CN110536505B - 一种用于远程led景观亮化的系统故障自诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，包括供电模块、信号控制模块和景观亮化LED模块，还包括电气测量监控模块、监控中心和有源消耗电路模块；电气测量监控模块主要测量负载LED灯具的电压、电流和功率，将测量数据传输给监控中心，监控中心根据程序预定值判断故障灯管数量和故障管的位置；有源消耗电路模块可以消除灯具关闭时的余亮问题，减小灯具的整体消耗。本发明可以对远程LED景观亮化灯具故障问题进行自诊断，提高故障解决速度，同时降低灯具无缘消耗时的损耗过大的问题。

Description

一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置

技术领域

本发明涉及一种照明装置故障自诊断技术，尤其是一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置。

背景技术

作为城市美化的基础要求，景观亮化在一定程度上，彰显了一个城市的繁荣程度，这也进一步引导了城市规划在景观亮化上的投入。随着使用领域的不断增加，景观亮化设备随处可见，不论是城市道路、公共广场、建筑物、商业街、园林绿化、景观雕塑还是桥梁水景。这些不同的范围和场所内，被广泛使用的景观亮化设备都是以LED灯具为主导的照明设备。

在使用过程中，LED景观亮化灯具损坏量很大，由于灯管本身的造价很低，灯管本身质量并不是很好，同时外界环境（风吹日晒）的影响也会进一步导致灯管的损坏。一旦出现损坏，只能进行夜间人工巡检，这种检修方式十分浪费人力、物力和时间。更严重的是，很多景观亮化装置都是在高空中进行布置的，人眼很难进行巡检，需要使用升降设备等，使得维修的成本十分高昂。

LED灯具的余亮无法完全降为零的现象也会进一步导致灯具组的使用寿命减少和损耗过大。带辅助绕组的调光控制电源，在做输出功率0-100%调光的时候，即使调光调到0，LED灯具仍然会有余亮。具体来说，普通调光芯片做不到灯具0到100%的亮度调节。造成这一现象的原因是在调光调为0的时候由辅助绕组供电的驱动芯片仍然需要工作电压，这时电路就会用一个很小的开关频率来维持自己所需的工作电压，进一步导致变压器的副圈上出现一个很小的感应电流。

针对这一现象，目前市面的解决办法就是在调光电源输出端并上电（假负载）或者在输入端放上功率电阻。电源输出端并上假负载方法：在调光为0时灯具仍有余亮的情况下，输出电流就会从假负载上流过，LED灯具看上去就会是熄灭的状态，虽然解决了调光为0时灯具仍有余亮的问题，但是在电源不需要将调光调为0时，假负载仍然在消耗功率，造成了没有必要的功率损失，降低了电源的效率。电源输入端放上功率电阻也是同样的道理，同时是用功率的损失为代价来解决调光为0时仍有余亮的问题。

发明内容

发明目的：提供一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，以解决上述问题。

技术方案：一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，包括：

供电模块、信号控制模块和景观亮化LED模块，其特征在于，还包括电气测量监控模块和监控中心；

供电模块，分别与信号控制模块、电气测量通信模块连接，给整个装置进行供电；

信号控制模块，分别与供电模块、电气测量通信模块、监控中心连接，对诊断信号进行控制，完成具有时钟周期和灯具色彩及明暗控制的信号输出；

景观亮化LED模块，本装置中的照明设备；

电气测量监控模块，用于测量负载LED灯具的电压、电流和功率数据源，并将测量数据进行进一步的传输；

监控中心，接收电气测量监控模块的电流、电压和功率数据，并根据程序预定值判断故障灯管数量和故障管的位置。

根据本发明的一个方面，所述电气测量监控模块还包括LED灯具功率计算电路，主要用于电量信号测量采集，具体计算方式是电压乘以电流，用模拟电路乘法器输出后，再经A/D数模转换装置变成串行数字信号，输出给监控中心。

根据本发明的一个方面，所述监控中心通过中央信号处理与计算单元控制有数字测量信号采集端口、亮化灯具控制信号输出端口和无线收发端口；

无线收发端口通过GPRS或4G的方式与远处互联网后方总监控台通讯，接收开关灯指令、亮化模式程序命令并向总台提供故障报警和统计信息；

数字测量信号采集端口对各个LED灯的电压电流功率信号进行收取；

亮化灯具控制信号输出端口在接收到中央信号处理与计算单元传送的亮化灯具控制信号后，将亮化灯具控制信号发送连接亮化灯具；

中央信号处理与计算单元通过无线收发端口连接云端后台，从总台得到故障测试任务后，向灯具发出一系列亮灯或暗灯的输出信号，同时从数字测量信息采集端口获取电压电流和功率信息，根据预定算法，实时判别出有没有故障及故障发生位置。

