CN109884555B - 一种直流集中照明系统及其灯具状态的测量方法 - Google Patents

一种直流集中照明系统及其灯具状态的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种直流集中照明系统及其灯具状态的测量方法，其中该系统包括：直流配电箱以及多个灯具单元，直流配电箱将控制灯具状态的命令规约转化成幅值变化的电压信号经一电力线输出；每一灯具单元包括一灯具、一电力变换单元和一模拟负载单元，其中，电力变换单元耦接至灯具以及模拟负载单元，并经由电力线耦接至直流配电箱；电力变换单元接收电压信号，并判断电压信号与预设的约定规则是否匹配；若匹配成功，电力变换单元采集灯具的状态信息；且电力变换单元控制模拟负载单元动作，得到与灯具的状态信息相对应的电流信号，电流信号通过电力线回传至直流配电箱；直流配电箱解析电流信号，获得灯具的状态信息。

Description

一种直流集中照明系统及其灯具状态的测量方法
技术领域
本发明与直流集中照明系统有关，特别涉及一种可测量灯具状态的直流集中照明系统及其灯具状态的测量方法。
背景技术
在直流集中照明系统中，直流配电箱对灯具进行远程状态检测至关重要，比如灯具的开关状态，能耗大小状态及工作温度状态的检测等，进而得知灯具是否故障或正常工作等。
现有的直流集中照明系统在使用过程中，难免有故障灯具的出现，目前对故障灯具的定位与判断，多采用人工确定，这种方式往往都要在灯具损坏较多时才去统一处理，不够及时，给工程后期维护带来诸多不便，也给使用者造成困扰。
另外，可在灯具上安装单独的通讯模块，用于直流配电箱与灯具之间的双向通讯，进而实现灯具状态的控制和状态检测信息的回传。例如，可在灯具上安装无线通讯模块，参阅图1所示，通过如Zigbee或WIFI等无线通讯方式实现灯具的状态检测。或在灯具上安装有线通讯模块，参阅图2所示，通过如485、DMX512或DALI等有线通讯方式实现灯具的状态检测。但是，这两种方式都存在一定的缺陷，一方面，都需要加入额外的通讯模块，组网复杂，容易受干扰，且故障率也较高；另一方面，状态检测的成本也高，在一些低成本应用场合不太合适。
此外，专利CN103763833B公开了一种基于供电线路来控制LED路灯的控制方法及系统，采用直流电源通讯方式，可以实现路灯的远程调光及状态检测等控制，但是，这种方式仅能对灯具单元进行整体控制，无法检测单个灯具的状态。专利CN105101593B公开了一种路灯故障检测系统及方法，采用检测电源柜输出电流的方式，实现灯具的故障检测，但是，这种方式仅能在关灯或开灯的过程中实现灯具的故障检测，并且灯具故障检测的形式单一，仅可以知道单个灯具的亮灭，无法检测灯具的其它状态，如能耗大小状态、温度状态等。
当需要在任何状态下均可实现单灯状态检测时，上述方法均无法实现，因此，很有必要提出一种可测量灯具状态的直流集中照明系统以及其灯具状态的测量方法，以改变现有技术负面效果，解决当前应用过程中出现的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种直流集中照明系统及其灯具状态的测量方法，确保以较低成本实现灯具状态的在线检测，包括其开关状态、能耗状态、温度状态等；同时，利用电力线的数据传输方式也可提高整套产品的可靠性。
本发明提供一种可测量灯具状态的直流集中照明系统，包括：
一直流配电箱，所述直流配电箱将控制灯具状态的命令规约转化成幅值变化的电压信号经一电力线输出；
多个灯具单元，每一所述灯具单元包括一灯具、一电力变换单元和一模拟负载单元，其中，所述电力变换单元耦接至所述灯具以及所述模拟负载单元，并经由所述电力线耦接至所述直流配电箱；
所述电力变换单元接收所述电压信号，并判断所述电压信号与预设的约定规则是否匹配；若匹配成功，所述电力变换单元采集所述灯具的状态信息；且所述电力变换单元控制所述模拟负载单元动作，得到与所述灯具的状态信息相对应的电流信号，所述电流信号通过所述电力线回传至所述直流配电箱；所述直流配电箱解析所述电流信号，获得所述灯具的状态信息。
于一具体实施例中，所述电力变换单元将所述直流配电箱输出的直流电转换成所述灯具需要的恒定电流或是恒定电压。
于一具体实施例中，所述直流配电箱配置有电流传感器，用以检测所述电流信号。
于一具体实施例中，所述电流传感器为电流霍尔或分流器。
于一具体实施例中，所述电流传感器的电流采样精度与所述模拟负载单元的大小相匹配。
