制路灯单元中LED灯具开灯、关灯、调光等动作的目的，无需安装通信模块，消除了对ZigBee通信模块传递信号的依赖，并能改善通信的质量，提高通信的可靠性。
为达上述及其它目的，本发明提出一种用于交流供电系统的LED路灯装置，包括：
交流电网，用于给路灯装置供电；
交流配电柜模块，包括波形变换单元和通信控制单元，所述通信控制单元用于接收系统命令并在其控制下产生控制所述波形变换单元工作所需的控制信号，所述波形变换单元用于在所述通信控制单元的控制下产生包含控制信息的半波整流调制交流电输出；
路灯单元，包括波形侦测单元、LED驱动单元以及LED灯具，所述波形侦测单元用于检测所述半波整流调制交流电输出的包络，并根据包络的形状结合约定的协议输出控制所述LED驱动单元进行相应动作，所述LED驱动单元用于将所述半波整流调制交流电输出调整为所述LED灯具所需的供电电压。
进一步地，所述通信控制单元在需要通信时通过所述波形变换单元改变供电线路的供电电压的波形，将丢掉半波后供电电压经过现有供电线路，传输到所述路灯单元；由所述路灯单元的波形侦测单元解析供电线路的供电电压丢掉波形的变化规律，比对约定的通信规则，识别相应的控制命令，并传输至所述LED驱动单元，由所述LED驱动单元驱动所述LED灯具执行相应动作。
进一步地，所述波形变换单元包括1路波形变换电路或多路波形变换电路，每路波形变换电路由可控旁路切换开关和单向器件并联构成。
进一步地，所述波形变换单元还包括第一至第三可控旁路切换开关、第一至第三单向器件，所述交流电网的火线或相线A/B/C分别连接所述第一至第三单向器件的阳极和所述第一至第三可控旁路切换开关的一端，所述第一至第三可控旁路切换开关的控制端分别连接所述通信控制单元输出的三个控制信号，所述第一至第三单向器件的阴极分别与所述第一至第三可控旁路切换开关的另一端相连组成调制交流电输出端A’/B’/C’，所述调制交流电输出端A’/B’/C’连接至所述路灯单元的波形侦测单元、LED驱动单元的输入端。
进一步地，所述单向器件为二极管或整流桥，所述可控旁路切换开关为交流接触器或继电器或其他可用于交流开关切换的器件。
进一步地，所述波形变换单元在需要进行远程通信时，启动波形变换，当不需要进行远程通信时，则切换所述第一至第三可控旁路切换开关以将所述第一至第三单向器件旁路。
进一步地，所述波形侦测单元至少包含检测电路和判断电路，所述检测电路为峰值或包络检波电路，所述判断电路为微处理器或逻辑电路。
进一步地，所述LED路灯装置用于单相供电系统或三相供电系统。
为达到上述目的，本发明还提供一种用于交流供电系统的LED路灯通信方法，包括如下步骤：
步骤一，需要通信时，交流配电柜模块中的通信控制单元，通过波形变换单元改变线路的供电电压的波形，将丢掉半波后供电电压经过现有供电线路，传输到路灯单元；
步骤二，由所述路灯单元的波形侦测单元解析供电线路的供电电压丢掉波形的变化规律，比对约定的通信规则，识别相应的控制命令，并传输给LED驱动单元；
步骤三，由所述LED驱动单元驱动LED路灯执行相应动作。
进一步地，所述波形变换单元在需要进行远程通信时，启动波形变换，而当不需要进行远程通信时，则切换可控旁路切换开关以将单向器件旁路。
与现有技术相比，本发明一种用于交流电供电系统的LED路灯装置及通信方法，通过波形变换单元在需要通信时改变线路的供电波形，波形改变后的供电电压经过现有供电线路传输到路灯单元，由路灯单元的波形侦测单元解析波形的变化规律，比对约定的通信规则，识别相应的控制命令，然后传输给LED驱动单元，从而达到远程控制路灯单元中LED灯具开灯、关灯、调光等动作的目的，无需安装通信模块，消除了对ZigBee通信模块传递信号的依赖，并能改善通信的质量，提高通信的可靠性。
附图说明
图1为现有技术中电源箱和路灯之间使用电力载波(PLC)通信模块进行通信的示意图；
图2为现有技术中电源箱和路灯之间使用ZigBee通信模块进行通信的示意图；
图3为本发明一种用于交流供电系统的LED路灯装置的结构示意图；
图4为本发明较佳实施例中波形变换单元的细部结构图；
图5为本发明较佳实施例中未经过波形变换的传输与解析信号的示意图；
图6为本发明较佳实施例中经过波形变换的传输与解析信号的示意图；
图7为本发明一种用于交流供电系统的LED路灯通信方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图3为本发明一种用于交流供电系统的LED路灯装置的结构示意图。如图3所示，本发明一种用于交流供电系统的LED路灯装置，包括：包括交流电网10、交流配电柜模块20和路灯单元30。