一种用于远程自诊断LED灯具的循环亮灯测试的方法，包括：

顺序亮灯和顺序灭灯两个平行部分；

顺序亮灯：把紧挨控制器连接的灯具称为第一根，随后顺序由近及远后面的灯具称为第二根、第三根，以此类推；每个灯管的地址编号为二进制八位，从0开始自然递增，最大不超过255，紧挨控制器的灯管八位二进制的地址码是00000001；在现场安装调试时，地址码分配按照和控制模块连接的顺序由近及远和物理位置分布一一对应；初始状态时，全部灯具熄灭，每根灯具依次亮50ms，那么t1和t2之间的时间间隔为50ms；第一根灯具亮，其余灯具都是熄灭，50ms后，第二根灯具亮其余灯具都是熄灭，以此循环；在任一个时刻，有且只有一盏灯具应当点亮；记载的功率大小如果正常，那么功率大小就应该等于一个正常工作灯具的功率，而一旦发现在某一时段出现显著差异，则那一时刻应当点亮的灯具就是有故障的；由于设定了亮灯的时间和亮灯的次序，从初始时刻开始，预编程的方式，第一根灯管的功率对应着从t0到t1时刻的功率，第二根灯管的功率对应的t1到t2时刻的功率，以此类推，发现功率凹陷的时刻就对应着发生故障的灯具，该灯具该亮未亮；

顺序灭灯：把紧挨控制器连接的灯具称为第一根，随后顺序由近及远后面的灯具称为第二根、第三根，以此类推；初始状态全部灯具亮灯，每根灯具依次熄灭50ms，那么t1和t2之间的时间间隔为50ms；第一根灯具熄灭其余灯具都是亮，50ms后，第二根灯具熄灭其余灯具都是亮，以此循环；在任一个时刻，有且只有一盏灯具应当熄灭。由于设定了亮灯的时间和亮灯的次序，从初始时刻开始，预编程的方式，初始的总功率减去一根灯管的功率就对应着中的t0到t1时刻的功率，以此类推，一旦发现在某一时段功率有显著差异，则那一时刻应当熄灭的灯具就是有故障，该灯具该熄灭未灭。

根据本发明的一个方面，顺序亮灯和顺序灭灯过程中都需要对实时的功率和程序预定值进行对应监测，其中，亮灯时的功率预设值等于单个LED灯进行正常工作时的功率，灭灯时的功率预设值为N-1个LED灯进行正常工作时的功率总和，N为LED灯的总数。

根据本发明的一个方面，当发生LED被非法破坏时，通过电气测量监控模块将会检测到受故障的LED灯的数量，在进行了重新计算之后，LED灯的总数N将会随着新一轮的测量数据进行改变，从而更改顺序灭灯时功率预设值的大小。

一种检测LED灯的使用老化现象的测量方法，其特征在于，包括：

步骤1、通过所述电子测量监控模块获得各LED灯正常工作时使用的电流和电压值，并进行各个功率值的计算；由于电线老化或者LED灯的使用时间过长会导致LED灯正常工作的压降不稳，进一步导致额定电流和额定电压值的变化，这些变化对自诊断过程中使用的程序预估值有很大的影响，需要在合适的时间进行重新测量，从而保证程序预估值的准确性；

步骤2、通过计算单个LED灯的正常工作功率值，结合景观装置中使用的LED灯的数量，可以计算出LED灯的总使用功率，这个数值与所述监控中心的程序设定值进行比对，当误差超过单个LED灯的正常工作值时，则认为压降变化大到需要进一步调整，所述监控中心将对程序预估值进行重新设定，否则保持原来的数值不变。

根据本发明的一个方面，所述的检测LED灯的使用老化现象的测量方法，还包括对远电源端LED灯的质量抽查，具体过程如下：

步骤1、通过冒泡排序法对工作的LED灯进行排序，具体规则为认定正常工作状态下，工作电压最符合额定电压值的为最优，偏差值最大的为最差，从最优到最差进行排序；

步骤2、对排序末端的LED灯进行故障重点抽查，由于LED灯在非额定工作状态下的持续工作会对灯管内部的电路连接产生较为直接的伤害，所以对排序末端的LED灯进行重点抽查，一旦发现单个LED灯出现故障，直接进行更换。

根据本发明的一个方面，所述的检测LED灯的使用老化现象的测量方法，还包括根据LED的损坏经验公式进行的质量抽查，具体为LED灯使用寿命理论上为10000个小时，当LED灯的工作总时长分别达到工作寿命的十分之一、五分之一和三分之一时，对LED灯进行故障排查。

一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，还包括有源消耗电路模块。

根据本发明的一个方面，所述有源消耗电路模块，包括PFC单元、FLYBACK单元和驱动芯片U1，还包括调光电路单元；

所述PFC单元与所述驱动芯片U1的调光端口连接，从而进行输入电压的升降压调节；FLYBACK单元与所述驱动芯片U12的驱动端口连接，进行交直流转换，将电流输出到负载端；所述调光电路单元与所述驱动芯片U1的控制端口连接，通过控制有源消耗电路工作，消除LED灯中的多余电压，达到消除余光的作用。

