CN117750596A - 多色温led智能路灯自适应控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种多色温LED智能路灯自适应控制系统，所述LED路灯具有黄色LED阵列和白色LED阵列，所述黄色LED阵列与白色LED阵列分别对应一个LED供电控制电路；所述控制器与远程控制器通信连接，所述整流滤波电路的输入端连接于市电，整流滤波电路的输出端通过直流继电器的常开开关连接于LED供电控制电路的输入端，LED供电控制电路的输出端向LED路灯供电；所述检测控制电路用于检测环境光并根据环境光直流继电器的励磁线圈的供电回路通断，所述检测控制电路还用于向控制器输出环境光强度信号，所述控制器根据环境光的强度信号设定LED供电控制电路的供电电流，所述控制器的控制输出端还与检测控制电路的锁止控制输入端连接，所述控制器用于接收远程控制器下发的锁止指令控制检测控制电路将直流继电器的供电回路锁止在导通状态，且控制器将本地的控制过程上传至远程控制器。

Description

多色温LED智能路灯自适应控制系统

技术领域

本发明涉及一种LED智能路灯，尤其涉及一种多色温LED智能路灯自适应控制系统。

背景技术

LED作为一种发光器件，由于其稳定性、使用寿命长以及相对节能被广泛应用于路灯中，而现有的LED路灯，在控制时，一般都是基于既定时间控制策略或者人工控制，既定时间控制策略是指在一天中到达指定时间开启或者关闭路灯，但是，这种控制方式灵活度低，尤其是在雾霾、雨天等情况下，往往达到还没有达到预设时间马路的环境光已经远低于安全行驶所需的照明条件，在此情况下路灯不开启，那么将存在安全隐患，而人工控制灵活性较强，但是，实时性也是较差的，因为人工具有主观因素存在，往往也不能适应于马路实际照明需求。

另外一方面，现有的路灯照明都是采用单一亮度方式，即路灯开启到关闭这段时间内，无论环境如何变化，LED路灯的亮度以及色温都是恒定的，这种方式同样不能满足环境以及马路的照明需求。

因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多色温LED智能路灯自适应控制系统，能够根据环境光的亮度自动进行路灯的开启或者关闭，并能够根据环境光的亮度自适应改变亮度条件，从而能够实时满足马路的照明需求，从而避免传统技术中存在的安全隐患，而且还能够在特殊工况下使得LED路灯保持在恒定的色温以及亮度状态，从而能够有效提升整个控制系统的适应性。

本发明提供的一种多色温LED智能路灯自适应控制系统，包括LED路灯、检测控制电路、控制器、LED供电控制电路、直流继电器、远程控制器以及整流滤波电路；

所述LED路灯具有黄色LED阵列和白色LED阵列，所述黄色LED阵列与白色LED阵列分别对应一个LED供电控制电路；

所述控制器与远程控制器通信连接，所述整流滤波电路的输入端连接于市电，整流滤波电路的输出端通过直流继电器的常开开关连接于LED供电控制电路的输入端，LED供电控制电路的输出端向LED路灯供电；

所述检测控制电路用于检测环境光并根据环境光直流继电器的励磁线圈的供电回路通断，所述检测控制电路还用于向控制器输出环境光强度信号，所述控制器根据环境光的强度信号设定LED供电控制电路的供电电流，所述控制器的控制输出端还与检测控制电路的锁止控制输入端连接，所述控制器用于接收远程控制器下发的锁止指令控制检测控制电路将直流继电器的供电回路锁止在导通状态，且控制器将本地的控制过程上传至远程控制器。

进一步，所述检测控制电路包括光敏电阻R12、电阻R10、电阻R9、电阻R11、比较器U1、PMOS管Q2、电阻R14、电阻R13、电阻R15、电阻R16、三极管Q3以及三极管Q4；

