CN204681632U - 一种灯光控制模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种灯光控制模块，包括：MCU芯片，用于对灯光信号的输入、输出及故障检测进行控制；灯光信号输入检测电路，包括：用于消除输入尖峰和防止电压冲击的第一防冲击电路；用于隔离灯光信号中高电压信号之后将所述灯光信号输入到所述MCU芯片内的第一光电隔离电路；用于指示有灯光信号的第一指示灯；灯光信号输出电路，根据所述MCU芯片的指令输出对应的灯光信号；灯光线路故障检测电路，至少包括一个电流检测芯片，用于通过检测灯光线路的电流变化确认灯光线路的故障。本实用新型可有效解决灯光控制模块在线路故障检测时接线复杂、降电气系统稳定性以及整个灯光控制模块布线量大、占用空间大的问题。

Description

一种灯光控制模块

技术领域

本实用新型涉及机械设备的电子电路技术领域，特别是涉及抱罐车的灯光控制技术领域，具体为一种灯光控制模块。

背景技术

抱罐车是一种冶金轮式运输设备，其工作环境复杂，工作环境恶劣。灯光为抱罐车必不可少的照明及型号设备，共有左右转向、远光、近光、小灯、制动、倒车、雾灯、前后工作灯、辅助工作灯、警示灯等12个灯光，环境较为复杂或粉尘严重的区域也会增加特殊警示灯具，确保抱罐车等设备的安全生产。

随着电力电子技术的发展，电气系统越发智能化、信息化，抱罐车电气系统不仅要实现灯光控制，同时需要对灯光系统进行自检及故障预警，在灯光线路损坏或灯泡损坏的情况下，能够及时提醒驾驶员注意安全驾驶，并进厂检修。传统的灯光控制方法及理念实现灯管故障及预警难度较大。传统灯光控制使用翘板开关控制继电器，继电器点亮灯光的方式，若要实现检测灯光线路的通断或灯泡的好坏，只能另加线路进行检测。

目前采用继电器控制灯光设备，占用较多的配电箱空间，一般抱罐车灯光继电器占用配电箱区五分之一区域，实现灯光故障报警与诊断，增加灯光线路检测部分，需要增加线路：若为小吨位抱罐车灯光系统(不使用PLC控制)，还需增加故障灯显示，造成线路更为复杂；若为大吨位抱罐车灯光系统(使用PLC)只需每个灯光线路增加一路线即可实现，但会造成PLC端子，增加控制成本。两种灯光线路故障检测方法都会增加线路，造成接线复杂，增加电气系统的不稳定性，增加电气系统成本。鉴于上述诸多不利于抱罐车电气系统升级因素，急需更新换代抱罐车灯光专用控制模块，由于抱罐车灯具普遍功率大、使用24VDC电压、且电流大，市场上汽车灯光控制模块无法直接驱动。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种灯光控制模块，用于解决现有技术中抱罐车的灯光控制模块在线路故障检测时接线复杂、降电气系统稳定性以及整个灯光控制模块布线量大、占用空间大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种灯光控制模块，与控制产生灯光信号的翘板开关相连，所述灯光控制模块包括：用于对灯光信号的输入、输出及故障检测进行控制的MCU芯片；灯光信号输入检测电路，包括：与所述翘板开关相连用于消除输入尖峰和防止电压冲击的第一防冲击电路；与所述第一防冲击电路和所述MCU芯片相连用于隔离灯光信号中高电压信号之后将所述灯光信号输入到所述MCU芯片内的第一光电隔离电路；与所述光电隔离电路相连用于指示有灯光信号的第一指示灯；与所述MCU芯片相连，根据所述MCU芯片的指令输出对应的灯光信号的灯光信号输出电路；与所述灯光信号输入检测电路和所述灯光信号输出电路相连，用于通过检测灯光线路的电流变化确认灯光线路且至少包括一个电流检测芯片的故障灯光线路故障检测电路。

