CN108307574A - 电力载波型负载控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力载波型负载控制电路及控制方法，该电路包括采集单元、控制单元、输出单元、电源单元和电力载波单元；采集单元与控制单元连接，用于采集负载周边环境的传感数据并传输至控制单元；控制单元用于接收传感数据，对传感数据进行处理，并输出控制信号至输出单元和/或通过电力载波单元将传感数据发送至远端；输出单元用于接收控制信号，输出PWM信号和/或开关信号，以控制负载工作；电源单元，其输入端与市电电源联接，其输出端与控制单元、采集单元连接；电力载波单元，连接于市电电源线与控制单元之间，通过市电电源线实现控制单元与设于远端的路灯总控制器通讯连接。本发明实现实时检测周边环境，及时控制负载更换状态，实用性高。

Description

电力载波型负载控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及负载控制电路，更具体地说是指电力载波型负载控制电路及控制方法。

背景技术

路灯，指给道路提供照明功能的灯具，泛指交通照明中路面照明范围内的灯具，路灯被广泛运用于各种需要照明的地方。

目前，对于路灯等负载的控制，一般都是按照设定的时间来控制，比如到了下午6点，则路灯点亮，直至第二天早上的6点，路灯熄灭。但是一旦遇到特殊情况，比如大雾等周边环境的变化，则无法及时控制负载更换状态，造成实用性不高，且容易造成事故的发生。

因此，有必要设计一种新的负载控制电路，实现实时检测周边环境，根据周边环境及时控制负载更换状态，实用性高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供电力载波型负载控制电路及控制方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：电力载波型负载控制电路，包括采集单元、控制单元、输出单元、电源单元和电力载波单元；其中，所述采集单元，与控制单元连接，用于采集负载周边环境的传感数据并传输至控制单元；所述控制单元，用于接收传感数据，对传感数据进行处理，并输出控制信号至输出单元和/或通过电力载波单元将传感数据发送至远端；所述输出单元，用于接收控制信号，输出PWM信号和/或开关信号，以控制负载工作；所述电源单元，其输入端与市电电源联接，其输出端与控制单元、采集单元连接；所述电力载波单元，连接于市电电源线与控制单元之间，通过市电电源线实现控制单元与设于远端的总控制器通讯连接。

其进一步技术方案为：所述控制单元包括主控芯片IC3，所述主控芯片IC3的型号为STM32F030C6。

其进一步技术方案为：所述采集单元包括电量采集模块、烟雾采集模块、光照采集模块、摄像头以及手动采集模块。

其进一步技术方案为：所述手动采集模块包括手动电位器。

其进一步技术方案为：所述输出单元包括与负载驱动器的PWM调节接口连接的驱动电路和/或与负载的电源线串接的继电器开关。

其进一步技术方案为：所述电力载波单元包括电力载波芯片U4，所述电力载波芯片U4的型号为HWPLC3911。

其进一步技术方案为：所述电量采集模块包括设于与负载连接的市电电源线上的电流互感器L3，及与电流互感器L3连接的电量采集芯片IC1。

其进一步技术方案为：所述电量采集芯片IC1的型号为NR8209D。

其进一步技术方案为：还包括与控制单元连接的通讯单元；所述通讯单元包括RF射频模块。

本发明还提供了电力载波型负载控制电路的控制方法，所述方法使用了上述的电力载波型负载控制电路，所述方法包括：

获取电量数据、烟雾信号、光照数据的传感数据；

对传感数据进行处理，并输出控制信号；

根据控制信号输出PWM信号，以控制负载工作；

将电量数据、烟雾信号、光照数据的传感数据传输至总控制器。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的电力载波型负载控制电路，通过设置采集单元、控制单元、输出单元、电源单元、电力载波单元以及通讯单元，利用采集单元采集周围环境的传感数据，由控制单元根据传感数据，驱动输出单元输出PWM信号，进行负载工作状态的调节，结合电源单元以及电力载波单元，对负载进行供电以及对控制单元进行通讯，另外，结合通讯单元与总控制器进行通讯，实现远程控制，实时检测周边环境，根据周边环境及时控制负载更换状态，实用性高。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明电力载波型负载控制电路具体实施例的结构框图；