其中，交流电网10即路灯供电网络，用于给路灯系统供电；交流配电柜模块20由波形变换单元210和通信控制单元220组成，通信控制单元220为通用电路，包含微处理器和通信电路，用于接收系统命令并在其控制下产生控制波形变换单元210工作所需的控制信号CT1-CT3，波形变换单元210用于在通信控制单元220的控制下产生包含控制信息的半波整流调制交流电输出；路灯单元30包括波形侦测单元310、LED驱动单元320以及LED灯具330，波形侦测单元310、LED驱动单元320的输入均连接交流配电柜模块20的半波整流调制交流电输出，波形侦测单元310包含检测电路和判断电路(未示出)，典型的检测电路为峰值或包络检波，判断电路为微处理器或逻辑电路，波形侦测单元310用于检测调制交流电输出的包络，并根据包络的形状结合约定的协议输出控制LED驱动单元320进行相应动作如调光亮度、调节色温、开灯、关灯等，LED驱动单元320为单相或三相可控整流电路，用于将半波整流调制交流电输出调整为LED灯具330所需的供电电压，LED灯具330为现有电路，用于光照不良时提供照明。一般地，一个交流配电柜模块20控制多个路灯单元30。
图4为本发明较佳实施例中波形变换单元的细部结构图。在本发明中，波形变换单元210由1路波形变换电路211或多路波形变换电路211-213(本发明较佳实施例中以3路为例)组成，每路波形变换电路由可控旁路切换开关和单向器件并联组成，单向器件D1-D3可为二极管、整流桥等器件，可控旁路切换开关K1-K3可为交流接触器、继电器或其他可用于交流开关切换的器件，波形变换单元210用于在通信控制单元220的控制下产生包含控制信息的调制交流电输出。
具体地，交流电网的火线/零线或三相四线A/B/C/N连接至交流配电柜模块20的波形变换单元210的输入端，火线或相线A/B/C分别连接单向器件D1-D3的阳极和可控旁路切换开关K1-K3的一端，可控旁路切换开关K1-K3之控制端分别连接通信控制单元220输出的控制信号CT1-CT3，单向器件D1-D3的阴极和可控旁路切换开关K1-K3的另一端相连组成调制交流电输出端A’/B’/C’，调制交流电输出端A’/B’/C’连接至路灯单元30的波形侦测单元310、LED驱动单元320的输入端，波形侦测单元310的输出连接至LED驱动单元320的控制端，LED驱动单元320的输出连接至LED灯具330。
图5为本发明较佳实施例中未经过波形变换的传输与解析信号的示意图，图6为本发明较佳实施例中经过波形变换的传输与解析信号的示意图。以下将配合图5、图6进一步说明本发明的原理：
不需要通信时，交流配电柜模块20的波形变换单元210的可控旁路切换开关K1-K3为闭合状态，交流配电柜模块20的输出波形如图5所示上半部分的标准正弦波，路灯单元30的波形侦测单元310的检测电路解析出的数字信号为50Hz的方波，如图中所示下半部分的方波，两波形之间的时间为20ms，此时，波形侦测单元310的判断电路判定此时无通信。
交流配电模块20与路灯单元30通信时，交流配电模块20中的通信控制单元将可控旁路切换开关K1-K3断开，交流电网电压经过单向器件D1-D3，由现有供电电网线路，传输到路灯单元。交流配电柜模块20的输出波形如图6所示的上半分部分，变化为频率为50Hz的馒头波(下半波丢失，如阴影部分波形丢失)，以此丢失的波形为特征波，则路灯单元30中的波形侦测单元310之判断电路将此特征波解析为数字信号，如图6中所示下半部分的方波。如此通过波形变换前后的对比，可以丢掉的半波波形作为一个有效命令逻辑“1”，没有丢掉的波形为命令逻辑“0”，来进行编码。假定第一个波形变换完成后，间隔100ms再切换一次，前后两次的波形变换间隔时间则为100ms。若以100ms为一个周期切换一次，且约定100ms的时间间隔为一个命令(如开灯)。此时间间隔可以也为其他约定，如200ms、300ms等，如此按照波形切换的时间间隔来做协议命令。此命令也可由交流配电柜与路灯单元相互约定为其他含义，如调光亮度、调节色温、开灯、关灯等。也可以按波形变换的个数来定义相关命令，如波形变换一次为开灯，切换两次为关灯，不同的切换次数为不定的命令。当然也可以根据三相电上的不同波形组合来区别不同的命令。
图7为本发明一种用于交流供电系统的LED路灯通信方法的步骤流程图。如图7所示，本发明一种用于交流供电系统的LED路灯通信方法，包括如下步骤：
步骤701，在需要通信时，交流配电柜中通信控制单元，通过波形变换单元改变线路的供电电压的波形，将丢掉半波后供电电压经过现有供电线路，传输到路灯单元；需说明的是，当波形变换单元在需要进行远程通信时，启动波形变换，而当不需要进行远程通信时，则切换到旁路开关电路(K1～K3开关)，达到降低电路损耗的同时，又可以远程控制路灯单元。
步骤702，由路灯单元的波形侦测单元解析供电线路的供电电压丢掉波形的变化规律，比对约定的通信规则，识别相应的控制命令，然后传输给LED驱动单元；
步骤703，由LED驱动单元驱动LED路灯执行相应动作，从而远程控制路灯单元中LED灯具执行开灯、关灯、调光等动作。
