CN107979897A - 一种高聚光led灯的智能调光控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高聚光LED灯的智能调光控制系统，包括：调控台、控制器以及智能灯节点；其中，调控台用于接收用户输入的控制指令，将控制指令发送至控制器；并接收控制器实时传送的数据，对高聚光LED灯控制系统进行监控；控制器通过ZigBee无线方式与各个智能灯节点相连，用于对智能灯节点的状态信息进行实时监测，将接收到的状态信息发送至调控台；并接收调控台发送的控制指令，对各智能灯节点的运行进行控制。本申请对高聚光LED灯实现了无线智能化控制，以达到控制高聚光LED灯提供新的柔性照明同时达到节能、智能化管理和控制的目的。
Description
技术领域
本发明涉及照明控制技术领域，特别是涉及一种高聚光LED灯的智能调光控制系统。
背景技术
高聚光LED灯是目前LED研究领域的新方向，它采用LED作为光源并通过聚光镜头或反射镜等来聚光，其特点是点光型比较简单，照度强、照幅窄、便于朝场景中的特定区位集中照射。随着LED照明技术的飞速发展和国家节能减排政策的深入实施，凭借其独特的优势，高聚光LED灯正被越来越多的应用于舞台、摄影棚、演播室、体育馆等公共照明领域。
尽管如此，在现有的技术中对高聚光LED灯的控制方面一直存在着许多不尽人意的地方。例如：体育场馆的照明必须满足高光效、高光强且无闪烁等要求，在众多型号的LED灯具中高聚光LED灯是适用的理想灯具，但现有的LED灯照明控制方法存在对高聚光LED灯光的调节控制效果不佳，节能效果不明显，照明系统的实际运行成本高等弊端。
因此，如何控制高聚光LED灯提供新的柔性照明同时达到节能、智能化管理和控制的目的，提供一种解决上述技术问题的高聚光LED灯智能调光控制系统成为本领域的技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高聚光LED灯的智能调光控制系统，以解决现有技术中对高聚光LED灯光的调节控制效果不佳，节能效果不明显，照明系统的实际运行成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高聚光LED灯的智能调光控制系统，包括：调控台、控制器以及智能灯节点；
其中，所述调控台用于接收用户输入的控制指令，将所述控制指令发送至所述控制器；并接收所述控制器实时传送的数据，对高聚光LED灯控制系统进行监控；
所述控制器通过ZigBee无线方式与各个智能灯节点相连，用于对所述智能灯节点的状态信息进行实时监测，将接收到的状态信息发送至所述调控台；并接收所述调控台发送的控制指令，对各智能灯节点的运行进行控制。
可选地，所述调控台包括上位机以及人机交互界面；
其中，所述上位机用于实时显示所述高聚光LED灯控制系统的运行信息，所述运行信息至少包括各个所述智能灯节点的故障报警信息；
所述人机交互界面用于接收用户输入的控制指令，所述控制指令至少包括系统PWM设定值以及各个设备电源的开关状态。
可选地，所述控制器包括：ARM、辅助电路以及第一ZigBee协调器；
其中，所述ARM用于实时向所述上位机传送各所述智能灯节点的运行信息，并接收所述人机交互界面下发的控制指令；
所述辅助电路用于建立所述ARM与外接设备的通信；
所述第一ZigBee协调器用于建立所述ARM与所述智能灯节点的通信，以对所述控制指令以及所述运行信息进行传输。
可选地，所述ARM采用S3C2440芯片和Linux2.6平台搭建的嵌入式控制系统，采用64位RISC处理器。
可选地，所述智能灯节点中各个智能灯节点包括：电源模块、第二ZigBee协调器、驱动模块以及LED灯；
其中，所述电源模块用于为所述第二ZigBee协调器、所述驱动模块提供直流电源供应；
所述第二ZigBee协调器与所述第一ZigBee协调器相匹配，用于对所述智能灯节点进行控制；
所述驱动模块用于接收所述第二ZigBee协调器的PWM调制信号控制，并作为执行机构来调控高聚光LED灯的色彩以及亮度。
可选地，所述驱动模块采用恒流驱动。
可选地，所述驱动模块的输出电路与所述LED灯之间还连接有继电保护电路。
可选地，所述LED灯为发出白光、红光、绿光、蓝光的高聚光灯。
可选地，所述第一ZigBee协调器以及所述第二ZigBee协调器中的无线收发芯片采用CC2530无线主控制器。
本发明所提供的高聚光LED灯的智能调光控制系统，包括：调控台、控制器以及智能灯节点；其中，调控台用于接收用户输入的控制指令，将控制指令发送至控制器；并接收控制器实时传送的数据，对高聚光LED灯控制系统进行监控；控制器通过ZigBee无线方式与各个智能灯节点相连，用于对智能灯节点的状态信息进行实时监测，将接收到的状态信息发送至调控台；并接收调控台发送的控制指令，对各智能灯节点的运行进行控制。本申请对高聚光LED灯实现了无线智能化控制，以达到控制高聚光LED灯提供新的柔性照明同时达到节能、智能化管理和控制的目的。