所述PFC单元，包括保险丝F1、滤波器FL1、电容C1、电容C2、变压器T1、二极管D1、三极管Q1和电阻R1，所述保险丝F1的一端与电压信号220V连接，所述保险丝F1的另一端与所述滤波器FL1的第二引脚连接，所述滤波器FL1的第一引脚与电压信号AC连接，所述滤波器FL1的第三引脚与所述电容C1的一端、所述变压器T1的第四引脚均接地，所述电容C1的另一端分别与所述滤波器FL1的第四引脚、所述变压器T1的第一引脚连接，所述变压器T1的第二引脚分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述二极管D1的负极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地；

所述FLYBACK单元，包括变压器T3、MOSFET管Q2、二极管D2、二极管DS1、二极管DS2、二极管DS3、电阻R2、电容C3和电容C4，所述变压器T3的第一引脚分别与所述电容C2的一端、所述二极管D2的负极连接，所述变压器T3的第二引脚与所述MOSFET管Q2的D极连接，所述电阻R2的一端与所述MOSFET管Q2的S极连接，所述电阻R2的另一端接地，所述变压器T3的第五引脚与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极分别与所述电容C3的一端、所述二极管DS1的正极连接，所述二极管DS1的负极与所述二极管DS2的正极连接，所述二极管DS2的负极与所述二极管DS3的正极连接，所述二极管DS3的负极分别与所述电容C3的另一端、所述电容C4的一端、所述变压器T3的第六引脚连接，所述电容C4的另一端接地；

所述驱动芯片U1的第一引脚与所述驱动芯片U1的第二引脚、所述驱动芯片U1的第三引脚、所述驱动芯片U1的第五引脚、所述驱动芯片U1的第六引脚、所述驱动芯片U1的第八引脚、所述驱动芯片U1的第九引脚、所述驱动芯片U1的第十一引脚、所述驱动芯片U1的第十四引脚均为断路，所述驱动芯片U1的第七引脚与所述三极管Q1的基极连接，所述驱动芯片U1的第十引脚与所述MOSFET管Q2的G极连接。

根据本发明的一个方面，所述调光电路单元主要包括蓝牙模块和有源消耗电路模块，在蓝牙模块的控制下，有源消耗电路将消耗工作电路中的多余电压，消除余光。

根据本发明的一个方面，所述调光电路单元包括集成芯片FM1、变压器T2、二极管D3、电容C5、三极管Q3、电阻R3和蓝牙模块，所述集成芯片FM1的第一引脚分别与所述滤波器FL1的第四引脚、所述电容C1的另一端、所述变压器T1的第一引脚连接，所述集成芯片FM1的第二引脚接地，所述集成芯片FM1的第四引脚与所述变压器T2的第一引脚连接，所述集成芯片FM1的第三引脚与所述变压器T2的第二引脚连接，所述变压器T2的第三引脚与所述二极管D3的正极连接，所述变压器T2的第四引脚分别与所述电容C5的一端、所述蓝牙模块的第一引脚连接，所述电容C5的另一端分别与所述二极管D3的负极、所述蓝牙模块的第二引脚连接，所述蓝牙模块的第四引脚与所述驱动芯片U1的第四引脚连接，所述蓝牙模块的第三引脚与所述三极管Q3的基极连接，所述三极管Q3的发射极与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端接地，所述三极管Q3的集电极分别与所述二极管D2的负极、所述电容C3的一端、所述二极管DS1的正极连接。

根据本发明的一个方面，所述二极管DS1与所述二极管DS2、所述二极管DS3均为LED灯。

有益效果：本发明能够解决现有技术存在的LED照明装置故障诊断成本高，需要进行人工巡检的问题；同时减少了夜晚高空操作检测照明的危险性，完成了自动的远程检测，提高了灯具维修的便捷性；满足彻底关灯和稳定深度调光要求前提下，最大程度保持灯具的转换效率的要求；另外，在输出侧绕组增加这个有源消耗电路可以降低开关晶体管的耐压要求，使得解决方案成本经济优越。具体将在下文描述。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的顺序亮灯的功率显示图。

图3是本发明的顺序亮灯的灯具显示图。

图4是本发明的顺序灭灯的功率显示图。

图5是本发明的顺序灭灯的灯具显示图。

图6是本发明的监控中心电路图。

图7是本发明的灯具地址编码图。

图8是本发明的LED灯具功率计算电路图。

图9是本发明的LED灯损坏程度经验图。

图10是本发明的有源消耗电路模块。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置主要包括供电模块、信号控制模块和景观亮化LED模块，还包括电气测量监控模块和监控中心。