于一具体实施例中，所述命令规约包括所述灯具单元的逻辑地址信息和开始状态检测信息。
于一具体实施例中，所述约定规则包括与所述灯具单元对应的逻辑地址信息和开始状态检测信息，当所述电力变换单元接收的电压信号与所述约定规则匹配时，所述电力变换单元开始采集所述灯具的灯具状态信息。
于一具体实施例中，所述模拟负载单元包括开关元件或电阻。
于一具体实施例中，所述开关元件为MOS管或三极管。
于一具体实施例中，所述灯具的状态信息包括开关状态信息、能耗大小状态信息或温度状态信息。
本发明还提供一种直流集中照明系统中灯具状态的测量方法，所述直流集中照明系统包括直流配电箱以及与所述直流配电箱耦接的多个灯具单元，其特征在于，每一所述灯具单元包括一灯具、与所述灯具耦接的一电力变换单元和与所述电力变换单元耦接的一模拟负载单元，所述测量方法包括如下步骤：
步骤S101，所述直流配电箱将控制所述灯具单元的命令规约转化成幅值变化的电压信号，并将所述电压信号通过一电力线传输至所述电力变换单元；
步骤S102，所述电力变换单元接收所述电压信号，并判断所述电压信号与预设的约定规则是否匹配；
步骤S103，若匹配成功，所述电力变换单元采集所述灯具的状态信息；
步骤S104，所述电力变换单元控制所述模拟负载单元动作，得到与所述灯具的状态信息相对应的电流信号，所述电流信号通过所述电力线回传至所述直流配电箱；
步骤S105，所述直流配电箱解析所述电流信号获得所述灯具的状态信息。
于所述电力变换单元将所述直流配电箱输出的直流电转换成所述灯具所需要的恒定电流或是恒定电压。
于一具体实施例中，所述命令规约包括所述灯具单元的逻辑地址信息和开始状态检测信息，所述逻辑地址信息用于匹配所述灯具单元，所述开始状态检测信息用于启动所述电力变换单元检测所述灯具的状态信息。
于一具体实施例中，将启动所述模拟负载单元后得到的所述电流信号与未启动所述模拟负载单元得到的原始电流信号的差异进行约定，得到一有效信号或一无效信号。
于一具体实施例中，所述灯具的状态信息为由所述无效信号和所述有效信号组合构成的信号串，每一无效信号、每一有效信号均有一固定时间长度。
于一具体实施例中，按不同方式排列组合无效信号和有效信号以代表所述灯具的不同状态信息。
于一具体实施例中，通过控制所述模拟负载单元中的开关元件动作得到所述电力线上的所述电流信号。
于一具体实施例中，设置于所述直流配电箱中的电流传感器检测所述电力线上的所述电流信号。
于一具体实施例中，所述直流配电箱预设所述灯具的状态信息与所述电流信号的对应规则。
本发明的技术效果为：首先，该系统及方法可在灯具正常工作状态下，实现灯具的状态检测，不会影响灯具的正常工作，如亮度、色温等；其次，也可以克服现有的直流集中照明系统利用现有线路只能实现单向命令传输的缺陷，可将灯具的所有工作状态利用现有线路回传至直流配电箱，实现真正意义的数据双向通讯；最后，还可以实现单灯状态的检测，准确定位每个灯具，检测其工作状态。
这个方案满足了现代直流照明系统的远程遥控要求，提高的产品可靠性，减少了材料消耗，降低了成本，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为现有的采用无线通讯模块进行通讯的直流集中照明系统示意图。
图2为现有的采用有线通讯模块进行通讯的直流集中照明系统示意图。
图3为本发明采用电力线进行通讯的直流集中照明系统示意图。
图4为本发明一实施例中灯具单元的结构示意图。
图5为本发明直流集中照明系统中灯具状态的测量方法流程图。
图6为本发明一实施例中直流配电箱输出的命令规约电压信号。
图7为本发明一实施例中电力线上的电流信号示意图。
其中附图标记为：
100直流配电箱；
200灯具单元；
2001模拟负载单元；
2002电力变换单元；
2003灯具；
300电流传感器；
a1逻辑地址信息；
a2开始状态检测信息；
b1有效信号；
b2无效信号。
具体实施方式
下面结合图示和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明的申请专利范围的限制。
请参阅图3和图4，图3为本发明采用电力线进行通讯的直流集中照明系统示意图，图4为本发明一实施例中灯具单元的结构示意图。如图3和图4所示，本实施例公开了一种直流集中照明系统，包括直流配电箱100、多个灯具单元200，多个灯具单元200并联耦接于该直流配电箱100，每一灯具单元200进一步包括一灯具2003、一电力变换单元2002以及一模拟负载单元2001。