优选地，还包括与所述MCU芯片相连，用于在所述MCU芯片故障下关闭所有灯光信号输出并进行警示的应急电路。

优选地，所述第一防冲击电路包括：TVS管和与所述TVS管相连的RC电路。

优选地，所述第一光电隔离电路包括：一个光电耦合器和与所述光电耦合器、所述第一指示灯相连的指示灯电路组成。

优选地，所述灯光信号输出电路包括：与所述MCU芯片相连用于隔离所述灯光信号内的高电压信号进入所述MCU芯片内的第二光电隔离电路；根据所述MCU芯片的指令来导通或断开从而打开和关闭对应的灯光通道的MOS管；连接于所述第二光电隔离电路和所述MOS管之间，用于驱动所述MOS管导通或断开的MOS管驱动电路；与所述MOS相连用于消除输入尖峰和防止电压冲击的第二防冲击电路。

优选地，所述第二光电隔离电路包括光电耦合器和上拉电阻。

优选地，所述MOS管驱动电路包括两个极性不同的三极管。

优选地，所述第二防冲击电路包括：TVS管和与所述TVS管相连的电容。

优选地，所述灯光线路故障检测电路还包括：与所述电流检测芯片相连，为所述电流检测芯片提供检测电流的采样电阻；与所述电流检测芯片和所述采样电阻相连，用于在灯光线路存在故障时提供保护的保险丝；与所述电流检测芯片相连，用于在灯光线路存在故障时提供指示的第二指示灯。

优选地，所述灯光线路故障检测电路通过CAN总线与向外部控制器相连以向所述外部控制器发送故障数据。

如上所述，本实用新型的一种灯光控制模块，具有以下有益效果：

1、本实用新型通过使用MOS管替代原继电器，相比使用继电器可节省布线空间及布线量，同时也节省了人工和材料成本。

2、同时本实用新型通过设计灯光线路故障检测电路，降低了灯光控制检测的故障率，提高了灯光控制模块的可靠性、生存能力。

3、此外，本实用新型通过设计防冲击电路，在输入线路或输出线路出现静电、电火花入侵时(入侵电压远高于工作电压，但能量小)，能够及时吸收入侵能量，防止线路中集成电路被击穿，在雷电、市电入侵，电压及能量都远高于该线路正常工作电压，该防冲击电路会自行烧坏，断开线路，确保灯光线路及控制线路不受影响。

4、本实用新型可在抱罐车、铁水车等特种设备上使用，具有较强的通用性和实用性。

附图说明

图1显示为现有技术中的一种灯光控制模块的整体结构示意图。

图2显示为本实用新型的一种灯光控制模块中灯光信号输入检测电路的整体结构示意图。

图3显示为本实用新型的一种灯光控制模块中灯光信号输入检测电路的具体电路图。

图4显示为本实用新型的一种灯光控制模块中灯光信号输出电路和灯光线路故障检测电路的整体结构示意图。

图5显示为本实用新型的一种灯光控制模块中灯光信号输出电路和灯光线路故障检测电路的具体电路图。

图6显示为本实用新型的一种灯光控制模块中应急电路的电路图。

元件标号说明

1    灯光控制模块

11   MCU芯片

12   灯光信号输入检测电路

121  第一防冲击电路

122  第一光电隔离电路

123  第一指示灯

13   灯光信号输出电路

131  第二光电隔离电路

132  MOS管驱动电路

133  MOS管

134  第二防冲击电路

14   灯光线路故障检测电路

141  电流检测芯片

142  采样电阻

143  保险丝

144  第二指示灯

15   应急电路

2    翘板开关

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型的目的在于提供一种灯光控制模块，用于解决现有技术中抱罐车的灯光控制模块在线路故障检测时接线复杂、降电气系统稳定性以及整个灯光控制模块布线量大、占用空间大的问题。以下将详细阐述本实用新型的一种灯光控制模块的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实用新型的一种灯光控制模块。

