CN204069424U - 灯光控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种灯光控制器，包括外壳，外壳内包括接收灯光信号的接收模块，所述灯光通过第一无线技术模块与接收模块连接，所述灯光控制器还包括与接收模块连接的模数转换模块，该模数转换模块与主芯片模块连接，所述主芯片模块上连接有供电模块、备用电源模块以及调光输出电路模块，所述调光输出电路模块与灯通过第二无线技术模块连接；所述模数转换模块包括电压监测电路模块和电流监测电路模块。该灯光控制器克服了照明控制系统的部署麻烦、组网不稳定、功耗过大以及扩展性不足等缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及对灯的控制装置，具体涉及一种有源无线灯光控制器。
背景技术
传统的照明系统往往采用有线连接、具有布线麻烦、增减设备需要重新布线、系统可扩展性差、安装和维护成本高一级移动性能差等缺点，且往往采用人工控制的方法或使用节能灯具来实现节能，不能根据室外光强自适应地调整灯具的发光亮度，从而达到高效节能的目的。
目前已有无线照明控制系统一般分为3个流派：1.无线串口数据透传技术，利用以太网协议，组网规模下且信号稳定性无法保证；2.私有协议无线技术，利用自定义协议进行组网，组网规模及稳定性无法保证且芯片无法保证做到低功耗；3.Zigbee技术，组网稳定及功耗都较前者可靠，但6路I/O在需求扩展性上略显不足。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种灯光控制器，克服了现有技术中照明控制系统的部署麻烦、组网不稳定、功耗过大以及扩展性不足等缺陷。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：
一种灯光控制器，包括给灯光电源和主芯片模块供电的供电模块，所述供电模块通过第二MOS管隔离模块和主芯片模块连接，该供电模块上还连接有备用电源模块和模数转换模块，所述备用电源模块和模数转换模块均与所述主芯片模块连接，所述主芯片模块与调光输出电路模块通过第一MOS管隔离模块连接，所述调光输出电路模块与灯光电源控制端连接；[mos管是金属(meta1)-氧化物(oxid)-半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属-绝缘体(insulator)-半导体]
所述供电模块包括继电器、电压转换模块以及降压芯片模块；
所述模数转换模块包括电压监测电路模块和电流监测电路模块，所述电压监测电路模块包括第一隔离保护电路、第一芯片集成电路、第二芯片集成电路以及第一RC(Resistance-Capacitance Circuits，相移电路或RC电路)滤波电路，所述第一隔离保护电路通过第一芯片集成电路与第二芯片集成电路连接，该第二芯片集成电路与第一RC滤波电路连接；所述电流监测电路模块包括第二隔离保护电路、第三芯片集成电路、第四芯片集成电路以及第二RC滤波电路，所述第二隔离保护电路通过第三芯片集成电路与第四芯片集成电路连接，该第四芯片集成电路与第二RC滤波电路；
所述主芯片模块包括运算模块、控制模块以及调光模块；
所述调光输出电路模块包括光耦合器、逻辑芯片和第三MOS管隔离模块，所述光耦合器与第一MOS管隔离模块连接，该光耦合器通过逻辑芯片与第三MOS管隔离模块连接，该第三MOS管隔离模块与灯光电源控制端连接；所述灯光电源控制端上连接有第一反馈单路和第二反馈单路，该第一反馈单路与光耦合器连接，该第二反馈单路与逻辑芯片连接；
所述主芯片模块上还连接有若干扩展接口，包括串行外设接口(SPI接口)、下载口、I2C接口、电源接口、输入输出端口以及通用异步收发传输器接口。
进一步地，所述扩展接口上连接有光监测仪、移动物体监测仪、温度监测仪或湿度监测仪。
进一步地，所述电压转换模块与主芯片模块连接，所述降压芯片模块与PWM输出连接，降压芯片能够将12V电源供电降到5V输出供给PWM输出，PWM(Pulse Width Modulation，即脉冲宽度调制)。。
进一步地，所述第一RC滤波电路和第二RC滤波电路均与主芯片模块连接。
进一步地，所述调光模块包括0～10V模拟量的信号输出模块和0～5V PWM信号输出模块。
进一步地，所述备用电源模块包括超级电容器。
进一步地，所述超级电容器为2.7V超级电容器。