供电模块，分别与信号控制模块、电气测量通信模块连接，给整个装置进行供电。

信号控制模块，分别与供电模块、电气测量通信模块、监控中心连接，对诊断信号进行控制，完成具有时钟周期和灯具色彩及明暗控制的信号输出。根据这一模块产生的输出信号，在后期进行照明装置自诊断时，作为依据进行功率对比信号的输出。

景观亮化LED模块，本装置中的照明设备，同时也是在进行自诊断时候的被检测对象，通过对LED等进行顺序亮灯和顺序灭灯完成检测环节。

电气测量监控模块，用于测量负载LED灯具的电压、电流和功率数据源，并将测量数据进行进一步的传输。

监控中心，接收电气测量监控模块的电流、电压和功率数据，并根据程序预定值判断故障灯管数量和故障管的位置。

在进一步的实施例中，所述电气测量监控模块还包括LED灯具功率计算电路，主要用于电量信号测量采集。当LED灯在进入到自诊断模式中的时候，所述LED灯具功率计算电路开始工作，对采集到的LED灯两端的电压值和经过LED灯的电流值进行计算，具体方式是用电压值乘以电流值从而得到每一个LED灯的功率值；将功率计算值用模拟电路乘法器输出后，再经A/D数模转换装置变成串行数字信号，通过单片机进行了滤波处理之后输出给监控中心。

在进一步的实施例中，所述监控中心，如图6所示，通过中央信号处理与计算单元控制有数字测量信号采集端口、亮化灯具控制信号输出端口和无线收发端口。

无线收发端口通过GPRS或4G的方式与远处互联网后方总监控台通讯，当后方监控台发出信号时，所述无线收发端口将对应地接收并执行开关灯指令和用于自诊断的亮化模式程序命令，当最终诊断结果出来后，所述无线收发端口将并向后方监控台提供故障报警和统计信息。

数字测量信号采集端口对各个LED灯的电压、电流和功率信号进行采集，获得的电压和电流值将进一步传送到所述电气测量监控模块中，进行功率值进行和传递。在获得实时功率测量值之后，可以为后续的自诊断程序提供对比数据。

亮化灯具控制信号输出端口在接收到中央信号处理与计算单元传送的亮化灯具控制信号后，将亮化灯具控制信号发送到灯具。

中央信号处理与计算单元通过无线收发端口连接云端后台，从总台得到故障测试任务后，向灯具发出一系列亮灯或暗灯的输出信号，同时从数字测量信息采集端口获取电压电流和功率信息，根据预定算法，实时判别出有没有故障及故障发生位置。

进一步提供一种用于远程自诊断LED灯具的循环亮灯测试的方法，包括顺序亮灯和顺序灭灯两个平行部分：

顺序亮灯：把紧挨控制器连接的灯具称为第一根，随后顺序由近及远后面的灯具称为第二根、第三根，以此类推，如图3所示。每个灯管的地址编号为二进制八位，从0开始自然递增，最大不超过255，如图7所示；紧挨控制器的灯管八位二进制的地址码是00000001。在现场安装调试时，地址码分配按照和控制模块连接的顺序由近及远和物理位置分布一一对应。

初始状态时，全部灯具熄灭，每根灯具依次亮50ms，那么t1和t2之间的时间间隔为50ms；第一根灯具亮，其余灯具都是熄灭，50ms后，第二根灯具亮其余灯具都是熄灭，以此循环，如图3所示。在任一个时刻，有且只有一盏灯具应当点亮。记载的功率大小如果正常，那么功率大小就应该等于一个正常工作灯具的功率，而一旦发现在某一时段出现显著差异，则那一时刻应当点亮的灯具就是有故障的，如图2所示。由于设定了亮灯的时间和亮灯的次序，从初始时刻开始，预编程的方式如图2所示，第一根灯管的功率对应着从t0到t1时刻的功率，第二根灯管的功率对应的t1到t2时刻的功率，以此类推，发现功率凹陷的时刻就对应着发生故障的灯具，该灯具该亮未亮。

顺序灭灯：把紧挨控制器连接的灯具称为第一根，随后顺序由近及远后面的灯具称为第二根、第三根，以此类推，如图5所示。

初始状态全部灯具亮灯，每根灯具依次熄灭50ms，那么t1和t2之间的时间间隔为50ms；第一根灯具熄灭其余灯具都是亮，50ms后，第二根灯具熄灭其余灯具都是亮，以此循环，如图5所示。在任一个时刻，有且只有一盏灯具应当熄灭。由于设定了亮灯的时间和亮灯的次序，从初始时刻开始，预编程的方式如图4所示，初始的总功率减去一根灯管的功率就对应着中的t0到t1时刻的功率，以此类推，一旦发现在某一时段功率有显著差异，则那一时刻应当熄灭的灯具就是有故障，该灯具该熄灭未灭。