电阻R10的一端连接于直流电源VDD，电阻R10的另一端通过光敏电阻R12接地，电阻R10和光敏电阻R12之间的公共连接点连接于比较器U1的同相端；

电阻R9的一端连接于直流电源VDD，电阻R9的另一端通过电阻R11接地，电阻R9和电阻R11之间的公共连接点连接于比较器U1的反相端；

比较器U1的输出端通过电阻R14连接于三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极连接于PMOS管Q2的栅极，PMOS管Q2的栅极通过电阻R15连接于PMOS管Q2的源极，PMOS管Q2的源极连接于直流电源VDD，PMOS管Q2的漏极作为检测控制电路的电源输出端向直流继电器的励磁线圈J1供电；

电阻R13的一端连接于电阻R10和光敏电阻R12之间的公共连接点，电阻R13的另一端通过电容C6接地，电阻R13和电容C6之间的公共连接点作为检测控制电路的检测输出端SD连接于控制器的检测输入端；

电阻R16的一端连接于直流电源VDD，电阻R16的另一端连接于三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极连接于三极管Q3的基极，三极管Q4的基极连接于二极管D6的负极，二极管D6的正极作为检测控制电路的锁止控制输入端连接于控制器。

进一步，所述LED供电控制电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、NMOS管Q1、电感L1、电感L2、稳压管ZW1以及控制芯片；

所述控制芯片为UC3843，所述控制芯片的1引脚连接于控制器，变压器T1的初级绕组的一端连接于整流滤波电路的输出端，变压器T1的初级绕组的另一端连接于NMOS管Q1的漏极，NMOS管Q1的源极通过电阻R7接地，NMOS管Q1的栅极通过电阻R8连接于控制芯片的6引脚，NMOS管Q1的栅极通过电阻R5连接于NMOS管Q1的源极，NMOS管Q1的源极通过电阻R6连接于控制芯片的3引脚，控制芯片的3引脚通过电容C5接地；

电阻R2和电容C1并联后的一端连接于整流滤波电路的输出端与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点，电阻R2和电容C1并联后的另一端连接于二极管D1的负极，二极管D1的正极连接于NMOS管Q1的漏极；

整流滤波电路的输出端与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点通过电阻R1连接于控制芯片的7引脚，变压器T1的反馈绕组的一端连接于二极管D2的正极，变压器T1的反馈绕组的另一端接地，二极管D2的负极通过电容C3接地，二极管D2的负极通过电阻R3连接于电感L1的一端，电感L1的另一端通过电容C2接地，电容C2和电感L1的公共连接点连接于控制芯片的7引脚；

变压器T1的次级绕组的一端连接于二极管D3的正极，次级绕组的另一端接地，二极管D3的负极连接于电感L2的一端，电感L2的另一端连接于电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接于稳压管ZW1的负极，稳压管ZW1的正极接地，电阻R4和稳压管ZW1的负极之间的公共连接点作为LED供电控制电路的输出端，电感L2和电阻R4之间的公共连接点通过电容C4接地。

进一步，还包括颗粒物浓度传感器，所述颗粒物浓度传感器的输出端连接于控制器，所述控制器接收颗粒物浓度传感器输出的颗粒物浓度信号并根据浓度信号计算当前的能见度状态，并根据能见度状态控制白色LED阵列和黄色LED阵列对应的LED供电控制电路的工作状态。

进一步，还包括雨量传感器，所述雨量传感器的输出端连接于控制器，所述控制器接收雨量传感器输出的雨量信号并根据雨量信号计算当前的能见度状态，并根据能见度状态控制白色LED阵列和黄色LED阵列对应的LED供电控制电路的工作状态。

进一步，所述控制器通过无线通信模块与远程控制器通信连接。

本发明的有益效果：通过本发明，能够根据环境光的亮度自动进行路灯的开启或者关闭，并能够根据环境光的亮度自适应改变亮度条件，从而能够实时满足马路的照明需求，从而避免传统技术中存在的安全隐患，而且还能够在特殊工况下使得LED路灯保持在恒定的色温以及亮度状态，从而能够有效提升整个控制系统的适应性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的LED供电控制电路原理图。

