CN205883678U - 一种可调光灯的控制器、控制系统 - Google Patents

一种可调光灯的控制器、控制系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型主要提供了一种可调光灯控制器、控制系统。可调光灯控制器包括微控制器、电力线载波通信模块、继电器以及输出模块。可调光灯控制器可通过电力线载波通信技术与采集控制器进行相互通信。可调光灯控制器可根据采集控制器下发的控制命令控制照明灯具的开、关以及亮度,以实现远程控制照明,实现智能节能减排。

Description

一种可调光灯的控制器、控制系统
技术领域
本实用新型主要涉及一种智能照明系统,尤其涉及一种可调光灯控制器。
背景技术
随着人们生活质量的不断提高,对照明的舒适度和节能性的要求也在日益提高,尤其是近年来快速发展的智能物联系统的搭建和使用。人们对照明的要求不仅仅是在本地的简单开关控制,而且需要更人性化、个性化的控制。目前绝大多数照明系统中的照明灯没有远程开关控制和调光控制的功能,导致在无人或不需要照明的时候无法关灯,电能量白白浪费。而在有些自然光线尚可的场合下,无调光功能的照明也会导致电能量的浪费。城市化的快速发展也同时在推进着城市智能路灯照明系统的快速发展和完善。智能路灯照明系统更需要远程的开关控制和调光控制,以及实现路灯运行状态的远程查看,从而实现节约人力成本、故障快速定位和统一排除的目标。
现有技术很多采用Zigbee或小无线等通信方式,对照明灯进行远程开关控制或调光控制。但是无线通信方式存在一些明显的缺点。例如,占用专用无线信道,无线网络稳定性相对较差,通信传输容易受障碍物的遮挡而快速衰减,成本相对较高,且对人体有一定的电磁波辐射影响等。这就对带有通信功能的智能照明系统提出更高的要求,也要求可调光灯控制器具备更稳定可靠的通信性能。此外,现有的可调光灯控制器只设计有通信功能,缺乏对可调光灯控制器所负载的设备进行电能量用量统计的功能,不能进行能耗数据的统计与分析,也无法检测所负载设备是否处于正常的工作电压、电流状态,不能及时预警可能发生的过热、火灾等用电险情。
实用新型内容
为了解决现有采用无线通信技术的可调光灯控制器稳定性较差,控制器无法计量所负载设备的用电量,不能预警负载设备超电压电流工作等险情问题,本实用新型提供了一种基于电力线载波通信的可调光灯控制器、控制系统。
本实用新型的一个方面提供一种可调光灯控制器,包括微控制器、电力线载波通信模块、继电器以及输出模块:
该电力线载波通信模块与该微控制器、火线输入端、零线输入端分别连接,该微控制器通过该电力线载波通信模块与采集控制器相互通信;
该继电器与该火线输入端、火线输出端、该微控制器分别连接,该微控制器控制该继电器的开/闭状态;
该输出模块与该微控制器连接,该微控制器通过该输出模块输出可调光灯控制信号。
在本实用新型的一实施例中,还包括计量电路;
该计量电路与该火线输出端、零线输出端、该继电器以及该微控制器分别连接;
该计量电路检测该火线输出端与该零线输出端之间的电压、该火线输出端与该继电器之间的电流,并将检测结果发送给该微控制器。
在本实用新型的一实施例中,还包括火线输入检测电路;
该火线输入检测电路与火线检测端、零线输入端以及该微控制器分别连接;
该微控制器根据该火线输入检测电路的检测结果确定该继电器的开/闭状态。
在本实用新型的一实施例中,该电力线载波通信模块包括通信芯片以及耦合电路;
该通信芯片与该微控制器、该耦合电路分别连接;该通信芯片对从该微控制器接收到的数据进行调制,并将调制后的数据发送给该耦合电路;该通信芯片还对从该耦合电路接收到的数据进行解调,并将解调后的数据发送给该微控制器;
该耦合电路与该通信芯片、该火线输入端、该零线输入端分别连接;该耦合电路将从该通信芯片接收到的调制后的数据加载到电力线上;该耦合电路还将电力线上的数据发送给该通信芯片。
在本实用新型的一实施例中,该输出模块包括PWM输出模块和/或模拟输出模块;
其中,该PWM输出模块与该微控制器、PWM输出端口分别连接,该PWM输出模块根据该微控制器输出的PWM信号,输出PWM信号至该PWM输出端口;
该模拟输出模块与该微控制器、模拟输出端口分别连接,该模拟输出模块根据该微控制器输出的PWM信号,输出模拟电压至该模拟输出端口。