在进一步的实施例中，顺序亮灯和顺序灭灯过程中都需要对实时的功率和程序预定值进行对应监测，其中，亮灯时的功率预设值等于单个LED灯进行正常工作时的功率，灭灯时的功率预设值为N-1个LED灯进行正常工作时的功率总和，N为LED灯的总数。当实时测量值和预估值出现较大差异时，在顺序亮灯中将会出现异常值，顺序灭灯的过程可以进一步地对具体的测量值进行误差排除，如果两次测量的异常点都是相同的位置，就可以对异常的LED进行确认，并进行故障定位。

在进一步的实施例中，当发生LED被非法破坏时，通过电气测量监控模块将会检测到受故障的LED灯的数量，在进行了重新计算之后，LED灯的总数N将会随着新一轮的测量数据进行改变，从而更改顺序灭灯时功率预设值的大小。

一种检测LED灯的使用老化现象的测量方法，其特征在于，包括：

步骤1、通过所述电子测量监控模块获得各LED灯正常工作时使用的电流和电压值，并进行各个功率值的计算；由于电线老化或者LED灯的使用时间过长会导致LED灯正常工作的压降不稳，进一步导致额定电流和额定电压值的变化，这些变化对自诊断过程中使用的程序预估值有很大的影响，需要在合适的时间进行重新测量，从而保证程序预估值的准确性；

步骤2、通过计算单个LED灯的正常工作功率值，结合景观装置中使用的LED灯的数量，可以计算出LED灯的总使用功率，这个数值与所述监控中心的程序设定值进行比对，当误差超过单个LED灯的正常工作值时，则认为压降变化大到需要进一步调整，所述监控中心将对程序预估值进行重新设定，否则保持原来的数值不变。

在进一步的实施例中，所述的检测LED灯的使用老化现象的测量方法，还包括对远电源端LED灯的质量抽查，具体过程如下：

步骤1、通过冒泡排序法对工作的LED灯进行排序，在正常工作状态下，工作电压值最接近额定电压值的为最优，偏差值最大的为最差，从最优到最差进行排序；

具体排序的规则是所述监控中心将重复地走访过要排序的元素列，依次比较两个相邻的LED的正常工作下的额定电压值的大小，如果排序错误就交换。这种进行比较的工作将会重复进行，直到没有相邻LED的排序需要交换，也就是说该LED的排序已经按照与额定电压值的偏差值大小排序完成。

步骤2、对排序末端的LED灯进行故障重点抽查，由于LED灯在非额定工作状态下的持续工作会对灯管内部的电路连接产生较为直接的伤害，所以对排序末端的LED灯进行重点抽查，一旦发现单个LED灯出现故障，直接进行更换。

在进一步的实施例中，所述的检测LED灯的使用老化现象的测量方法，还包括根据LED的损坏经验公式，如图9所示，进行的质量抽查，具体为LED灯使用寿命理论上为10000个小时，当LED灯的工作总时长分别达到工作寿命的十分之一、五分之一和三分之一时，对LED灯进行故障排查。

一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置还包括有源消耗电路模块，其中，有源消耗电路模块，包括PFC单元、FLYBACK单元和驱动芯片U1，还包括调光电路单元；

所述PFC单元与所述驱动芯片U1的调光端口连接，从而进行输入电压的升降压调节；FLYBACK单元与所述驱动芯片U12的驱动端口连接，进行交直流转换，将电流输出到负载端；所述调光电路单元与所述驱动芯片U1的控制端口连接，通过控制有源消耗电路工作，消除LED灯中的多余电压，达到消除余光的作用。

所述PFC单元，包括保险丝F1、滤波器FL1、电容C1、电容C2、变压器T1、二极管D1、三极管Q1和电阻R1，所述保险丝F1的一端与电压信号220V连接，所述保险丝F1的另一端与所述滤波器FL1的第二引脚连接，所述滤波器FL1的第一引脚与电压信号AC连接，所述滤波器FL1的第三引脚与所述电容C1的一端、所述变压器T1的第四引脚均接地，所述电容C1的另一端分别与所述滤波器FL1的第四引脚、所述变压器T1的第一引脚连接，所述变压器T1的第二引脚分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述二极管D1的负极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地；

所述FLYBACK单元，包括变压器T3、MOSFET管Q2、二极管D2、二极管DS1、二极管DS2、二极管DS3、电阻R2、电容C3和电容C4，所述变压器T3的第一引脚分别与所述电容C2的一端、所述二极管D2的负极连接，所述变压器T3的第二引脚与所述MOSFET管Q2的D极连接，所述电阻R2的一端与所述MOSFET管Q2的S极连接，所述电阻R2的另一端接地，所述变压器T3的第五引脚与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极分别与所述电容C3的一端、所述二极管DS1的正极连接，所述二极管DS1的负极与所述二极管DS2的正极连接，所述二极管DS2的负极与所述二极管DS3的正极连接，所述二极管DS3的负极分别与所述电容C3的另一端、所述电容C4的一端、所述变压器T3的第六引脚连接，所述电容C4的另一端接地；