进一步地，所述光耦合器和第一反馈单路之间设有运算放大模块。
进一步地，所述灯光控制器之间通过无线连接。
进一步地，所述灯光控制器外设有外壳，所述外壳上还设有天线。
本实用新型提供了一种灯光控制器，其主要具有的有益效果包括一下几点：
①本实用新型采用无线技术实现远距离、低功耗、高组网可靠性、低成本的无线控制系统，无需铺设一根电缆，就可以进行各种方式的照明管理等。因此，节省了电缆材料，减少了工程量，并且提高了照明管理的效率。
②本实用新型通过对供电进行实时监控与跟踪，自动地输出控制信号以平滑地驱动灯光电路的电压和电流而改变灯光亮度，改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗，提高功率因素，降低灯具和线路的工作温度。
③本实用新型采用的主芯片，实现低功耗，使得应用扩展性得到更大提升。
④本实用新型采用模数转换技术实现对供电路及负载电路的电压、电流进行监测。
⑤本实用新型采用多种保护措施使集成电路实现高容错，例如隔离模块等。且备用电源的设计使得该电路更安全。
附图说明
下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型的灯光控制器的结构示意图；
图2是本实用新型的电压监测电路原理图；
图3是本实用新型的电流监测电路原理图；
图4是本实用新型的供电电路原理图；
图5是本实用新型的主芯片电路原理图；
图6是本实用新型的调光输出电路原理图；
图7是本实用新型的扩展接口电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型实施例所述的一种灯光控制器，包括给灯光电源和主芯片模块13供电的供电模块20，所述供电模块20通过第二MOS管隔离模块19和主芯片模块13连接，该供电模块20上还连接有备用电源模块18和模数转换模块12，所述备用电源模块18和模数转换模块12均与所述主芯片模块13连接，所述主芯片模块13与调光输出电路模块通过第一MOS管隔离模块14连接，所述调光输出电路模块与灯光电源控制端连接；所述备用电源模块18包括超级电容器181；优选地，该超级电容器181为2.7V超级电容器。
如图4所示，所述供电模块20包括继电器201、电压转换模块202以及降压芯片模块203；所述电压转换模块202与主芯片模块13连接，电压转换模块203与继电器的连接方式与电压转换模块202和继电器的连接方式一样，电压转换模块203将12V电源转换为3.3V电压供给主芯片模块13；所述降压芯片模块203与PWM输出连接，降压芯片模块203能够将12V电源供电降到5V输出供给PWM输出。
如图2～3所示，所述模数转换模块12包括电压监测电路模块和电流监测电路模块，所述电压监测电路模块包括第一隔离保护电路120、第一芯片集成电路121、第二芯片集成电路122以及第一RC滤波电路123(Resistance-CapacitanceCircuits，相移电路或RC电路)，所述第一隔离保护电路120通过第一芯片集成电路121与第二芯片集成电路122连接，该第二芯片集成电路122与第一RC滤波电路123连接；所述电流监测电路模块包括第二隔离保护电路126、第三芯片集成电路127、第四芯片集成电路128以及第二RC滤波电路129，所述第二隔离保护电路126通过第三芯片集成电路127与第四芯片集成电路128连接，该第四芯片集成电路128与第二RC滤波电路129；所述第一RC滤波电路123和第二RC滤波电路129均与主芯片模块13连接。
所述主芯片模块13包括运算模块、控制模块以及调光模块；所述调光模块包括0～10V模拟量的信号输出模块和0～5V PWM信号输出模块。
如图1、6所示，述调光输出电路模块包括光耦合器15、逻辑芯片16和第三MOS管隔离模块17，所述光耦合器15与第一MOS管隔离模块14连接，该光耦合器15通过逻辑芯片16与第三MOS管隔离模块17连接，该第三MOS管隔离模块17与灯光电源控制端连接；所述灯光电源控制端上连接有第一反馈单路21和第二反馈单路22，该第一反馈单路21与光耦合器15连接，该第二反馈单路22与逻辑芯片16连接；进一步地，所述光耦合器15和第一反馈单路21之间设有运算放大模块23。