综上所述，本发明一种用于交流电供电系统的LED路灯装置及通信方法，通过波形变换单元在需要通信时改变线路的供电波形，波形改变后的供电电压经过现有供电线路传输到路灯单元，由路灯单元的波形侦测单元解析波形的变化规律，比对约定的通信规则，识别相应的控制命令，然后传输给LED驱动单元，从而达到远程控制路灯单元中LED灯具开灯、关灯、调光等动作的目的，无需安装通信模块，消除了对ZigBee通信模块传递信号的依赖，并能改善通信的质量，提高通信的可靠性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明能够将开灯、关灯、调光的遥控命令准确传递到每个路灯单元；其次在路灯单元不需要额外安装通信模块即可实现远程遥控功能，大幅度降低了系统成本。
2、本发明满足了智能路灯系统的远程遥控要求、提高可靠性、降低了成本，具有良好的经济效益，降低了材料消耗，具有环保价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (9)

1.一种用于交流供电系统的LED路灯装置，包括：
交流电网，用于给路灯装置供电；
交流配电柜模块，包括波形变换单元和通信控制单元，所述通信控制单元用于接收系统命令并在其控制下产生控制所述波形变换单元工作所需的控制信号，所述波形变换单元用于在所述通信控制单元的控制下产生包含控制信息的半波整流调制交流电输出，所述波形变换单元包括1路波形变换电路或多路波形变换电路，每路波形变换电路由可控旁路切换开关和单向器件并联构成；
路灯单元，包括波形侦测单元、LED驱动单元以及LED灯具，所述波形侦测单元用于检测所述半波整流调制交流电输出的包络，并根据包络的形状结合约定的协议输出控制所述LED驱动单元进行相应动作，所述LED驱动单元用于将所述半波整流调制交流电输出调整为所述LED灯具所需的供电电压。
2.如权利要求1所述的一种用于交流供电系统的LED路灯装置，其特征在于：所述通信控制单元在需要通信时通过所述波形变换单元改变供电线路的供电电压的波形，将丢掉半波后供电电压经过现有供电线路，传输到所述路灯单元；由所述路灯单元的波形侦测单元解析供电线路的供电电压丢掉波形的变化规律，比对约定的通信规则，识别相应的控制命令，并传输至所述LED驱动单元，由所述LED驱动单元驱动所述LED灯具执行相应动作。
3.如权利要求2所述的一种用于交流供电系统的LED路灯装置，其特征在于：所述波形变换单元还包括第一至第三可控旁路切换开关、第一至第三单向器件，所述交流电网的火线或相线A/B/C分别连接所述第一至第三单向器件的阳极和所述第一至第三可控旁路切换开关的一端，所述第一至第三可控旁路切换开关的控制端分别连接所述通信控制单元输出的三个控制信号，所述第一至第三单向器件的阴极分别与所述第一至第三可控旁路切换开关的另一端相连组成调制交流电输出端A’/B’/C’，所述调制交流电输出端A’/B’/C’连接至所述路灯单元的波形侦测单元、LED驱动单元的输入端。
4.如权利要求3所述的一种用于交流供电系统的LED路灯装置，其特征在于：所述单向器件为二极管或整流桥，所述可控旁路切换开关为交流接触器或继电器或其他可用于交流开关切换的器件。
5.如权利要求3所述的一种用于交流供电系统的LED路灯装置，其特征在于：所述波形变换单元在需要进行远程通信时，启动波形变换，当不需要进行远程通信时，则切换所述第一至第三可控旁路切换开关以将所述第一至第三单向器件旁路。
6.如权利要求5所述的一种用于交流供电系统的LED路灯装置，其特征在于：所述波形侦测单元至少包含检测电路和判断电路，所述检测电路为峰值或包络检波电路，所述判断电路为微处理器或逻辑电路。
7.如权利要求1所述的一种用于交流供电系统的LED路灯装置，其特征在于：所述LED路灯装置用于单相供电系统或三相供电系统。
8.一种用于交流供电系统的LED路灯通信方法，包括如下步骤：
步骤一，需要通信时，交流配电柜模块中的通信控制单元，通过波形变换单元改变线路的供电电压的波形，将丢掉半波后供电电压经过现有供电线路，传输到路灯单元，所述波形变换单元包括1路波形变换电路或多路波形变换电路，每路波形变换电路由可控旁路切换开关和单向器件并联构成；
步骤二，由所述路灯单元的波形侦测单元解析供电线路的供电电压丢掉波形的变化规律，比对约定的通信规则，识别相应的控制命令，并传输给LED驱动单元；
步骤三，由所述LED驱动单元驱动LED路灯执行相应动作。
9.如权利要求8所述的一种用于交流供电系统的LED路灯通信方法，其特征在于：所述波形变换单元在需要进行远程通信时，启动波形变换，而当不需要进行远程通信时，则切换可控旁路切换开关以将单向器件旁路。
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