图2为图1实施例的主控芯片IC3的电路原理图；

图3为图1实施例的手动采集模块的电路原理图；

图4为图1实施例的电量采集模块的电路原理图；

图5为图1实施例的输出单元的电路原理图；

图6为图1实施例的市电电源的电路原理图；

图7为图1实施例的电力载波单元的电路原理图；

图8为图1实施例的通讯单元的电路原理图；

图9为图1实施例的电源单元的电路原理图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1～9所示的具体实施例，本实施例提供的电力载波型负载控制电路，可以运用在室内或者室外的照明灯控制过程中，或者运用在控制其他负载9工作状态切换的过程中，实现实时检测周边环境，根据周边环境及时控制负载9更换状态，也可以远程控制该负载9，实用性高。

如图1所示，本实施例提供了电力载波型负载控制电路，其包括采集单元、控制单元1、输出单元、电源单元3和电力载波单元4；其中，采集单元，，与控制单元1连接，用于采集负载9周边环境的传感数据并传输至控制单元1；控制单元1，用于接收传感数据，对传感数据进行处理，并输出控制信号至输出单元和/或通过电力载波单元4将传感数据发送至远端；输出单元，用于接收控制信号，输出PWM信号和/或开关信号，以控制负载9工作；电源单元3，其输入端与市电电源联接，其输出端与控制单元1、采集单元连接；电力载波单元4，连接于市电电源线与控制单元1之间，通过市电电源线实现控制单元1与设于远端的总控制器8通讯连接。；

上述的电路还包括与控制单元1连接的通讯单元5。。

电源单元提供220V电流对负载9供电，使负载9进行工作，利用采集周边环境的传感数据，经过控制单元1处理后，由输出单元输出PWM信号控制负载9的开关或亮度调节，采集监控电压电流、信息反馈、PWM调光、故障检测、烟雾报警监测，可结合无线zigbee通讯、低压电力载波技术(PLC)及RS485等三种通讯技术可供选择。

更进一步地，上述的控制单元1包括主控芯片IC3，主控芯片IC3的型号为STM32F030C6。于其他实施例，上述的主控芯片IC3的型号还可以为STM类型的其他芯片。

该主控芯片IC3可以进行本地控制和远程控制，用于将控制信号发送至输出单元，实现远程控制的效果。上述的电力载波单元与总控制器8连接，以由总控制器8的控制器通过市电电源线直接控制各个路灯的控制单元。

优选地，上述的采集单元包括电量采集模块61、烟雾采集模块62、光照采集模块63、摄像头64以及手动采集模块65。

上述的电量采集模块61包括设于与负载9连接的市电电源线上的电流互感器L3，及与电流互感器L3连接的电量采集芯片IC1，电表采集芯片IC1的型号为NR8209D。

该电表采集芯片IC1的AVDD端脚与电源连接，该电表采集芯片IC1上设有第一时钟单元，该第一时钟单元包括振荡器Y1。

上述的烟雾采集模块62包括烟雾传感器，用于检测指定位置或者负载9周围的烟雾分布情况，比如是否处于雾天等。

上述的光照采集模块63包括光照传感器，用于采集指定位置或者负载9周围的光线布置情况，是处于白天还是黑夜等。

优选地，上述的手动采集模块65包括手动电位器，用于采集手动操作手动电位器所获取的模拟信号，以此输送至控制单元1，对负载9进行控制。

利用微控制器芯片，根据电表电量计、烟雾传感器、光照传感器和手动电位器采集的数据，按预定控制模式进光照类负载9进行控制。

另外，上述的输出单元包括与负载9驱动器10的PWM调节接口连接的驱动电路22和/或与负载9的电源线串接的继电器开关21；具体的，上述的驱动电路22包括三极管Q1、电阻R24以及接口J4，利用三极管Q1的基极、集电极和发射极之间的导通，实现将控制信号以PWM的方式发送至PWM设备，或以继电器方式发送至继电器，当控制信号驱动三极管Q1的基极、集电极导通时，则从接口J4输出高电平，驱动负载9进行工作或者状态切换，否则，当三极管Q1的基极和发射极导通，则接口J4无输出，也就是接收到低电平，因此负载9停止工作或者状态切换，从而达到利用通过PWM调光的方式实现LED线性调光。

另外，上述的输出单元还包括接口J5、J6、J7，用于在控制信号的控制下，输出3.3V的PWM信号，本实施例中，它们是与LED路灯驱动器10的PWM调光接口相连接。上述的电力载波单元与总控制器8连接，以由总控制器8直接控制电力载波单元。