直流配电箱100将控制灯具状态的命令规约转化成幅值变化的电压信号经一电力线输出；所述电力变换单元2002耦接至所述灯具2003以及所述模拟负载单元2001，并经由所述电力线耦接至所述直流配电箱100，电力变换单元2003用以将直流配电箱100输出的直流电转换成灯具2003所需要的恒定电流输出或是恒定电压输出，并可采集灯具2003的相关状态信息。
所述电力变换单元2002接收所述电压信号，并判断所述电压信号与预设的约定规则是否匹配；若匹配成功，所述电力变换单元2002采集所述灯具2003的状态信息；且所述电力变换单元2002控制所述模拟负载单元2001动作，得到与所述灯具2003的状态信息相对应的电流信号，所述电流信号通过所述电力线回传至所述直流配电箱100；所述直流配电箱100解析所述电流信号，获得所述灯具2003的状态信息。
每一个灯具单元200均有其独立的物理与逻辑地址，直流配电箱100中记录有所有灯具单元200的物理与逻辑地址，并控制所有灯具2003的开关、调光以及记录电力变换单元2002上传的灯具2003的相关状态信息，电力变换单元2002在接收到直流配电箱100发送的指令后，启动模拟负载单元2001工作，配合电力变换单元2002回应直流配电箱100的相应命令，来实现灯具2003相关状态信息的数据上报。
所述直流配电箱100配置有电流传感器300，用以检测电力线上的所述电流信号，以便统计灯具2003消耗电能，此方案利用电流传感器300检测系统工作时所述电力线上的电流变化来实现灯具2003的状态检测。实际使用中，电流传感器300可以为电流霍尔或分流器等，但本发明并不以此为限。电流传感器300的电流采样精度与所述模拟负载单元2001的大小相匹配，而模拟负载的大小由电流传感器300的电流采样精度决定。所述命令规约包括所述灯具单元200的逻辑地址信息和开始状态检测信息，当电力变换单元2002接收的电压信号与所述约定规则匹配时，电力变换单元2002开始采集灯具2003的状态信息。
模拟负载单元2001包括开关元件或电阻，例如，模拟负载单元2001可包括MOS、三极管等此类常规半导体器件，通过对开关元件工作状态的动态调节，实现电力线上电流大小的调节。所述灯具2003的状态信息包括开关状态信息、能耗大小状态信息或温度状态信息等。
再请参阅图4，图4为本发明第一实施例中灯具单元的结构示意图。如图4所示，每一灯具单元200包括一灯具2003、与所述灯具2003耦接的一电力变换单元2002和与所述电力变换单元2002耦接的一模拟负载单元2001。
接着说明直流集中照明系统中灯具状态的测量方法，请参阅图5，图5为本发明直流集中照明系统中灯具状态的测量方法流程图，如图5所示，所述测量方法包括如下步骤：
步骤S101，所述直流配电箱100将控制所述灯具单元200的命令规约转化成幅值变化的电压信号，并将所述电压信号通过一电力线传输至所述电力变换单元2002；
步骤S102，所述电力变换单元2002接收所述电压信号，并判断所述电压信号与预设的约定规则是否匹配；
步骤S103，若匹配成功，所述电力变换单元2002采集所述灯具2003的状态信息；
步骤S104，所述电力变换单元2002控制所述模拟负载单元2001动作，得到与所述灯具2003的状态信息相对应的电流信号，所述电流信号通过所述电力线回传至所述直流配电箱100；
步骤S105，所述直流配电箱100解析所述电流信号获得所述灯具2003的状态信息。
通过控制所述模拟负载单元2001中的开关元件动作得到所述电力线上的所述电流信号。所述命令规约包括所述灯具单元200的逻辑地址信息和开始状态检测信息，所述逻辑地址信息用于匹配所述灯具单元200，所述开始状态检测信息用于启动所述电力变换单元2002检测所述灯具2003的状态信息。
于一实施例中，开始需要进行灯具工作状态检测时，直流配电箱100将启动工作状态检测的命令规约,以电压信号的形式通过电力线传输至电力变换单元2002。
请参阅图6，图6为本发明一实施例中直流配电箱输出的命令规约电压信号。如图6所示，其命令规约中带有灯具单元200的逻辑地址信息a1以及开始状态检测信息a2，该命令规约通过该电力线发送给所有的灯具单元200，同时，直流配电箱100开始记录电流传感器300测量的电流变化数据。
灯具单元200中的电力变换单元2002接收该电压，首先进行灯具单元200的逻辑地址匹配，在确认该灯具单元200的逻辑地址匹配正确后，开始采集灯具2003的相关工作状态。