图3为本发明的检测控制电路原理图。

具体实施方式

以下进一步对本发明做出详细说明：

本发明提供的一种多色温LED智能路灯自适应控制系统，包括LED路灯、检测控制电路、控制器、LED供电控制电路、直流继电器、远程控制器以及整流滤波电路；其中，整流滤波电路包括现有的二极管组成的全桥式整流电路以及RC滤波电路；

所述LED路灯具有黄色LED阵列和白色LED阵列，所述黄色LED阵列与白色LED阵列分别对应一个LED供电控制电路；

所述控制器与远程控制器通信连接，所述整流滤波电路的输入端连接于市电，整流滤波电路的输出端通过直流继电器的常开开关连接于LED供电控制电路的输入端，LED供电控制电路的输出端向LED路灯供电；

所述检测控制电路用于检测环境光并根据环境光直流继电器的励磁线圈的供电回路通断，所述检测控制电路还用于向控制器输出环境光强度信号，所述控制器根据环境光的强度信号设定LED供电控制电路的供电电流，所述控制器的控制输出端还与检测控制电路的锁止控制输入端连接，所述控制器用于接收远程控制器下发的锁止指令控制检测控制电路将直流继电器的供电回路锁止在导通状态，且控制器将本地的控制过程上传至远程控制器。其中，控制器与远程控制器之间采用无线通信模块的方式进行连接，比如5G模块，本实施例中，在设定距离范围内的各个路灯的控制器中，选择一个作为中继控制器，该距离范围内的其余控制器与该中继控制器通过蓝牙、ZigBee或者UWB模块等进行通信连接，然后由中继控制器上传控制过程以及下发远程控制器的控制指令，从而能够有效节约网络资源，防止每个控制器都与远程控制器进行通信而造成远程控制器的网络服务压力过大，避免信息阻塞；远程控制器采用现有的服务器或者PC主机，当然，还设置远程控制器通信连接的触控显示器和存储器，用于显示控制器上传的过程数据以及通过存储器来存储过程数据，便于后续追溯处理，控制器采用现有的单片机，通过上述结构，能够根据环境光的亮度自动进行路灯的开启或者关闭，并能够根据环境光的亮度自适应改变亮度条件，从而能够实时满足马路的照明需求，从而避免传统技术中存在的安全隐患，而且还能够在特殊工况下使得LED路灯保持在恒定的色温以及亮度状态，从而能够有效提升整个控制系统的适应性。

本实施例中，所述检测控制电路包括光敏电阻R12、电阻R10、电阻R9、电阻R11、比较器U1、PMOS管Q2、电阻R14、电阻R13、电阻R15、电阻R16、三极管Q3以及三极管Q4；

电阻R10的一端连接于直流电源VDD，电阻R10的另一端通过光敏电阻R12接地，电阻R10和光敏电阻R12之间的公共连接点连接于比较器U1的同相端；

电阻R9的一端连接于直流电源VDD，电阻R9的另一端通过电阻R11接地，电阻R9和电阻R11之间的公共连接点连接于比较器U1的反相端；

比较器U1的输出端通过电阻R14连接于三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极连接于PMOS管Q2的栅极，PMOS管Q2的栅极通过电阻R15连接于PMOS管Q2的源极，PMOS管Q2的源极连接于直流电源VDD，PMOS管Q2的漏极作为检测控制电路的电源输出端向直流继电器的励磁线圈J1供电；

电阻R13的一端连接于电阻R10和光敏电阻R12之间的公共连接点，电阻R13的另一端通过电容C6接地，电阻R13和电容C6之间的公共连接点作为检测控制电路的检测输出端SD连接于控制器的检测输入端；