接口J5、J6、J7与主控芯片IC3之间分别设有防反接二极管D4、D5、D6以及电阻R19、R20、R22。

采用多个接口分别控制不同的负载9，解决了单负载9通信距离的问题，实现多负载9的控制。

在某些实施例中，上述的市电电源与负载连接之间设有电流互感器L3、压敏电阻MOV1、热敏电阻NTC1以及继电器RL1，该电源单元3用于接收220V交流电，供负载9使用。

另外，上述的市电电源与负载连接之间设有电感器L4、L5以及电阻R43、R44、电容C31、C32，其中电阻R43以及电容C31、电阻R44以及电容C32分别组成通交阻直电路，电容C31、C32阻止直流信号通过，而允许交流信号通过，实现直流信号或者低频信号通过较困难，而交流信号或者高频信号较容易的通过。

上述的市电电源与负载连接之间设有电阻R45、R46、电容C33、C34，其中电阻R45以及电容C33、电阻R46以及电容C34分别组成通交阻直电路，实现直流信号或者低频信号通过较困难，而交流信号或者高频信号较容易的通过。

AC220V电源经过接口CN6输入至电源单元3内，经过通交阻直电路处理后输送至电力载波单元4，在由电力载波单元4与控制单元1通讯；此过程中，电表电量计对AC220V电源进行采样，输送至控制单元1，以获取负载9工作时的电量进行实时监测。

更进一步地，上述的电力载波单元4包括电力载波芯片U4，所述电力载波芯片U4的型号为HWPLC3911，该电力载波芯片U4与电源单元之间连接有电感器L6、电容C39、C40、C42、C43。

优选地，通讯单元5包括RF射频模块。

当然，于其他实施例，上述的通讯单元5还包括zigbee无线通信模块、RS485通信模块等通讯模块。

上述的输出单元还包括开关继电器，用于完成负载9的开关操作。

控制电路内置两路PWM调光输出(4V-5VPWM输出以及3.3VPWM输出)，配合1路内置开关继电器输出，完成单负载9的开关和调光。通过PWM调光的方式可以实现LED线性调光。

上述的控制电路还包括光耦隔离器件，在完成调光的同时保证了系统的稳定可靠。

控制电路通过自动路由技术完成单负载9控制器的组网，解决了单负载9通信距离的问题。FLS单灯控制器内置电压、电流、温度采集模块，可以实时侦测单灯控制器的工作状态，及时检测单灯控制器的故障信息，并传给FAC4C系列控制器，完成单灯的预警功能，解决了路灯维护的工作量，设备采用可选择PLC(低压电力载波技术)、zigbee无线通信技术、RS485等通讯传输技术。

另外，上述的控制单元1还包括控制芯片U1，该控制芯片U1的型号为DSPIC24HJ256GP210，实现远程控制。

该控制芯片U1上连接有蜂鸣器，用于报警。另外，上述的控制电路还设置为控制芯片U1以及通讯单元5供电的本地电源单元。

于其他实施例，如图9所示，上述的控制电路还包括电源单元3，用于为采集单元、控制单元1、输出单元以及电力载波单元4供电。

该电源单元3连接着220V的交流电，电源单元3包括电容C4、电感器L1、LF1、L2、电容C7以及C5、电阻R3、R7、R5、R1、电容C2、变压器T1A、T1C、二极管D1、电容C1、电阻R2以及电感LF2，实现将220V的交流电进行滤波、整流和变压处理，获取12V的直流电源。

电源单元3还包括将12V降为3.3V的降压模块，该降压模块包括电源管理芯片IC4、电容C44、C46、C47、C45以及电感器L7。

另外，于其他实施例中，上述的控制电路还包括上行处理单元，用于将传感数据进行处理后，由通讯单元5发送至总控制器8。

于其它实施例中，根据光照传感器的检测信息来启动烟雾传感器，以节省用电。

进一步地，烟雾传感器为光学式传感器，设于路灯的下方并朝向于路灯的照射方向，检测时，路灯射出预设的光线，以更准确地检测烟雾。当检测到有烟或雾时，控制单元1输出的雾灯工作信号，以通过驱动电路22，使得路灯输出黄色的光线。