本实施例提供一种灯光控制模块，可在抱罐车、铁水车等特种设备上使用，具有较强的通用性和实用性。本实施例提供的灯光控制模块采用集成电路模块，使用MOS管开关替代小型继电器。本实施例提供的灯光控制模块长*宽*高为210mm*130mm*21mm，可直接固定在面板上火导轨上，本实施例提供的灯光控制模块可直接控制12路灯光，并进行灯光线路检测，并将故障数据通过CAN总线发动至PLC控制器(对小吨位抱罐车，该专用灯光模块有报警灯)。

本实施例提供一种灯光控制模块，与控制产生灯光信号的翘板开关相连，具体地，如图1所示，所述灯光控制模块1包括：MCU芯片11、灯光信号输入检测电路12、灯光信号输出电路13、灯光线路故障检测电路14以及应急电路15。

如图2所示，灯光信号输入检测电路12包括第一防冲击电路121、第一光电隔离电路122以及第一指示灯123。

第一防冲击电路121与所述翘板开关2相连用于消除输入尖峰和防止电压冲击；具体地，在本实施例中，所述第一防冲击电路121包括TVS管和与所述TVS管相连的RC电路。瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)简称TVS管，是一种二极管形式的高效能保护器件。TVS管，可以消除输入尖峰，电弧等，用来保护电路，RC电路可防止输入电压上升过快对电路造成冲击，同时RC电路中电阻还起到限流的作用。

在输入线路出现静电、电火花入侵时(入侵电压远高于工作电压，但能量小)，第一防冲击电路121及时吸收入侵能量，防止线路中集成电路被击穿；在雷电、市电入侵，电压及能量都远高于该线路正常工作电压，该防护电路会自行烧坏，断开线路，确保灯光线路及控制线路不受影响。

第一光电隔离电路122与所述第一防冲击电路和所述MCU芯片11相连用于隔离灯光信号中高电压信号之后将所述灯光信号输入到所述MCU芯片11内；具体地，在本实施例中，所述第一光电隔离电路122包括：一个光电耦合器和与所述光电耦合器、所述第一指示灯123相连的指示灯电路组成。光耦隔离输入信号，输出端接MCU芯片11及第一指示灯123，当输入端得电发光后，接通输出端，形成通路。

第一指示灯123与所述光电隔离电路相连用于指示有灯光信号。在灯光信号输入时，第一指示灯123亮起，代表信号输入线路正常。

当灯光的翘板开关2按下，灯光信号先经第一防冲击电路121过滤缓冲，灯光信号下一步到达光第一电隔离电路，第一电隔离电路将高电压信号与MCU芯片11的低压信号隔离，保护外部电压入侵MCU芯片11，造成MCU芯片11损坏。灯光信号输入检测电路12在收到灯光信号的同时，点亮该路的第一指示灯123(信号灯)。

灯光信号输入检测电路12的具体电路图如图3所示，灯光信号经灯光信号输入检测电路12的输入端IN_01进入，第一防冲击电路121包括TVS管DZ1、电阻R9和电容C1构成的RC电路其中，TVS管DZ1和电阻R9的一端与输入端IN_01相连，电阻R9的另一端与电容C1相连，TVS管DZ1和电容C1的另一端接地PGND。第一光电隔离电路122中包括光电耦合器U1A，电阻R5和电阻R1。光电耦合器U1A的输入端1和输入端2分别与电容C1的两端相连，光电耦合器U1A的输出端15接地GND，光电耦合器U1A的输出端16连接MCU芯片11的输入端MCU_IN_01和电阻R5，点入R5的另一端和电阻R1相连后连接+5V电源VCC，电阻R1的另一端连接二极管DL1(即第一指示灯123)，二极管DL1的另一端连接MCU芯片11的输入端MCU_IN_01。

灯光信号输出电路13与所述MCU芯片11相连，根据所述MCU芯片11的指令输出对应的灯光信号；具体地，在本实施例中，如图4所示，所述灯光信号输出电路13包括第二光电隔离电路131、MOS管驱动电路132、MOS管133以及第二防冲击电路134。