如图7所示，所述主芯片模块13上还连接有若干扩展接口，包括串行外设接口(SPI接口)31、下载口32、I2C接口33、电源接口34、通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)接口35以及输入输出(IO)端口36等。所述扩展接口上可根据实际需要连接光监测仪、移动物体监测仪、温度监测仪或湿度监测仪等测试仪器，可测试户外光强、移动物体或温湿度等，从而进行调节光强等。
作为进一步优选地，所述灯光控制器与灯光控制器之间通过无线连接，可通过控制器之间的无线连接形成一个组网。
作为进一步优选地，所述灯光控制器外设有外壳，所述外壳上还设有天线，还设有指示灯、各种按钮等。
下面以具体实验案例为例来说明具体实施方式，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在图2中，第一隔离保护电路120将市电与后端的主芯片模块13做隔离保护并将电流转换为一个主芯片模块13能够识别的信号，再通过后级的第一芯片集成电路121、第二芯片集成电路122将信号转换为3.3V的主芯片模块13可识别的电压信号，再由第一RC滤波电路模块123将前端不断变化的电压电流信号转换为一个稳定的电压信号，让主芯片模块进行测量，通过换算得到实际的电流值。
在图3中，第二隔离保护电路126将高电压强电流转换成低电压，弱电流，通过后级的第三芯片集成电路127、第四芯片集成电路128将信号转换3.3V主芯片模块13可识别的电压信号，再由第二RC滤波电路129将前端不断变化的电压电流信号转换为一个稳定的电压信号，让主芯片模块进行测量，通过换算得到实际的电压值。
在图4中，主要250W LED灯的电源控制及整个集成电路的供电都由此电路完成；继电器201控制250W LED灯电源通电断电。因继电器201本身内部有线圈，存在感应电压，如直接与主芯片模块13接通，主芯片模块功耗会更大主芯片模块也会发烫并且继电器201本身也是12V供电，本实用新型采用第二MOS管隔离模块19起到隔离及电能转换功能。整个集成电路使用交流电转12V电源进行供电，无法直接供给主芯片模块，通过U6电压转换模块202进行压降提供3.3V电压并通过R103电阻2021将U6电压转换模块202的前后端隔离。另通过U7降压芯片203将12V电源供电降到5V输出供给PWM输出，该降压芯片203是给输出PWM供电的，主芯片模块能够控制PWM电压的输出范围。
在图5中，NXP JN5168-M03封装芯片模块(即主芯片模块13)主要包括运算模块、控制模块以及调光模块；该封装芯片模块可对系统进行逻辑运算及控制，并进行调光控制，调光分为0～10V模拟量的信号输出及0～5V PWM信号输出，由于NXP封装芯片供电为3.3V，用第一MOS管隔离模块14将NXP封装芯片与后端电路进行隔离。此外，该NXP封装芯片还设计了备用电源模块18，其中2.7v的超级电容器181在电源正常工作时，超级电容器181进行充电，若出现失电情况或电源损坏的情况，可提供NXP封装芯片足够的时间进行电流电压监测并及时发出求救信号。
图6中，通过光耦(光耦合器)15作为主芯片模块和外界的第二道隔离并驱动逻辑芯片16(即LM358芯片)将加载的12V电源通过芯片输入至一个0～10V范围及PWM电压并由第三MOS管隔离模块17再做一次隔离最终供给250WLED灯，并通过第一反馈单路21和第二反馈单路22进行反馈。
图7中，所述主芯片上还连接了多种扩展接口，包括包括串行外设接口(SPI接口)31、下载口32、I2C接口33、电源接口34、输入输出端口36以及通用户异步收发传输器接口35等。
具体实施时，本实用新型的第一无线技术或第二无线技术均采用802.15.4无线技术实现远距离、低功耗、高组网可靠性、低成本的无线控制系统，无需铺设一根电缆，就可以进行各种方式的照明管理，如：前、后、高、低、奇数、偶数，或局部任意位置的灯开、关、降功率控制等操作。因此，节省了电缆材料，减少了工程量，并且提高了照明管理的效率。
本实用新型具体的技术方案是利用先进电磁调压及电子感应技术，对供电进行实时监控与跟踪，自动地输出控制信号以平滑地驱动灯光电路的电压和电流而改变灯光亮度，改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗，提高功率因素，降低灯具和线路的工作温度，达到优化供电目的。
本实用新型采用NXP JM5168超低功耗芯片作为NXP JN5168-M03封装芯片模块的核心控制芯片，实现低功耗。多达17路I/O，4路SPI及I2C使得应用扩展性得到更大提升。