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一种高聚光LED灯的智能调光控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种单个智能灯节点结构示意图；
图3为PWM调控技术中占空比D和光强I之间的关系的坐标图；
图4为本发明实施例提供的一种高聚光LED灯的智能调光控制流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
本发明所提供的高聚光LED灯的智能调光控制系统的一种具体实施方式的结构框图如图1所示，该系统包括：调控台1、控制器2以及智能灯节点3；
其中，所述调控台1用于接收用户输入的控制指令，将所述控制指令发送至所述控制器2；并接收所述控制器2实时传送的数据，对高聚光LED灯控制系统进行监控；
所述控制器2通过ZigBee无线方式与各个智能灯节点3相连，用于对所述智能灯节点3的状态信息进行实时监测，将接收到的状态信息发送至所述调控台1；并接收所述调控台1发送的控制指令，对各智能灯节点3的运行进行控制。
作为一种具体实施方式，本申请实施例中调控台可以具体包括上位机(PC机)以及人机交互界面；
其中，所述上位机用于实时显示所述高聚光LED灯控制系统的运行信息，所述运行信息至少包括各个所述智能灯节点的故障报警信息；所述人机交互界面用于接收用户输入的控制指令，所述控制指令至少包括系统PWM设定值以及各个设备电源的开关状态。
PC机的界面会实时的显示整个系统的运行情况，主要包括每个高聚光LED灯的故障报警的类别及地址等信息的显示。人机交互界面可以采用触摸屏的方式进行交互。通过工控软件制作的HMI界面，工作人员可以改变系统PWM设定值及系统设备电源的开关状态，从而更精确的控制高聚光LED灯系统。
需要说明的是，系统PWM设定值是利用PWM技术调光的一项重要的参数，由于环境中各种不确定的干扰因素，为了更好的调节LED灯光，需要反复的不断调试实验和优化以确定设定值的范围。
作为一种具体实施方式，本申请实施例中控制器包括：ARM、辅助电路以及第一ZigBee协调器；
其中，所述ARM为整个系统运行的核心控制器，用于实时向所述上位机传送各所述智能灯节点的运行信息，并接收所述人机交互界面下发的控制指令；
所述辅助电路用于建立所述ARM与外接设备的通信；是为实现控制器中ARM的启动、初始化、工作运行等功能而搭建的电路。
所述第一ZigBee协调器用于建立所述ARM与所述智能灯节点的通信，以对所述控制指令以及所述运行信息进行传输。
需要指出的是，控制器应该被放置在距离全部高聚光LED灯较近的中心位置。控制器中ARM和ZigBee协调器之间使用UART串口通信。ARM实时的向PC机上传每个高聚光LED灯的故障报警的类别及地址等数据信息，并读取HMI人机界面中系统PWM设定值，ARM通过ZigBee协调器建立和智能灯节点的通信，完成控制指令的传输和数据信号的交流。智能灯节点将采集到的高聚光LED灯的故障报警的类别及地址等信息实时的上传给ARM并读取ARM中的系统PWM设定值和控制指令。
ARM可以具体采用S3C2440芯片(SAMSUNG公司生产)和Linux2.6平台搭建的嵌入式控制系统。ARM控制器采用了64位RISC处理器，具有外部存储器控制器、3通道UART、2路全速USB主设备芯片，有130多个I/O端口和24路外部中断源，有多种通信接口为运行系统提供硬件资源和多个外接设备的端口。当然，本发明实施例中的ARM不仅限于采用上述型号的系统控制器，也可以采用其他型号，具体的本申请对此不作特殊的限定，能实现本发明实施例中的目的即可。
参照图2本发明实施例提供的一种单个智能灯节点结构示意图，本申请实施例中智能灯节点中各个智能灯节点包括：电源模块、第二ZigBee协调器、驱动模块以及LED灯；
其中，所述电源模块用于为所述第二ZigBee协调器、所述驱动模块提供直流电源供应；
本实施例中电源模块提供0～250V的直流电供应，当然，具体的可以根据实际情况的需要进行适当调整。所述电源模块包括AC—DC电源单元以及降压稳压单元，AC—DC电源单元用于将发电厂提供的交流电变成高聚光LED灯照明控制系统需要的直流电，降压稳压单元将AC—DC电源单元输出的直流电变成ZigBee协调器和驱动模块所需合适的稳定可靠的电源输出。
所述第二ZigBee协调器与所述第一ZigBee协调器相匹配，用于对所述智能灯节点进行控制；ZigBee协调器为单个智能灯节点装置中的核心控制部分，其ZigBee通信模块具备的特性、选型和控制器中ZigBee协调器相同，但功能配置不完全一样。
所述驱动模块用于接收所述第二ZigBee协调器的PWM调制信号控制，并作为执行机构来调控高聚光LED灯的色彩以及亮度。