第二光电隔离电路131与所述MCU芯片11相连用于隔离所述灯光信号内的高电压信号进入所述MCU芯片11内；具体地，在本实施例中，所述第二光电隔离电路131包括光电耦合器和上拉电阻。第二光电隔离电路131将灯光信号输出电路13与MCU芯片11隔离，起到保护MCU芯片11的作用。

MOS管133根据所述MCU芯片11的指令来导通或断开从而打开和关闭对应的灯光通道；本实施例采用多通道光耦采集灯光控制信号、使用MOS管133替代原继电器，通过集成电路设计，使得灯光控制模块1占用空间约为120*213mm，相比使用继电器节省近2/3空间；同时使用MOS管133替代继电器可节省布线空间及布线量，该灯光控制模块1控制一路灯光，配电箱内只需接一根信号线、一根输出线，而使用继电器控制一路灯光，需要四根线，一根灯光信号线、一根电源线、一根信号输出线、一个线圈接地线。该灯光模块节省布线量50％，同时也节省了人工和材料成本。

MOS管驱动电路132连接于所述第二光电隔离电路131和所述MOS管133之间，用于驱动所述MOS管133导通或断开；具体地，在本实施例中，所述MOS管驱动电路132包括两个极性不同的三极管。

第二防冲击电路134与所述MOS相连用于消除输入尖峰和防止电压冲击。具体地，在本实施例中，所述第二防冲击电路134包括：TVS管和与所述TVS管相连的电容，可以消除输入尖峰，电弧等，用来保护电路。在输出线路出现静电、电火花入侵时(入侵电压远高于工作电压，但能量小)，第一防冲击电路121及时吸收入侵能量，防止线路中集成电路被击穿；在雷电、市电入侵，电压及能量都远高于该线路正常工作电压，该防护电路会自行烧坏，断开线路，确保灯光线路及控制线路不受影响。

MCU芯片11对输入灯光信号进行计算后，打开相对应灯光电路输出，输出首先经第二光电隔离信号隔离，当光耦得电，从而驱动MOS管驱动电路132中的推免电路，推免电路实现MOS管133的通断，打开该路灯光。

灯光线路故障检测电路14与所述灯光信号输入检测电路12和所述灯光信号输出电路13相连，用于通过检测灯光线路的电流变化确认灯光线路的故障。

所述灯光线路故障检测电路14在该路灯光不输出时，系统启动时，检测所有线路输出电流变化，确认启动前灯光线路情况。具体地，在本实施例中，如图4所示，所述灯光线路故障检测电路14包括：电流检测芯片141、采样电阻142、保险丝143和第二指示灯144。

电流检测芯片141用于实时检测线路电流变化，并通过检测灯光线路的电流变化确认灯光线路的故障；采样电阻142与所述电流检测芯片141相连为所述电流检测芯片141提供检测电流；保险丝143与所述电流检测芯片141和所述采样电阻142相连用于在灯光线路存在故障时提供保护；第二指示灯144与所述电流检测芯片141相连，用于在灯光线路存在故障时提供指示。待灯光通道打开后，输出通道有相应的指示灯(第二指示灯144)亮起，代表输出正常。当出现第二指示灯144不亮时，可根据灯光模块指示灯进行相应线路检修。

本实施例设计的灯光线路故障检测电路14使用专用电流检测芯片141及利用PMOS管特性，对灯光线路电流及电压进行分析，可判断灯光线路是否断路、短路等，并在出现此类情况时，及时切断改路灯光。

此外，在本实施例中，所述灯光线路故障检测电路14通过CAN总线与向外部控制器相连以向所述外部控制器(例如PLC控制器)发送故障数据，PLC控制器通过总线显示在显示屏上，已提供给现场工作人员。