本实用新型采用ADC模数转换技术实现对供电路及负载电路的电压、电流进行监测。
本实用新型采用多路隔离保护、MOS管隔离、肖特基TVS保护电路、降压电阻等保护电路使集成电路实现高容错。另利用充放电电容作为芯片后备供电电源，即使基础供电电路断电或者损坏，芯片都可有足够的时间发出求救信号，确保第一时间发现故障点。
本实用新型具备体积小、功耗低、自身成本及部署成本低、组网可靠高容错、应用扩展性高、电路安全性及自恢复能力强等特性。使整个照明系统部署更方便，使用更稳定，更省电。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种灯光控制器，包括给灯光电源和主芯片模块供电的供电模块，其特征在于：所述供电模块通过第二MOS管隔离模块和主芯片模块连接，该供电模块上还连接有备用电源模块和模数转换模块，所述备用电源模块和模数转换模块均与所述主芯片模块连接，所述主芯片模块与调光输出电路模块通过第一MOS管隔离模块连接，所述调光输出电路模块与灯光电源控制端连接；
所述供电模块包括继电器、电压转换模块以及降压芯片模块；
所述模数转换模块包括电压监测电路模块和电流监测电路模块，所述电压监测电路模块包括第一隔离保护电路、第一芯片集成电路、第二芯片集成电路以及第一RC滤波电路，所述第一隔离保护电路通过第一芯片集成电路与第二芯片集成电路连接，该第二芯片集成电路与第一RC滤波电路连接；所述电流监测电路模块包括第二隔离保护电路、第三芯片集成电路、第四芯片集成电路以及第二RC滤波电路，所述第二隔离保护电路通过第三芯片集成电路与第四芯片集成电路连接，该第四芯片集成电路与第二RC滤波电路；
所述主芯片模块包括运算模块、控制模块以及调光模块；
所述调光输出电路模块包括光耦合器、逻辑芯片和第三MOS管隔离模块，所述光耦合器与第一MOS管隔离模块连接，该光耦合器通过逻辑芯片与第三MOS管隔离模块连接，该第三MOS管隔离模块与灯光电源控制端连接；所述灯光电源控制端上连接有第一反馈单路和第二反馈单路，该第一反馈单路与光耦合器连接，该第二反馈单路与逻辑芯片连接；
所述主芯片模块上还连接有若干扩展接口，包括串行外设接口、下载口、I2C接口、电源接口、输入输出端口以及通用异步收发传输器接口。
2.根据权利要求1所述的灯光控制器，其特征在于：所述扩展接口上连接有光监测仪、移动物体监测仪、温度监测仪或湿度监测仪。
3.根据权利要求1所述的灯光控制器，其特征在于：所述电压转换模块与主芯片模块连接，所述降压芯片模块与PWM输出连接。
4.根据权利要求1所述的灯光控制器，其特征在于：所述第一RC滤波电路和第二RC滤波电路均与主芯片模块连接。
5.根据权利要求1所述的灯光控制器，其特征在于：所述调光模块包括0～10V模拟量的信号输出模块和0～5V PWM信号输出模块。
6.根据权利要求1所述的灯光控制器，其特征在于：所述备用电源模块包括超级电容器。
7.根据权利要求6所述的灯光控制器，其特征在于：所述超级电容器为2.7V超级电容器。
8.根据权利要求1所述的灯光控制器，其特征在于：所述光耦合器和第一反馈单路之间设有运算放大模块。
9.根据权利要求1所述的灯光控制器，其特征在于：所述灯光控制器之间通过无线连接。
10.根据权利要求1所述的灯光控制器，其特征在于：所述灯光控制器外设有外壳，所述外壳上还设有天线。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201420381032.6U CN204069424U (zh) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | 灯光控制器 |
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN106163040A (zh) * | 2015-04-22 | 2016-11-23 | 海洋王（东莞）照明科技有限公司 | 语音灯具开关控制电路 |
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| CN107592711A (zh) * | 2017-08-24 | 2018-01-16 | 浙江工贸职业技术学院 | 一种智能电气控制器 |
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