电阻R16的一端连接于直流电源VDD，电阻R16的另一端连接于三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极连接于三极管Q3的基极，三极管Q4的基极连接于二极管D6的负极，二极管D6的正极作为检测控制电路的锁止控制输入端连接于控制器。光敏电阻随着光线越强，其阻值越小，那么在上述结构中，比较器U1的同相端电压小于反相端电压时，此时，说明环境光亮度足够满足安全形势的光线条件，那么此时，比较器U1输出低电平，三极管Q3截止，NMOS管Q2截止，此时，控制器、控制芯片都不工作，而且继电器的常开开关也断开，从而路灯不工作，当比较器的同相端电压高于反相端电压，此时，表明环境光强度减弱，光敏电阻R12的阻值随之增大，此时比较器U1输出高电平，塞纳机关Q3导通，PMOS管Q2导通，从而控制器以及继电器得电，使得LED供电控制电路的回路导通，此时LED路灯卡其，同时，环境光的强度也随之输入至控制器中，控制器根据环境光的强度来计算当前LED路灯所需的亮度(该计算过程为现有技术)，根据该亮度得到LED路灯工作所需电流，那么控制器将该目标电流输入至控制芯片UC3843中，UC3843根据该电流确定PWM信号的占空比，从而控制LED供电控制电路工作。

在某些特殊工况下，比如抢险，在这种条件下，则无需改变照明亮度，只需要按照设定的最大亮度来使LED路灯处于工作状态，那么此时，无论环境光亮度如何，只要环境光变暗，都按照LED路灯的最大亮度工作，远程控制器则下发控制指令，控制器控制三极管Q4导通，从而使得三极管Q3导通，而且控制器根据远程控制器的指令控制UC3843中的设定电流值为最大亮度对应的电流值。

其中，直流电源VDD可以采用现有的蓄电池或者光伏电池来实现，也可以采用整流滤波后的市电再进行相应的稳压处理得到，在此不进行赘述，如图3所示，直流继电器的励磁线圈J1在连接到检测控制电路的输出端时，需要串联一个二极管D5，该二极管D5用于防止在断电情况下J1的感应电动势的冲击，二极管D4起到续流的作用。

本实施例中，所述LED供电控制电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、NMOS管Q1、电感L1、电感L2、稳压管ZW1以及控制芯片；

所述控制芯片为UC3843，所述控制芯片的1引脚连接于控制器，变压器T1的初级绕组的一端连接于整流滤波电路的输出端，变压器T1的初级绕组的另一端连接于NMOS管Q1的漏极，NMOS管Q1的源极通过电阻R7接地，NMOS管Q1的栅极通过电阻R8连接于控制芯片的6引脚，NMOS管Q1的栅极通过电阻R5连接于NMOS管Q1的源极，NMOS管Q1的源极通过电阻R6连接于控制芯片的3引脚，控制芯片的3引脚通过电容C5接地；

电阻R2和电容C1并联后的一端连接于整流滤波电路的输出端与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点，电阻R2和电容C1并联后的另一端连接于二极管D1的负极，二极管D1的正极连接于NMOS管Q1的漏极；

整流滤波电路的输出端与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点通过电阻R1连接于控制芯片的7引脚，变压器T1的反馈绕组的一端连接于二极管D2的正极，变压器T1的反馈绕组的另一端接地，二极管D2的负极通过电容C3接地，二极管D2的负极通过电阻R3连接于电感L1的一端，电感L1的另一端通过电容C2接地，电容C2和电感L1的公共连接点连接于控制芯片的7引脚；