在本实用新型的一实施例中,该PWM输出模块和/或该模拟输出模块和该微控制器之间还设置有数字光耦。
在本实用新型的一实施例中,还包括电源模块;该电源模块与该微控制器、该电力线载波通信模块、该继电器、该输出模块分别连接,以为其供电。
在本实用新型的一实施例中,该电源模块包括AC-DC电源模块以及低压差线性稳压器;
该AC-DC电源模块包括AC输入端、第一DC输出端、第二DC输出端,该AC输入端与火线输入端、零线输入端连接,该第一DC输出端与该输出模块连接,该第二DC输出端与该电力线载波通信模块、该低压差线性稳压器分别连接;
该低压差线性稳压器将第二DC转换成第三DC,并将该第三DC分别提供给该微控制器、该继电器和该计量电路。
本实用新型的另一方面是提供一种可调光灯控制系统,包括至少一个可调光灯控制器、至少一个可调光电源、至少一个可调光照明灯具以及采集控制器,其中:
该可调光灯控制器、该可调光电源以及该可调光照明灯具依次连接构成一个可调光照明单元,该可调光灯控制器与电力线连接;
该采集控制器与电力线连接;
该采集控制器与该可调光灯控制器通过电力线载波相互通信。
在本实用新型的一实施例中,该采集控制器包括至少如下之一:GPRS模块、WIFI模块、以太网模块,用以将该可调光灯控制器采集的数据、状态信息发送给远程PC、智能移动终端和服务器至少之一。
与现有技术相比,本实用新型具有以下优点:由于本实用新型采用了低压电力线载波通信技术,设备在安装使用时,无需布设专线或专用无线通信信道,规模膨大的电网配电系统即可成为通信的载体和信道,有效地降低施工和维护成本。本可调光灯控制器具备可调光输出功能,可与可调光电源配合使用,根据不同的照明应用场合和需求,可远程开、关照明,调节照明的亮度,实现智能电能节能减排。本可调光灯控制器有主动检测所接负载的工作电压、电流功能,能进行电能量的耗能计量与统计,能及时发现工作异常的负载。当负载电压、电流异常超限时,本可调光灯控制器可主动切断对负载的供电,使其停止工作,同时可将故障信息主动上报给采集控制器,以发送给远程PC、智能移动终端和服务器等。本可调光控制器可以实现火线电压输入检测,可与传统的灯控墙面开关联动控制,以方便同时实现远程和本地控制可调光灯的开关。本可调光灯控制器具备PWM和模拟电压等输出方式可选,适用性强,且带有光耦隔离保护输出,避免触电事故。
附图说明
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明,其中:
图1是本实用新型的可调光灯控制器的结构示意图。
图2是本实用新型的可调光灯控制器典型应用系统结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型,但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施,因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
图1是本实用新型的可调光灯控制器的结构示意图,图2是本实用新型的可调光灯控制器典型应用系统结构示意图。参考图1、2所示,该可调光灯控制器100通过电力线载波(Power Line Carrier-PLC)与远端的采集控制器400相互通信,以对可调光灯的开启/关闭、亮度进行控制。
参考图1所示,可调光灯控制器100包括微控制器(MCU)110、电力线载波通信模块120、继电器130、输出模块140。
微控制器110可选择8bit的单片机,但需要有通用异步收发器(UART)、通用输入/输出口(GPIO)、模数转换器(ADC)、PWM控制器、定时器等。可以理解的,模数转换器、脉冲宽度调制器、定时器可以是微控制器110的外设。
电力线载波通信模块120与微控制器110的通用异步收发器(UART)、火线输入端Lin、零线输入端Nin分别连接。微控制器110通过电力线载波通信模块120与采集控制器400(图2中示出)相互通信。电力线载波通信模块120可包括通信芯片121和耦合电路122。通信芯片121与微控制器110、耦合电路122连接,耦合电路还与火线输入端Lin、零线输入端Nin连接。通信芯片121对从微控制器110接收到的数据进行调制,并将调制后的数据通过耦合电路加载到电力线上。通信芯片121还从耦合电路122接收电力线上的数据,对数据进行解调后,发送给微控制器110。通信芯片121可以采用专用的低压电力线载波通信芯片,实现数字信号调制、解调,以便在低压电力线上传输。耦合电路122可采用匹配的信号耦合线圈、信号耦合电容等电路来实现载波信号在低压电力线上的耦合通信。其中,电力线载波通信频点可以采用76.8KHz,以符合欧盟低压电力线载波通信频点要求(3KHz~150KHz)。