上述的电力载波型负载控制电路，通过设置采集单元、控制单元1、输出单元、电源单元3、电力载波单元4以及通讯单元5，利用采集单元采集周围环境的传感数据，由控制单元1根据传感数据，驱动输出单元输出PWM信号，进行负载9工作状态的调节，结合电源单元3以及电力载波单元4，对负载9进行供电以及对控制单元1进行通讯，另外，结合通讯单元5与总控制器8进行通讯，实现远程控制，实时检测周边环境，根据周边环境及时控制负载9更换状态，实用性高。

另外，本发明还提供了电力载波型负载控制电路的控制方法，所述方法使用了上述的电力载波型负载控制电路，该方法包括：

获取电量数据、烟雾信号、光照数据的传感数据；

对传感数据进行处理，并输出控制信号；

根据控制信号输出PWM信号，以控制负载9工作；

将电量数据、烟雾信号、光照数据的传感数据传输至总控制器8。

电源单元提供220V电流对负载9供电，使负载9进行工作，利用采集周边环境的传感数据，经过控制单元1处理后，由输出单元输出PWM信号控制负载9的开关或亮度调节，采集监控电压电流、信息反馈、PWM调光、故障检测、烟雾报警监测，可结合无线zigbee通讯、低压电力载波技术(PLC)及RS485等三种通讯技术可供选择。

利用微控制器芯片，根据电表电量计、烟雾传感器、光照传感器和手动电位器采集的数据，按预定控制模式进光照类负载9进行控制。

利用三极管Q1的基极、集电极和发射极之间的导通，实现将控制信号以PWM的方式发送至PWM设备，或以继电器方式发送至继电器，当控制信号驱动三极管Q1的基极、集电极导通时，则从接口J4输出高电平，驱动负载9进行工作或者状态切换，否则，当三极管Q1的基极和发射极导通，则接口J4无输出，也就是接收到低电平，因此负载9停止工作或者状态切换，从而达到利用通过PWM调光的方式实现LED线性调光。

控制电路内置两路PWM调光输出(4V-5VPWM输出以及3.3VPWM输出)，配合1路内置开关继电器输出，完成单负载9的开关和调光。通过PWM调光的方式可以实现LED线性调光。

上述的电力载波型负载控制电路的控制方法，通过采集周围环境的传感数据，根据传感数据，驱动输出单元输出PWM信号，进行负载9工作状态的调节，对负载9进行供电以及对控制单元1进行通讯，另外，结合通讯单元5与总控制器8进行通讯，实现远程控制，实时检测周边环境，根据周边环境及时控制负载9更换状态，实用性高。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.电力载波型负载控制电路，其特征在于，包括采集单元、控制单元、输出单元、电源单元和电力载波单元；其中，所述采集单元，与控制单元连接，用于采集负载周边环境的传感数据并传输至控制单元；所述控制单元，用于接收传感数据，对传感数据进行处理，并输出控制信号至输出单元和/或通过电力载波单元将传感数据发送至远端；所述输出单元，用于接收控制信号，输出PWM信号和/或开关信号，以控制负载工作；所述电源单元，其输入端与市电电源联接，其输出端与控制单元、采集单元连接；所述电力载波单元，连接于市电电源线与控制单元之间，通过市电电源线实现控制单元与设于远端的总控制器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述控制单元包括主控芯片IC3，所述主控芯片IC3的型号为STM32F030C6。

3.根据权利要求1所述的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述采集单元包括电量采集模块、烟雾采集模块、光照采集模块、摄像头以及手动采集模块。

4.根据权利要求3所述的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述手动采集模块包括手动电位器。

5.根据权利要求1所述的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述输出单元包括与负载驱动器的PWM调节接口连接的驱动电路和/或与负载的电源线串接的继电器开关。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述电力载波单元包括电力载波芯片U4，所述电力载波芯片U4的型号为HWPLC3911。

7.根据权利要求6所述的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述电量采集模块包括设于与负载连接的市电电源线上的电流互感器L3，及与电流互感器L3连接的电量采集芯片IC1。

8.根据权利要求7所述的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述电量采集芯片IC1的型号为NR8209D。

9.根据权利要求1所述的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述电路还包括与控制单元连接的通讯单元；所述通讯单元包括RF射频模块。

10.电力载波型负载控制电路的控制方法，所述方法使用了权利要求1至9任一项的电力载波型负载控制电路，其特征在于，所述方法包括：

获取电量数据、烟雾信号、光照数据的传感数据；

对传感数据进行处理，并输出控制信号；

根据控制信号输出PWM信号，以控制负载工作；

将电量数据、烟雾信号、光照数据的传感数据传输至总控制器。