变压器T1的次级绕组的一端连接于二极管D3的正极，次级绕组的另一端接地，二极管D3的负极连接于电感L2的一端，电感L2的另一端连接于电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接于稳压管ZW1的负极，稳压管ZW1的正极接地，电阻R4和稳压管ZW1的负极之间的公共连接点作为LED供电控制电路的输出端，电感L2和电阻R4之间的公共连接点通过电容C4接地。上述电路为一个开关电源，反馈绕组以及电阻R6用于检测反馈电压以及电流信号，并根据该反馈信号实时调整NMOS管Q1的PWM信号的占空比，使得整个电源输出的电流稳定在当前所需的电流值上，其中，UC3843的工作原理为现有技术，在此不加以赘述。

本实施例中，还包括颗粒物浓度传感器，所述颗粒物浓度传感器的输出端连接于控制器，所述控制器接收颗粒物浓度传感器输出的颗粒物浓度信号并根据浓度信号计算当前的能见度状态，并根据能见度状态控制白色LED阵列和黄色LED阵列对应的LED供电控制电路的工作状态。其中，颗粒物浓度传感器采用现有技术即可，控制器根据颗粒物浓度来计算能见度采用现有技术即可，控制器中预存有能见度—黄光亮度对照表，且不同的亮度条件下具有不同的驱动电流(通过现有的试验即可测试得到)，控制器根据驱动电流值自动调节白色LED阵列和黄色LED阵列的亮度，从而满足照明需求，一般来说，能见度越低，黄光亮度越大，因为黄光的穿透性越好，也就是说：在能见度降低的情况下，白色LED阵列的亮度会降低，而黄色LED阵列的亮度会增大，但是，两个中色温的光的总亮度则保持在当前状态下最大亮度，即通过当前能见度来确定马路在当前能见度条件下所需的最大亮度。

本实施例中，还包括雨量传感器，所述雨量传感器的输出端连接于控制器，所述控制器接收雨量传感器输出的雨量信号并根据雨量信号计算当前的能见度状态，并根据能见度状态控制白色LED阵列和黄色LED阵列对应的LED供电控制电路的工作状态。根据雨量信号的控制过程与颗粒物浓度的过程原理是一样的，只是所参考的参数不同。还需要说明的是：一般来说，在下雨的情况下，颗粒物浓度会降低，因此，往往在上述条件下采用其中一种参数即可实现较为准确的控制，但是，在雨量较小的情况下，颗粒物浓度降低效果并不明显，那么在此，需要综合雨量和颗粒物浓度的值来确定能见度状态，该过程也是可以通过现有技术来计算，在此不加以赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种多色温LED智能路灯自适应控制系统，其特征在于：包括LED路灯、检测控制电路、控制器、LED供电控制电路、直流继电器、远程控制器以及整流滤波电路；

所述LED路灯具有黄色LED阵列和白色LED阵列，所述黄色LED阵列与白色LED阵列分别对应一个LED供电控制电路；

所述控制器与远程控制器通信连接，所述整流滤波电路的输入端连接于市电，整流滤波电路的输出端通过直流继电器的常开开关连接于LED供电控制电路的输入端，LED供电控制电路的输出端向LED路灯供电；

所述检测控制电路用于检测环境光并根据环境光直流继电器的励磁线圈的供电回路通断，所述检测控制电路还用于向控制器输出环境光强度信号，所述控制器根据环境光的强度信号设定LED供电控制电路的供电电流，所述控制器的控制输出端还与检测控制电路的锁止控制输入端连接，所述控制器用于接收远程控制器下发的锁止指令控制检测控制电路将直流继电器的供电回路锁止在导通状态，且控制器将本地的控制过程上传至远程控制器。

2.根据权利要求1所述多色温LED智能路灯自适应控制系统，其特征在于：所述检测控制电路包括光敏电阻R12、电阻R10、电阻R9、电阻R11、比较器U1、PMOS管Q2、电阻R14、电阻R13、电阻R15、电阻R16、三极管Q3以及三极管Q4；