继电器130与微控制器110的通用输入/输出口(GPIO)、火线输入端Lin、火线输出端Lout分别连接。微控制器110根据从采集控制器400(图2中示出)中接收到的控制命令,控制继电器130的开/闭状态。其中,继电器130的常开触点一端可以与火线输入端Lin连接,另一端可以与火线输出端Lout连接,以供可调光灯控制器100所接负载使用。
输出模块140与微控制器110的PWM控制器连接。微控制器110通过输出模块140输出可调光灯控制信号。输出模块140可以包括PWM输出模块141和/或模拟输出模块142。
PWM输出模块141与微控制器110的PWM控制器、PWM输出端口分别连接。其中,PWM输出端口包括5V PWM、10V PWM输出端口。PWM输出模块141可以根据PWM控制器输出的PWM信号,选择性的从5V PWM输出端口、10V PWM输出端口输出5V PWM、10V PWM信号。其中,PWM信号频率可以为1KHz。
模拟输出模块142与微控制器110的PWM控制器、模拟输出端口分别连接。模拟输出模块142根据PWM控制器输出的PWM信号,通过模拟输出端口输出0-10V的模拟电压。模拟输出模块142可以采用运放调理电路实现,输入为PWM信号,通过LM358等运放芯片实现模拟电压的输出。
可选的,在PWM输出模块141、模拟输出模块142与PWM控制器之间还设置有数字光耦,以实现安全防护。
可调光灯控制器100可选的还包括计量电路150。计量电路150与火线输出端Lout、零线输出端Nout、继电器130以及微控制器110分别连接。计量电路150用于检测火线输出端Lout与零线输出端Nout之间的电压、火线输出端Lout与继电器130之间的电流。计量电路150可以采用数字集成运放电路,配合微控制器110中的ADC实现交流电压、电流的采集。其中,可以选用10bit的ADC。通过对计量电路进行良好的设计,以及选择稳定性一致的电子器件,可实现精度误差小于0.5%。
可调光灯控制器100还可以包括火线输入检测电路160。火线输入检测电路160与火线检测端Lchk、零线输入端Nin以及微控制器110分别连接。可调光灯控制器100可通过火线输入检测电路160实现与传统的灯控墙面开关联动控制,以方便同时实现远程和本地控制可调光灯的开关。火线输入检测电路160采用光耦隔离检测电路,交流50Hz或60Hz正弦波信号通过光耦隔离检测电路后生成数字方波信号,供微控制器110检测,以判断当前是否有火线输入。
可选的,可调光灯控制器100还包括电源模块170。电源模块170的输入端与火线输入端Lin、零线输入端Nin分别连接,输出端与微控制器110、电力线载波通信模块120、继电器130、输出模块140、计量电路150分别连接,以为其供电。电源模块170可包括AC-DC电源模块171、低压差线性稳压器(LDO)172。AC-DC电源模块171可以采用工业级的电源模块,输入可以是85V~265V,频率为50Hz/60Hz的交流电。AC-DC电源模块171输出两组互相隔离的第一DC(100mA 12V)、第二DC(200mA 12V)。其中,第一DC主要用于生成0-10V模拟电压和5VPWM、10V PWM信号,第二DC主要用于电力线载波通信模块120以及通过低压差线性稳压器172生成第三DC(5V)后用于微控制器110、继电器130、计量电路150等电路。
如图2所示的可调光灯控制器典型应用系统包括至少一个可调光灯控制器100(以100-1、……、100-n编号标记)、至少一个可调光电源200(以200-1、……、200-n编号标记)、至少一个可调光照明灯具300(以300-1、……、300-n编号标记)以及采集控制器400。可以理解的,n可以取大于等于1的任意整数。其中,可调光灯控制器100-m、可调光电源200-m以及可调光照明灯具300-m依次连接,构成一个可调光照明单元,1≤m≤n。各可调光灯控制器100均与火线L、零线N连接,采集控制器400同样与火线L、零线N连接,以通过电力线载波通信技术进行相互通信。