具体地，灯光信号输出电路13和灯光线路故障检测电路14的具体电路图如图5所示。

MCU芯片11的输出端MCU_OUT_01经电阻R54连入第二光电隔离电路131的光电耦合器U8D的输入端7，光电耦合器U8D的输入端8接地GND，光电耦合器U8D的输入端10经电阻R53与三极管Q1和三极管Q2相连，光电耦合器U8D的输入端9接地PGND。三极管Q1和三极管Q2经电阻R52与MOS管Q4相连，MOS管Q4连接第二防冲击电路134中的TVS管DZ14和电容C23，TVS管DZ14和电容C23的另一端均接地PGND。

电流检测芯片U5采集采样电阻R43上的电流，电阻R43一端与电流检测芯片U5的输入端3相连，另一端与电流检测芯片U5的输入端4和电阻R47相连，电阻R47的另一端连接在电阻R53和光电耦合器U8D的输入端10之间的线路上之后与二极管(第二指示灯144)DL14相连，二极管DL14的另一端经电阻R61连回到电流检测芯片U5的输入端4，电流检测芯片U5的输入端4(S-)经电阻R46连接到MOS管Q4与电阻R52之间的线路上，同时电流检测芯片U5的输入端4还与MOS管Q4直接相连。电流检测芯片U5的输入端3(S+)连接保险丝F1和电容C20的公共端，保险丝F1的另一端连接+24V电源VCC，电容C20的另一端连接地PGND。电流检测芯片U5的输出端VCC连接+5V电源VCC，同时电流检测芯片U5的输出端VCC经电容C15接地GND。电流检测芯片U5的输出端OUT经电阻R40连接到外部设备的输入端SHUNT_IN_01，电阻R40和外部设备的输入端SHUNT_IN_01之间的线路上连接有整流二极管DS1，整流二极管DS1的另一端连接+5V电源VCC；电流检测芯片U5的输出端GND接地；电流检测芯片U5的输出端OUT与电阻R40之间的线路上引出一条线连接电容C14，电容C14的另一端接地GND。

应急电路15与所述MCU芯片11相连，用于在所述MCU芯片11故障下关闭所有灯光信号输出并进行警示。在MCU芯片11出现故障或者烧坏的情况下，对灯光控制会出现紊乱的情况，甚至会全部打开所有灯光，为避免事故扩大，在MCU芯片11损坏的情况下除了报警外，应急电路15关闭所有灯光的输出，并打开警示及应急照明灯光。

应急电路15的输入端MCU_VALVE_GND接在MCU芯片11的IO口上，MCU芯片11在主程序里控制这个IO口进行高低变化，产生一个脉冲，主程序只要停止工作，输出自动关闭。

具体地，应急电路15的具体电路图如图6所示，应急电路15的输入端MCU_VALVE_GND接在MCU芯片11的IO口上，应急电路15的输入端MCU_VALVE_GND依次连接电容62和电阻R138，电阻R138连接三极管Q37的基极，三极管Q37的发射极连接+5V电源VCC，三极管Q37的发射极和基极之间连接有电阻R136，三极管Q37的集电极依次连接电阻R141，电容C63之后接地GND，电容C63两端连接电阻R144，电阻R141和电阻C63之间的线路引出线上连接电阻R143，电阻R143连接三极管Q40的基极，三极管Q40的发射极接地GND，三极管Q40的集电极接地VALVE_GND。

MCU芯片11用于对灯光信号的输入、输出及故障检测进行控制，可兼容各吨位抱罐车电气系统。

针对小吨位抱罐车(无PLC)：翘板开关2按下，灯光信号得电后，MCU芯片11控制灯光控制板相应线路输出24V电压，每一路可输出电流0-15A，可满足所有抱罐车灯具的正常工作电流，在抱罐车灯具出现短路、断路、灯泡损坏时，灯光线路故障检测电路14会主动切断改路灯光输出，并有驾驶室面板报警灯报警，司机可以打开配电箱在灯光控制模块1的面板上直接观察出那一路灯光损坏，及时检修线路或更换灯泡。

针对大吨位抱罐车(PLC控制)：翘班开关按下，灯光信号得电后，MCU芯片11控制灯光控制板相应线路输出24V电压，在抱罐车灯具出现短路、断路、灯泡损坏时，该路灯光会主动断电，并通过CAN总线向PLC发动故障数据，PLC通过总线显示在驾驶室多功能显示器上，并能及时反映哪一路灯光出现故障。