电阻R10的一端连接于直流电源VDD，电阻R10的另一端通过光敏电阻R12接地，电阻R10和光敏电阻R12之间的公共连接点连接于比较器U1的同相端；

电阻R9的一端连接于直流电源VDD，电阻R9的另一端通过电阻R11接地，电阻R9和电阻R11之间的公共连接点连接于比较器U1的反相端；

比较器U1的输出端通过电阻R14连接于三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极连接于PMOS管Q2的栅极，PMOS管Q2的栅极通过电阻R15连接于PMOS管Q2的源极，PMOS管Q2的源极连接于直流电源VDD，PMOS管Q2的漏极作为检测控制电路的电源输出端向直流继电器的励磁线圈J1供电；

电阻R13的一端连接于电阻R10和光敏电阻R12之间的公共连接点，电阻R13的另一端通过电容C6接地，电阻R13和电容C6之间的公共连接点作为检测控制电路的检测输出端SD连接于控制器的检测输入端；

电阻R16的一端连接于直流电源VDD，电阻R16的另一端连接于三极管Q4的集电极，三极管Q4的发射极连接于三极管Q3的基极，三极管Q4的基极连接于二极管D6的负极，二极管D6的正极作为检测控制电路的锁止控制输入端连接于控制器。

3.根据权利要求2所述多色温LED智能路灯自适应控制系统，其特征在于：所述LED供电控制电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、NMOS管Q1、电感L1、电感L2、稳压管ZW1以及控制芯片；

所述控制芯片为UC3843，所述控制芯片的1引脚连接于控制器，变压器T1的初级绕组的一端连接于整流滤波电路的输出端，变压器T1的初级绕组的另一端连接于NMOS管Q1的漏极，NMOS管Q1的源极通过电阻R7接地，NMOS管Q1的栅极通过电阻R8连接于控制芯片的6引脚，NMOS管Q1的栅极通过电阻R5连接于NMOS管Q1的源极，NMOS管Q1的源极通过电阻R6连接于控制芯片的3引脚，控制芯片的3引脚通过电容C5接地；

电阻R2和电容C1并联后的一端连接于整流滤波电路的输出端与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点，电阻R2和电容C1并联后的另一端连接于二极管D1的负极，二极管D1的正极连接于NMOS管Q1的漏极；

整流滤波电路的输出端与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点通过电阻R1连接于控制芯片的7引脚，变压器T1的反馈绕组的一端连接于二极管D2的正极，变压器T1的反馈绕组的另一端接地，二极管D2的负极通过电容C3接地，二极管D2的负极通过电阻R3连接于电感L1的一端，电感L1的另一端通过电容C2接地，电容C2和电感L1的公共连接点连接于控制芯片的7引脚；

变压器T1的次级绕组的一端连接于二极管D3的正极，次级绕组的另一端接地，二极管D3的负极连接于电感L2的一端，电感L2的另一端连接于电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接于稳压管ZW1的负极，稳压管ZW1的正极接地，电阻R4和稳压管ZW1的负极之间的公共连接点作为LED供电控制电路的输出端，电感L2和电阻R4之间的公共连接点通过电容C4接地。

4.根据权利要求3所述多色温LED智能路灯自适应控制系统，其特征在于：还包括颗粒物浓度传感器，所述颗粒物浓度传感器的输出端连接于控制器，所述控制器接收颗粒物浓度传感器输出的颗粒物浓度信号并根据浓度信号计算当前的能见度状态，并根据能见度状态控制白色LED阵列和黄色LED阵列对应的LED供电控制电路的工作状态。

5.根据权利要求4所述多色温LED智能路灯自适应控制系统，其特征在于：还包括雨量传感器，所述雨量传感器的输出端连接于控制器，所述控制器接收雨量传感器输出的雨量信号并根据雨量信号计算当前的能见度状态，并根据能见度状态控制白色LED阵列和黄色LED阵列对应的LED供电控制电路的工作状态。

6.根据权利要求1所述多色温LED智能路灯自适应控制系统，其特征在于：所述控制器通过无线通信模块与远程控制器通信连接。