各可调光灯控制器100用于根据采集控制器400的控制命令,控制可调光灯的开、关以及调节亮度。各可调光灯控制器100还用于检测负载当前的工作电压、工作电流以及计量、统计负载所消耗的电能,并根据采集控制器400的采集命令将检测到的工作电压、工作电流以及负载的耗能等数据发送给采集控制器400。
各可调光电源200用于根据对应的可调光灯控制器100输出的PWM信号或模拟电压生成可调光照明灯具300的驱动电压、电流。可调光电源200可以选用明伟牌,型号为ELG75-48B的可调光电源模块。
采集控制器400通过电力线载波与各可调光灯控制器100进行相互通信,可以下发控制命令以控制可调光照明灯具300的开、关以及调节亮度,还可以下发采集命令以获取各可调光灯控制器100检测到的负载工作电压、工作电流以及负载所消耗的电能等数据。其中,对可调光照明灯具300亮度的调节可以采用无级调光的方式。采集控制器400还可以包括GPRS模块、WIFI模块、以太网模块等,以将各可调光灯控制器100的采集数据、状态等信息传送到远程PC、智能移动终端、服务器等以实现远程控制与数据采集。
下面对图2所示系统的工作方式进行介绍。
1)将各可调光灯控制器100的火线输入端Lin、零线输入端Nin采用专用的强电接线端子或接线帽分别接入110V AC或220V AC电网的交流相线和零线,可调光灯控制器100即可系统上电工作。
2)将各可调光灯控制器100的火线输出端Lout、零线输出端Nout分别接入对应的可调光电源200。当可调光灯控制器100接收到控制命令打开灯具时,火线输出端Lout、零线输出端Nout即有110V AC或220V AC输出,可调光电源200上电工作。当可调光灯控制器100接收到控制命令关闭灯具时,火线输出端Lout、零线输出端Nout不再输出110V AC或220VAC,可调光电源200即断电不工作。
3)当回路中需要兼容灯控墙面开关的本地控制功能时,将墙面开关的火线通过接线端子与可调光灯控制器100的火线检测端Lchk连接,即可实现实时检测墙面开关的开关状态。当系统不用时,火线检测端Lchk不做任何连接。
4)当选用的可调光电源200的调光输入信号为5V PWM输入信号时,将可调光灯控制器100的5V PWM输出端口、GND端口与可调光电源200的对应接口进行连接。
5)当选用的可调光电源200的调光输入信号为10V PWM输入信号时,将可调光灯控制器100的10V PWM输出端口、GND端口与可调光电源200的对应接口进行连接。
6)当选用的可调光电源200的调光输入信号为0-10V模拟电压输入时,将可调光灯控制器100的模拟输出端口、GND端口与可调光电源200的对应接口进行连接。
7)可调光灯控制器100通过电力线与采集控制器400进行低压电力线载波数据通信,采集控制器400可以下发控制命令,以控制可调光照明灯具300的开、关以及亮度,采集控制器400也可以下发采集命令,以采集可调光灯控制器100的当前检测到的负载工作电压、工作电流以及电能计量数据。
8)当可调光灯控制器100检测到所接负载的工作电压或电流异常时,控制继电器130的常开触点断开,主动切断火线输出,并主动上报异常信息给采集控制器400。
9)采集控制器400可以通过GPRS、WIFI、以太网等方式将可调光灯控制器的采集数据、状态等信息传送到远程PC、智能移动终端、服务器等,实现远程控制与数据采集。
虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本实用新型,在没有脱离本实用新型精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换,因此,只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种可调光灯控制器,其特征在于包括微控制器、电力线载波通信模块、继电器以及输出模块:
该电力线载波通信模块与该微控制器、火线输入端、零线输入端分别连接,该微控制器通过该电力线载波通信模块与采集控制器相互通信;
该继电器与该火线输入端、火线输出端、该微控制器分别连接,该微控制器控制该继电器的开/闭状态;
该输出模块与该微控制器连接,该微控制器通过该输出模块输出可调光灯控制信号。
2.根据权利要求1所述的可调光灯控制器,其特征在于:还包括计量电路;
该计量电路与该火线输出端、零线输出端、该继电器以及该微控制器分别连接;
该计量电路检测该火线输出端与该零线输出端之间的电压、该火线输出端与该继电器之间的电流,并将检测结果发送给该微控制器。
3.根据权利要求1所述的可调光灯控制器,其特征在于:还包括火线输入检测电路;
该火线输入检测电路与火线检测端、零线输入端以及该微控制器分别连接;
该微控制器根据该火线输入检测电路的检测结果确定该继电器的开/闭状态。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可调光灯控制器,其特征在于:该电力线载波通信模块包括通信芯片以及耦合电路;
该通信芯片与该微控制器、该耦合电路分别连接;该通信芯片对从该微控制器接收到的数据进行调制,并将调制后的数据发送给该耦合电路;该通信芯片还对从该耦合电路接收到的数据进行解调,并将解调后的数据发送给该微控制器;
该耦合电路与该通信芯片、该火线输入端、该零线输入端分别连接;该耦合电路将从该通信芯片接收到的调制后的数据加载到电力线上;该耦合电路还将电力线上的数据发送给该通信芯片。
5.根据权利要求1-3任一项所述的可调光灯控制器,其特征在于:该输出模块包括PWM输出模块和/或模拟输出模块;
其中,该PWM输出模块与该微控制器、PWM输出端口分别连接,该PWM输出模块根据该微控制器输出的PWM信号,输出PWM信号至该PWM输出端口;
该模拟输出模块与该微控制器、模拟输出端口分别连接,该模拟输出模块根据该微控制器输出的PWM信号,输出模拟电压至该模拟输出端口。
6.根据权利要求5所述的可调光灯控制器,其特征在于:该PWM输出模块和/或该模拟输出模块和该微控制器之间还设置有数字光耦。
7.根据权利要求1或3所述的可调光灯控制器,其特征在于:还包括电源模块;该电源模块与该微控制器、该电力线载波通信模块、该继电器、该输出模块分别连接,以为其供电。
8.根据权利要求7所述的可调光灯控制器,其特征在于:该电源模块包括AC-DC电源模块以及低压差线性稳压器;
该AC-DC电源模块包括AC输入端、第一DC输出端、第二DC输出端,该AC输入端与火线输入端、零线输入端连接,该第一DC输出端与该输出模块连接,该第二DC输出端与该电力线载波通信模块、该低压差线性稳压器分别连接;
该低压差线性稳压器将第二DC转换成第三DC,并将该第三DC分别提供给该微控制器、该继电器。
9.根据权利要求2所述的可调光灯控制器,其特征在于:还包括电源模块;该电源模块与该微控制器、该电力线载波通信模块、该继电器、该输出模块分别连接,以为其供电。
10.根据权利要求9所述的可调光灯控制器,其特征在于:该电源模块包括AC-DC电源模块以及低压差线性稳压器;
该AC-DC电源模块包括AC输入端、第一DC输出端、第二DC输出端,该AC输入端与火线输入端、零线输入端连接,该第一DC输出端与该输出模块连接,该第二DC输出端与该电力线载波通信模块、该低压差线性稳压器分别连接;
该低压差线性稳压器将第二DC转换成第三DC,并将该第三DC分别提供给该微控制器、该继电器和该计量电路。
11.一种可调光灯控制系统,其特征在于包括至少一个如权利要求1-8中任一项所述的可调光灯控制器、至少一个可调光电源、至少一个可调光照明灯具以及采集控制器,其中:
该可调光灯控制器、该可调光电源以及该可调光照明灯具依次连接构成一个可调光照明单元,该可调光灯控制器与电力线连接;
该采集控制器与电力线连接;
该采集控制器与该可调光灯控制器通过电力线载波相互通信。
12.根据权利要求11所述的可调光灯控制系统,其特征在于:该采集控制器包括至少如下之一:GPRS模块、WIFI模块、以太网模块,用以将该可调光灯控制器采集的数据、状态信息发送给远程PC、智能移动终端和服务器至少之一。
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