综上所述，本实用新型通过使用MOS管替代原继电器，相比使用继电器可节省布线空间及布线量，同时也节省了人工和材料成本；同时本实用新型通过设计灯光线路故障检测电路14，降低了灯光控制检测的故障率，提高了灯光控制模块的可靠性、生存能力；此外，本实用新型通过设计防冲击电路，在输入线路或输出线路出现静电、电火花入侵时(入侵电压远高于工作电压，但能量小)，能够及时吸收入侵能量，防止线路中集成电路被击穿，在雷电、市电入侵，电压及能量都远高于该线路正常工作电压，该防冲击电路会自行烧坏，断开线路，确保灯光线路及控制线路不受影响。本实用新型可在抱罐车、铁水车等特种设备上使用，具有较强的通用性和实用性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种灯光控制模块，与控制产生灯光信号的翘板开关相连，其特征在于，所述灯光控制模块包括：

用于对灯光信号的输入、输出及故障检测进行控制的MCU芯片；

灯光信号输入检测电路，包括：

与所述翘板开关相连用于消除输入尖峰和防止电压冲击的第一防冲击电路；

与所述第一防冲击电路和所述MCU芯片相连用于隔离灯光信号中高电压信号之后将所述灯光信号输入到所述MCU芯片内的第一光电隔离电路；

与所述光电隔离电路相连用于指示有灯光信号的第一指示灯；

与所述MCU芯片相连，根据所述MCU芯片的指令输出对应的灯光信号的灯光信号输出电路；

与所述灯光信号输入检测电路和所述灯光信号输出电路相连，用于通过检测灯光线路的电流变化确认灯光线路的故障且至少包括一个电流检测芯片的故障灯光线路故障检测电路。

2.根据权利要求1所述的灯光控制模块，其特征在于，还包括与所述MCU芯片相连，用于在所述MCU芯片故障下关闭所有灯光信号输出并进行警示的应急电路。

3.根据权利要求1所述的灯光控制模块，其特征在于，所述第一防冲击电路包括：TVS管和与所述TVS管相连的RC电路。

4.根据权利要求1所述的灯光控制模块，其特征在于，所述第一光电隔离电路包括：一个光电耦合器和与所述光电耦合器、所述第一指示灯相连的指示灯电路。

5.根据权利要求1所述的灯光控制模块，其特征在于，所述灯光信号输出电路包括：

与所述MCU芯片相连用于隔离所述灯光信号内的高电压信号进入所述MCU芯片内的第二光电隔离电路；

根据所述MCU芯片的指令来导通或断开从而打开和关闭对应的灯光通道的MOS管；

连接于所述第二光电隔离电路和所述MOS管之间，用于驱动所述MOS管导通或断开的MOS管驱动电路；

与所述MOS管相连用于消除输入尖峰和防止电压冲击的第二防冲击电路。

6.根据权利要求5所述的灯光控制模块，其特征在于，所述第二光电隔离电路包括光电耦合器和上拉电阻。

7.根据权利要求5所述的灯光控制模块，其特征在于，所述MOS管驱动电路包括两个极性不同的三极管。

8.根据权利要求5所述的灯光控制模块，其特征在于，所述第二防冲击电路包括：TVS管和与所述TVS管相连的电容。

9.根据权利要求1所述的灯光控制模块，其特征在于，所述灯光线路故障检测电路还包括：

与所述电流检测芯片相连，为所述电流检测芯片提供检测电流的采样电阻；

与所述电流检测芯片和所述采样电阻相连，用于在灯光线路存在故障时提供保护的保险丝；

与所述电流检测芯片相连，用于在灯光线路存在故障时提供指示的第二指示灯。

10.根据权利要求1所述的灯光控制模块，其特征在于，所述灯光线路故障检测电路通过CAN总线与外部控制器相连以向所述外部控制器发送故障数据。