采集完灯具2003的状态信息后，由电力变换单元2002启动模拟负载单元2001工作，将启动所述模拟负载单元2001后得到的所述电流信号与未启动所述模拟负载单元2001得到的原始电流信号的差异进行约定，得到一有效信号或一无效信号。所述灯具2003的状态信息为由所述无效信号和所述有效信号组合构成的信号串，每一无效信号、每一有效信号均有一固定时间长度。按不同方式排列组合无效信号和有效信号以代表灯具2003的不同状态信息。灯具2003的不同状态信息相对应的电流信号通过电力线回传至直流配电箱100b，该直流配电箱100预设所述灯具2003的状态信息与所述电流信号的对应规则，根据该预设的对应规则解析该电流信号，进而得到灯具2003的不同状态信息。
请参阅图7，图7为本发明一实施例中电力线上的电流信号示意图。如图7所示，在实际使用时，未启动模拟负载2001时，电力线上的电流为原始电流，由于模拟负载2001的投入，将会导致电力线线路电流变化，当直流配电箱100检测到变化的电流，可认为若有电流与原始电流值差异在约定规则中，则可定义其为一个有效信号b1，可设定为1；若不在约定规则中，则可定义其为一个无效信号b2，可设定为0。
在一实施例中，可约定一组数据的时间为1s，如1010的组合，1为250ms，0为250ms，则其命令为：投入模拟负载2001一次，断开模拟负载2001一次，投入模拟负载2001一次，断开模拟负载2001一次。其命令代表灯具2003灭灯。由于直流配电箱100检测的电流也按照上述规则变化，则可解析出灯具2003处于灭灯状态。
也可约定一组数据的时间为1s，如0010的组合，1为250ms，0为250ms，则其命令为：断开模拟负载2001两次，投入模拟负载2001一次，断开模拟负载2001一次。其命令可代表灯具的能耗大小。同样的，由于直流配电箱100检测的电流也按照上述规则变化，则可解析出灯具2003的能耗大小。
还可约定一组数据的时间为1.5s，如10010的组合，1为250ms，0为250ms，则其命令为：投入模拟负载2001一次，断开模拟负载2001两次，投入模拟负载2001一次，断开模拟负载2001一次。其命令可代表灯具2003温度过高。同样的，由于直流配电箱100检测的电流也按照上述规则变化，则可解析出灯具2003处于温度过高状态。
如此，可以按照不同方式的0与1的组合，或可调整传递数据的时间长度，就可以在不用改变灯具状态的情况下，远距离上传灯具的各种工作状态数据，实现高压直流照明系统的电力线数据双向通讯，而不用改变灯具亮度或其他状态。
值得一提的是，由于只是模拟负载单元2001的调整，而不用改变提供给灯具2003的直流电流或电压，则可在灯具2003正常工作状态下，实现灯具的状态检测，不会影响灯具的正常工作，如亮度、色温等。此外，整个直流集中照明系统仅采用电力线就实现了双向通讯，没有增加额外的通讯模块，节省了成本。最后，由于每个灯具单元200都有其各自的逻辑地址，因此可方便实现对单个灯具单元200的控制，准确定位灯具单元200并对其进行状态检测的控制。
本发明的直流集中照明系统满足了现代直流照明系统的远程遥控要求，提高的产品可靠性，减少了材料消耗，降低了成本，具有良好的经济效益。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的范围。

Claims (19)

1.一种可测量灯具状态的直流集中照明系统，其特征在于，包括：
一直流配电箱，所述直流配电箱将控制灯具状态的命令规约转化成幅值变化的电压信号经一电力线输出；
多个灯具单元，每一所述灯具单元包括一灯具、一电力变换单元和一模拟负载单元，其中，所述电力变换单元与所述灯具和所述模拟负载单元并联连接，并经由所述电力线耦接至所述直流配电箱；
所述电力变换单元接收所述电压信号，并判断所述电压信号与预设的约定规则是否匹配；若匹配成功，所述电力变换单元采集所述灯具的状态信息；且所述电力变换单元控制所述模拟负载单元动作，得到与所述灯具的状态信息相对应的电流信号，所述电流信号通过所述电力线回传至所述直流配电箱；所述直流配电箱解析所述电流信号，获得所述灯具的状态信息。
2.根据权利要求1所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述电力变换单元将所述直流配电箱输出的直流电转换成所述灯具需要的恒定电流或是恒定电压。
3.根据权利要求2所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述直流配电箱配置有电流传感器，用以检测所述电流信号。