所述驱动芯片U1的第一引脚与所述驱动芯片U1的第二引脚、所述驱动芯片U1的第三引脚、所述驱动芯片U1的第五引脚、所述驱动芯片U1的第六引脚、所述驱动芯片U1的第八引脚、所述驱动芯片U1的第九引脚、所述驱动芯片U1的第十一引脚、所述驱动芯片U1的第十四引脚均为断路，所述驱动芯片U1的第七引脚与所述三极管Q1的基极连接，所述驱动芯片U1的第十引脚与所述MOSFET管Q2的G极连接。

在进一步的实施例中，所述调光电路单元主要包括蓝牙模块和有源消耗电路模块，在蓝牙模块的控制下，有源消耗电路将消耗工作电路中的多余电压，消除余光。

在进一步的实施例中，所述调光电路单元包括集成芯片FM1、变压器T2、二极管D3、电容C5、三极管Q3、电阻R3和蓝牙模块，所述集成芯片FM1的第一引脚分别与所述滤波器FL1的第四引脚、所述电容C1的另一端、所述变压器T1的第一引脚连接，所述集成芯片FM1的第二引脚接地，所述集成芯片FM1的第四引脚与所述变压器T2的第一引脚连接，所述集成芯片FM1的第三引脚与所述变压器T2的第二引脚连接，所述变压器T2的第三引脚与所述二极管D3的正极连接，所述变压器T2的第四引脚分别与所述电容C5的一端、所述蓝牙模块的第一引脚连接，所述电容C5的另一端分别与所述二极管D3的负极、所述蓝牙模块的第二引脚连接，所述蓝牙模块的第四引脚与所述驱动芯片U1的第四引脚连接，所述蓝牙模块的第三引脚与所述三极管Q3的基极连接，所述三极管Q3的发射极与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端接地，所述三极管Q3的集电极分别与所述二极管D2的负极、所述电容C3的一端、所述二极管DS1的正极连接。

在更进一步的实施例中，当接收到外界调光指令，所述调光电路单元就会将接收到的指令转变成相对应输出功率的电压，驱动芯片根据调光端口的电压来控制MOS管的开关频率，从而来控制LED电源输出功率0到100%的调节。

在更进一步的实施例中，在所述有源消耗电路模块中，所述电阻R3消耗多余电压，所述三极管Q3的作用是降低开关晶体管的耐压要求，在不损耗电源功率的前提下，完美解决了电源调光为0时的灯具仍有余亮的问题。

在更进一步的实施例中，所述蓝牙模块的功能有两个：一个是控制电源输出功率0到100%的调节，一个是控制所述有源消耗电路模块中开关管适时的开关。当深度调光时，电源功率小于等于10%，所述蓝牙模块就会控制开关晶体管打开，这时所述有源消耗电路模块就相当于一个假负载，解决了调光为0时灯具余亮的问题；反之当电源功率大于10%时，蓝牙模块就会控制开关晶体管关闭，所述有源消耗电路模块相当于一个断路，这时的有源消耗电路就不会损耗功率。

在进一步的实施例中，所述二极管DS1与所述二极管DS2、所述二极管DS3均为LED灯。

总之，本发明具有以下优点：面对普通的LED照明装置，在进行装置检修的时候彻底去除了人工巡检的必要性；可以准确定位到故障灯具的位置，无需在黑暗环境下进行目测检查，可以在白天直接进行维修；发现故障只需几秒钟时间，提高了灯具维修的便捷性；减少了夜晚高空操作的危险性，自动远程巡检、定期维护更加方便；利用简单实用的电路结构完成了消除灯具余光的作用，在满足调光需求的同时又能减少耗能，完成了成本经济，营造了良好的光环境。本发明所需添加的软硬件成本和传统方式诊断维护成本相比微乎其微，实现最大程度的成本经济化。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，包括供电模块、信号控制模块和景观亮化LED模块，其特征在于，还包括电气测量监控模块和监控中心；