具体地，驱动模块接受智能灯节点中ZigBee协调器的PWM调制信号控制并作为其执行机构用来调控高聚光LED灯的色彩以及亮度的调节。驱动模块根据接收到的信号调节电压、电流、功率因素等参数通过其输出电路来控制高聚光LED灯的色彩以及亮度的调节。
另外，为了便于理解本发明实施例中讲述到的PWM脉宽调制技术，具体可参照图3所示的PWM调控技术中占空比D和光强I之间的关系的坐标图来理解，本申请在此不再赘述。
智能灯节点的高聚光LED灯采用恒流驱动，不仅可以实现灯珠长时间稳定工作，还能达到很好的柔性照明及色彩变换效果，驱动模块中采用PAM2861芯片，该芯片是一款高效率、高输出的降压转换器，输出电流高达1A,其转换效率高到90％，并且具有芯片体积小的优势。
LED灯由封装成型的高聚光LED灯，会发出W、R、G、B(白、红、绿、蓝)四色光，受驱动电源单元的直接控制。
进一步地，驱动模块的输出电路与所述LED灯之间还连接有继电保护电路，以消除触点动作时产生的电弧，从而保护该驱动模块中的输出电路工作的稳定性，延长其使用寿命。
ZigBee协调器采用的ZigBee无线技术是一种低复杂度、低功耗、低成本的无线传感器网络技术，用于处理和解决ARM要和每个智能灯节点之间的无线通信问题，完全能满足应用高聚光LED灯的舞台，摄影棚、演播室、体育馆等公共场所的无线照明控制领域的无线通信需求。
本实施例中ZigBee无线技术组网能力强、网络容量大，单个ZigBee协调器可以连接多台设备，这些设备组成一个无线数传网络平台，每个ZigBee通信模块在网络范围内可以相互通信，其中硬件采用了RFX2401芯片加大发射功率作为改进使得每个智能灯节点和控制器之间的有效控制距离可以从200M—500M无限扩展，对比普通的ZigBee高聚光LED灯光照明系统而言提升了无线覆盖范围，且通信时延短，数据传输采用AES—128加密算法、避免碰撞通信策略，通信安全可靠；
可选的，本发明实施例中ZigBee协调器中的ZigBee通信模块的无线收发芯片采用Chipcon公司生产的CC2530无线主控制器，因为该芯片同时具有ZigBee无线射频、内存和微控制器，十分适用于无线照明系统。
智能灯节点中ZigBee协调器的CC2530作为ZigBee通信链路的路由转发器，其外围电路整合了外部时钟电源、上电复位电路、IO控制PWM输出、环境数据采集电路、射频发送和接受部分。控制器中的CC2530无线主控器收到ARM处理好的数据后，通过控制器和智能灯节点之间的ZigBee通信链路内进行广播转发给智能灯节点，节点上的CC2530作为MCU会产生4路PWM调制信号传输到高聚光LED灯的驱动模块，驱动高聚光W、R、G、B(白、红、绿、蓝)可控LED灯显示相应的色彩和亮度。
需要说明的是，本发明方案中对灯光单节点无线覆盖能力、照射效率和效果都做出了改进且实现了高聚光LED灯的柔性照明和灯光色度的无线调控，同时具备高效节能环保的特点。
本发明所提供的高聚光LED灯的智能调光控制系统，包括：调控台、控制器以及智能灯节点；其中，调控台用于接收用户输入的控制指令，将控制指令发送至控制器；并接收控制器实时传送的数据，对高聚光LED灯控制系统进行监控；控制器通过ZigBee无线方式与各个智能灯节点相连，用于对智能灯节点的状态信息进行实时监测，将接收到的状态信息发送至调控台；并接收调控台发送的控制指令，对各智能灯节点的运行进行控制。本申请对高聚光LED灯实现了无线智能化控制，以达到控制高聚光LED灯提供新的柔性照明同时达到节能、智能化管理和控制的目的。
图4为本发明实施例提供的一种高聚光LED灯的智能调光控制流程示意图，下面结合图4对本发明所提供的控制系统的具体工作过程进行进一步详细阐述。该流程图表述的是单个高聚光LED灯中ZigBee协调器控制高聚光LED灯调光的具体流程。
步骤S101：当控制系统启动以后，系统进入初始化状态，控制器中的ARM会读取调控台中HMI的系统PWM设定值及控制指令；
步骤S102：智能灯节点中的ZigBee协调器会通过控制器和智能灯节点之间的ZigBee通信链路内进行上传采集到的环境数据及高聚光LED灯的信息数据；同时PC机界面会实时的显示整个系统的运行情况；
步骤S103：控制器中的ARM进行PWM调制数据处理，将处理好后的数据发给CC2530主控制器；
步骤S104：智能灯节点中ZigBee协调器接受从ZigBee通信链路中发送的数据信息，驱动模块接受ZigBee协调器的PWM调制信号并调控高聚光LED灯的色彩以及亮度的调节。
需要说明的是，本实施例中LED的快速开关特性使PWM调光技术成为可能，并且PWM的实时无相位差调节使得这种调光方法具有应用简单、精度高、效率高且调光效果好等特点。
综上，本发明具有以下有益效果：
本发明对高聚光LED灯的无线智能化调光控制提供了新的柔性照明的同时节约了电力资源；