4.根据权利要求3所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述电流传感器为电流霍尔或分流器。
5.根据权利要求3或4所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述电流传感器的电流采样精度与所述模拟负载单元的大小相匹配。
6.根据权利要求1所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述命令规约包括所述灯具单元的逻辑地址信息和开始状态检测信息。
7.根据权利要求1所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述约定规则包括与所述灯具单元对应的逻辑地址信息和开始状态检测信息，当所述电力变换单元接收的电压信号与所述约定规则匹配时，所述电力变换单元开始采集所述灯具的灯具状态信息。
8.根据权利要求1所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述模拟负载单元包括开关元件或电阻。
9.根据权利要求8所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述开关元件为MOS管或三极管。
10.根据权利要求1所述的直流集中照明系统，其特征在于，所述灯具的状态信息包括开关状态信息、能耗大小状态信息或温度状态信息。
11.一种直流集中照明系统中灯具状态的测量方法，所述直流集中照明系统包括直流配电箱以及与所述直流配电箱耦接的多个灯具单元，其特征在于，每一所述灯具单元包括一灯具、模拟负载单元和电力变换单元，所述电力变换单元与所述灯具和所述模拟负载单元并联连接，所述测量方法包括如下步骤：
步骤S101，所述直流配电箱将控制所述灯具单元的命令规约转化成幅值变化的电压信号，并将所述电压信号通过一电力线传输至所述电力变换单元；
步骤S102，所述电力变换单元接收所述电压信号，并判断所述电压信号与预设的约定规则是否匹配；
步骤S103，若匹配成功，所述电力变换单元采集所述灯具的状态信息；
步骤S104，所述电力变换单元控制所述模拟负载单元动作，得到与所述灯具的状态信息相对应的电流信号，所述电流信号通过所述电力线回传至所述直流配电箱；
步骤S105，所述直流配电箱解析所述电流信号获得所述灯具的状态信息。
12.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，所述电力变换单元将所述直流配电箱输出的直流电转换成所述灯具所需要的恒定电流或是恒定电压。
13.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，所述命令规约包括所述灯具单元的逻辑地址信息和开始状态检测信息，所述逻辑地址信息用于匹配所述灯具单元，所述开始状态检测信息用于启动所述电力变换单元检测所述灯具的状态信息。
14.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，将启动所述模拟负载单元后得到的所述电流信号与未启动所述模拟负载单元得到的原始电流信号的差异进行约定，得到一有效信号或一无效信号。
15.根据权利要求14所述的测量方法，其特征在于，所述灯具的状态信息为由所述无效信号和所述有效信号组合构成的信号串，每一无效信号、每一有效信号均有一固定时间长度。
16.根据权利要求15所述的测量方法，其特征在于，按不同方式排列组合无效信号和有效信号以代表所述灯具的不同状态信息。
17.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，通过控制所述模拟负载单元中的开关元件动作得到所述电力线上的所述电流信号。
18.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，设置于所述直流配电箱中的电流传感器检测所述电力线上的所述电流信号。
19.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，所述直流配电箱预设所述灯具的状态信息与所述电流信号的对应规则。
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