供电模块，分别与信号控制模块、电气测量通信模块连接，给整个装置进行供电；

信号控制模块，分别与供电模块、电气测量通信模块、监控中心连接，对诊断信号进行控制，完成具有时钟周期和灯具色彩及明暗控制的信号输出；

景观亮化LED模块，本装置中的照明设备；

电气测量监控模块，用于测量负载LED灯具的电压、电流和功率数据源，并将测量数据进行进一步的传输；

监控中心，接收电气测量监控模块的电流、电压和功率数据，并根据程序预定值判断故障灯管数量和故障管的位置；

还包括有源消耗电路模块，其特征在于，包括PFC单元、FLYBACK单元、驱动芯片U1和调光电路单元；

所述PFC单元与所述驱动芯片U1的调光端口连接，从而进行输入电压的升降压调节；

FLYBACK单元与所述驱动芯片U12的驱动端口连接，进行交直流转换，将电流输出到负载端；

所述调光电路单元与所述驱动芯片U1的控制端口连接，通过控制有源消耗电路工作，消除LED灯中的多余电压，达到消除余光的作用；

所述PFC单元，包括保险丝F1、滤波器FL1、电容C1、电容C2、变压器T1、二极管D1、三极管Q1和电阻R1，所述保险丝F1的一端与电压信号220V连接，所述保险丝F1的另一端与所述滤波器FL1的第二引脚连接，所述滤波器FL1的第一引脚与电压信号AC连接，所述滤波器FL1的第三引脚与所述电容C1的一端、所述变压器T1的第四引脚均接地，所述电容C1的另一端分别与所述滤波器FL1的第四引脚、所述变压器T1的第一引脚连接，所述变压器T1的第二引脚分别与所述二极管D1的正极、所述三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述二极管D1的负极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地；

所述FLYBACK单元，包括变压器T3、MOSFET管Q2、二极管D2、二极管DS1、二极管DS2、二极管DS3、电阻R2、电容C3和电容C4，所述变压器T3的第一引脚分别与所述电容C2的一端、所述二极管D2的负极连接，所述变压器T3的第二引脚与所述MOSFET管Q2的D极连接，所述电阻R2的一端与所述MOSFET管Q2的S极连接，所述电阻R2的另一端接地，所述变压器T3的第五引脚与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极分别与所述电容C3的一端、所述二极管DS1的正极连接，所述二极管DS1的负极与所述二极管DS2的正极连接，所述二极管DS2的负极与所述二极管DS3的正极连接，所述二极管DS3的负极分别与所述电容C3的另一端、所述电容C4的一端、所述变压器T3的第六引脚连接，所述电容C4的另一端接地；

所述驱动芯片U1的第一引脚与所述驱动芯片U1的第二引脚、所述驱动芯片U1的第三引脚、所述驱动芯片U1的第五引脚、所述驱动芯片U1的第六引脚、所述驱动芯片U1的第八引脚、所述驱动芯片U1的第九引脚、所述驱动芯片U1的第十一引脚、所述驱动芯片U1的第十四引脚均为断路，所述驱动芯片U1的第七引脚与所述三极管Q1的基极连接，所述驱动芯片U1的第十引脚与所述MOSFET管Q2的G极连接；

所述调光电路单元，主要包括蓝牙模块和有源消耗电路模块，在蓝牙模块的控制下，有源消耗电路将消耗工作电路中的多余电压，消除余光；

所述调光电路单元，包括集成芯片FM1、变压器T2、二极管D3、电容C5、三极管Q3、电阻R3和蓝牙模块，所述集成芯片FM1的第一引脚分别与所述滤波器FL1的第四引脚、所述电容C1的另一端、所述变压器T1的第一引脚连接，所述集成芯片FM1的第二引脚接地，所述集成芯片FM1的第四引脚与所述变压器T2的第一引脚连接，所述集成芯片FM1的第三引脚与所述变压器T2的第二引脚连接，所述变压器T2的第三引脚与所述二极管D3的正极连接，所述变压器T2的第四引脚分别与所述电容C5的一端、所述蓝牙模块的第一引脚连接，所述电容C5的另一端分别与所述二极管D3的负极、所述蓝牙模块的第二引脚连接，所述蓝牙模块的第四引脚与所述驱动芯片U1的第四引脚连接，所述蓝牙模块的第三引脚与所述三极管Q3的基极连接，所述三极管Q3的发射极与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端接地，所述三极管Q3的集电极分别与所述二极管D2的负极、所述电容C3的一端、所述二极管DS1的正极连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，所述电气测量监控模块还包括LED灯具功率计算电路，用于电量信号测量采集，具体计算方式是电压乘以电流，用模拟电路乘法器输出后，再经A/D数模转换装置变成串行数字信号，输出给监控中心。

3.根据权利要求1所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，所述监控中心通过中央信号处理与计算单元控制有数字测量信号采集端口、亮化灯具控制信号输出端口和无线收发端口；

无线收发端口通过GPRS或4G的方式与远处互联网后方总监控台通讯，接收开关灯指令、亮化模式程序命令并向总台提供故障报警和统计信息；

数字测量信号采集端口使用485协议通信串口，对各个LED灯的电压电流功率信号进行收取；

亮化灯具控制信号输出端口在接收到中央信号处理与计算单元传送的亮化灯具控制信号后，将亮化灯具控制信号发送连接亮化灯具；

中央信号处理与计算单元通过无线收发端口连接云端后台，从总台得到故障测试任务后，向灯具发出一系列亮灯或暗灯的输出信号，同时从数字测量信息采集端口获取电压电流和功率信息，根据预定算法，实时判别出有没有故障及故障发生的位置。