本发明对高聚光LED灯的智能控制使得工作人员的管理方式和条件得到极大地优化和改善，调控台中配备的PC机和HMI人机交互界面可实现对每个高聚光LED灯实时精确的监控和人性化的安全管理，提高了管理人员对照明系统设备运行维护的工作效率；
本发明采用的PWM脉冲调制技术对高聚光LED灯的智能调光控制，使得高聚光LED灯的维护和管理向着更为智能化的方向发展；
本发明采用ZigBee技术实现双向的无线通信是高聚光LED灯智能控制系统无线通信技术中传输距离问题的完美解决方案，使得高聚光LED灯在舞台，摄影棚、演播室、体育馆等场所实现稳定可靠的无线通信智能化调光控制的同时还节约了照明系统管理运行商投入的设备铺设成本。
本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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或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高聚光LED灯的智能调光控制系统进行了详细介绍。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 (9)
1.一种高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，包括：调控台、控制器以及智能灯节点；
其中，所述调控台用于接收用户输入的控制指令，将所述控制指令发送至所述控制器；并接收所述控制器实时传送的数据，对高聚光LED灯控制系统进行监控；
所述控制器通过ZigBee无线方式与各个智能灯节点相连，用于对所述智能灯节点的状态信息进行实时监测，将接收到的状态信息发送至所述调控台；并接收所述调控台发送的控制指令，对各智能灯节点的运行进行控制。
2.如权利要求1所述的高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，所述调控台包括上位机以及人机交互界面；
其中，所述上位机用于实时显示所述高聚光LED灯控制系统的运行信息，所述运行信息至少包括各个所述智能灯节点的故障报警信息；
所述人机交互界面用于接收用户输入的控制指令，所述控制指令至少包括系统PWM设定值以及各个设备电源的开关状态。
3.如权利要求2所述的高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，所述控制器包括：ARM、辅助电路以及第一ZigBee协调器；
其中，所述ARM用于实时向所述上位机传送各所述智能灯节点的运行信息，并接收所述人机交互界面下发的控制指令；
所述辅助电路用于建立所述ARM与外接设备的通信；
所述第一ZigBee协调器用于建立所述ARM与所述智能灯节点的通信，以对所述控制指令以及所述运行信息进行传输。
4.如权利要求3所述的高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，所述ARM采用S3C2440芯片和Linux2.6平台搭建的嵌入式控制系统，采用64位RISC处理器。
5.如权利要求3所述的高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，所述智能灯节点中各个智能灯节点包括：电源模块、第二ZigBee协调器、驱动模块以及LED灯；
其中，所述电源模块用于为所述第二ZigBee协调器、所述驱动模块提供直流电源供应；
所述第二ZigBee协调器与所述第一ZigBee协调器相匹配，用于对所述智能灯节点进行控制；
所述驱动模块用于接收所述第二ZigBee协调器的PWM调制信号控制，并作为执行机构来调控高聚光LED灯的色彩以及亮度。
6.如权利要求5所述的高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，所述驱动模块采用恒流驱动。
7.如权利要求5所述的高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，所述驱动模块的输出电路与所述LED灯之间还连接有继电保护电路。
8.如权利要求5所述的高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，所述LED灯为发出白光、红光、绿光、蓝光的高聚光灯。
9.如权利要求5所述的高聚光LED灯的智能调光控制系统，其特征在于，所述第一ZigBee协调器以及所述第二ZigBee协调器中的无线收发芯片采用CC2530无线主控制器。
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- 2017-12-26 CN CN201711434722.8A patent/CN107979897A/zh active Pending
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