4.根据权利要求3所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，所述向灯具发出一系列亮灯或暗灯的输出信号，同时从数字测量信息采集端口获取电压电流和功率信息，根据预定算法，实时判别出有没有故障及故障发生的位置的过程具体包括：

顺序亮灯和顺序灭灯两个平行部分；

顺序亮灯：把紧挨控制器连接的灯具称为第一根，随后顺序由近及远后面的灯具称为第二根、第三根，以此类推；每个灯管的地址编号为二进制八位，从0开始自然递增，最大不超过255，紧挨控制器的灯管八位二进制的地址码是00000001；在现场安装调试时，地址码分配按照和控制模块连接的顺序由近及远和物理位置分布一一对应；初始状态时，全部灯具熄灭，每根灯具依次亮50ms，那么t1和t2之间的时间间隔为50ms；第一根灯具亮，其余灯具都是熄灭，50ms后，第二根灯具亮其余灯具都是熄灭，以此循环；在任一个时刻，有且只有一盏灯具应当点亮；记载的功率大小如果正常，那么功率大小就应该等于一个正常工作灯具的功率，而一旦发现在某一时段出现显著差异，则那一时刻应当点亮的灯具就是有故障的；由于设定了亮灯的时间和亮灯的次序，从初始时刻开始，预编程的方式，第一根灯管的功率对应着从t0到t1时刻的功率，第二根灯管的功率对应的t1到t2时刻的功率，以此类推，发现功率凹陷的时刻就对应着发生故障的灯具，该灯具该亮未亮；

顺序灭灯：把紧挨控制器连接的灯具称为第一根，随后顺序由近及远后面的灯具称为第二根、第三根，以此类推；初始状态全部灯具亮灯，每根灯具依次熄灭50ms，那么t1和t2之间的时间间隔为50ms；第一根灯具熄灭其余灯具都是亮，50ms后，第二根灯具熄灭其余灯具都是亮，以此循环；在任一个时刻，有且只有一盏灯具应当熄灭，由于设定了亮灯的时间和亮灯的次序，从初始时刻开始，预编程的方式，初始的总功率减去一根灯管的功率就对应着中的t0到t1时刻的功率，以此类推，一旦发现在某一时段功率有显著差异，则那一时刻应当熄灭的灯具就是有故障，该灯具该熄灭未灭。

5.根据权利要求4所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，顺序亮灯和顺序灭灯过程中都需要对实时的功率和程序预定值进行对应监测，其中，亮灯时的功率预设值等于单个LED灯进行正常工作时的功率，灭灯时的功率预设值为N-1个LED灯进行正常工作时的功率总和，N为LED灯的总数。

6.根据权利要求5所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，当发生LED被非法破坏时，通过电气测量监控模块将会检测到受故障的LED灯的数量，在进行了重新计算之后，LED灯的总数N将会随着新一轮的测量数据进行改变，从而更改顺序灭灯时功率预设值的大小。

7.根据权利要求1所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，所述电气测量监控模块还包括老化测量过程，具体如下：

步骤1、通过所述电气测量监控模块获得各LED灯正常工作时使用的电流和电压值，并进行各个功率值的计算；由于电线老化或者LED灯的使用时间过长会导致LED灯正常工作的压降不稳，进一步导致额定电流和额定电压值的变化，这些变化对自诊断过程中使用的程序预估值有很大的影响，需要在合适的时间进行重新测量，从而保证程序预估值的准确性；

步骤2、通过计算单个LED灯的正常工作功率值，结合景观装置中使用的LED灯的数量，可以计算出LED灯的总使用功率，这个数值与所述监控中心的程序设定值进行比对，当误差超过单个LED灯的正常工作值时，则认为压降变化大到需要进一步调整，所述监控中心将对程序预估值进行重新设定，否则保持原来的数值不变。

8.根据权利要求7所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，还包括对远电源端LED灯的质量抽查，具体过程如下：步骤1、通过冒泡排序法对工作的LED灯进行排序，具体规则为认定正常工作状态下，工作电压最符合额定电压值的为最优，偏差值最大的为最差，从最优到最差进行排序；

步骤2、对排序末端的LED灯进行故障重点抽查，由于LED灯在非额定工作状态下的持续工作会对灯管内部的电路连接产生较为直接的伤害，所以对排序末端的LED灯进行重点抽查，一旦发现单个LED灯出现故障，直接进行更换。

9.根据权利要求8所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，还包括根据LED的损坏经验公式进行的质量抽查，具体为LED灯使用寿命理论上为10000个小时，当LED灯的工作总时长分别达到工作寿命的十分之一、五分之一和三分之一时，对LED灯进行故障排查。

10.根据权利要求1所述的一种用于远程LED景观亮化的系统故障自诊断装置，其特征在于，所述二极管DS1与所述二极管DS2、所述二极管DS3均为LED灯。

Images