CN210868220U

CN210868220U - 一种led灯智能控制开关

Info

Publication number: CN210868220U
Application number: CN201920914052.8U
Authority: CN
Inventors: 彭*; 彭; 任爽
Original assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Current assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2029-06-18

Abstract

本实用新型公开了一种LED灯智能控制开关，包括检测电路、单片机、低压预警电路和开关驱动电路，所述检测电路包括光线检测电路、人体检测电路和状态检测电路，检测电路连接单片机，单片机还分别连接低压预警电路和开关驱动电路，本实用新型LED灯智能控制开关通过将传统LED照明系统的控制开关更换为智能控制开关，规避了开关改造中的电源布线与改造等问题，并通过智能控制开关控制LED终端的启闭。即通过热释电人体红外传感器对人体进行感应，结合光敏电阻的光线检测，通过PWM控制开关驱动电路，实现区域光线不足时，有人则灯亮，无人自动熄灯的效果。

Description

一种LED灯智能控制开关

技术领域

本实用新型涉及LED技术领域，具体是一种LED灯智能控制开关。

背景技术

发光二极管简称为LED。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。

当前LED照明设备普遍智能化程度低，传统照明系统智能化改造难度大、成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种LED灯智能控制开关，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种LED灯智能控制开关，包括检测电路、单片机、低压预警电路和开关驱动电路，所述检测电路包括光线检测电路、人体检测电路和状态检测电路，检测电路连接单片机，单片机还分别连接低压预警电路和开关驱动电路。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述还包括给各个模块供电的供电电路，供电电路由火线取电和电池供电两部分构成，包括单火线开态取电电路、电池供电与切换电路和电池充电电路。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述单火线开态取电电路包括稳压芯片U7、稳压芯片U8、电源接口P、变压器T1和整流器D1，电源接口P连接变压器T1的初级绕组，变压器T1的次级绕组连接整流器D1的输入端口2、4，整流器D1的输出端口1连接稳压芯片U7的输入端口1、电容C9和电容C11，稳压芯片U7的输出端口3连接电容C10、电容C12和5V+电压，整流器D1的输出端口3连接稳压芯片U8的输入端口1、电容C13和电容C15，稳压芯片U8的输出端口3连接电容C14、电容C16和5V-电压，稳压芯片U7、稳压芯片U8的型号均为7905。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述电池充电电路包括充电管理芯片U8和与其连接的电池BAT，充电管理芯片U8的型号为SLM4054。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述电池供电与切换电路包括电池接口、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3，三极管Q1的发射机连接电池接口、电阻R11和电阻R14，电阻R14的另一端连接电阻R16、三极管Q3的集电极，三极管Q1的发射极接地，电阻R16的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R13连接电阻R10和电阻R11的另一端，电阻R10的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接二极管D4的阴极、电感L1和芯片U2的脚5，电感L1的另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻R4和电容C2，二极管D4的阳极连接芯片U4的脚2和芯片U4的脚4，芯片U4的脚3连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接5V+电压，芯片U2的型号为MP1541，芯片U4的型号为ASM1117。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述光线检测电路包括芯片U7、放大器OP07CP和电流互感器，芯片U7的脚2连接放大器OP07CP的脚1，放大器OP07CP的脚7连接电流互感器L2的脚2和地，放大器OP07CP的脚8连接电流互感器L2的脚1和电阻R28，电阻R28的另一端连接放大器OP07CP的脚1，芯片U7的脚1连接光敏电阻RGL1和电阻R26，光敏电阻RGL1的另一端接地，片U7的脚1通过电阻R24连接发光二极管D13，芯片U7的型号为PCF8591T。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述开关驱动电路包括异或逻辑芯片H1、芯片U9，异或逻辑芯片H1的脚1连接开关S2和电阻R28，异或逻辑芯片H1的脚4通过电阻R30连接芯片U9的端口V+，芯片U9的端口T1连接双向晶闸管Q7的控制极和电阻R31，芯片U9的端口T2通过电阻R27连接双向晶闸管Q7的一端，电阻R31的另一端连接双向晶闸管Q7的另一端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型LED灯智能控制开关通过将传统LED照明系统的控制开关更换为智能控制开关，规避了开关改造中的电源布线与改造等问题，并通过智能控制开关控制LED终端的启闭。即通过热释电人体红外传感器对人体进行感应，结合光敏电阻的光线检测，通过PWM控制开关驱动电路，实现区域光线不足时，有人则灯亮，无人自动熄灯的效果。

附图说明

图1为本实用新型提供的伺服驱动器部件组成图。

图2为单火线开态取电电路图。

图3为电池充电设计原理图。

图4为电池供电与切换电路设计原理图。

图5为光线检测与电流检测模块设计原理图。

图6为开关驱动电路设计原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：请参阅图1-6，一种LED灯智能控制开关，包括检测电路、单片机、低压预警电路和开关驱动电路，检测电路分别包括光线检测、状态监测与人体热释电红外检测。光线检测获取实时光照强度，用于判断当前光照的强与弱，决定LED灯的亮度强弱；状态监测记录LED电路中的电流大小；人体热释电红外检测人体红外线，用于判断区域内是否有人。检测电路作为自动控制起始的一环，需要保证检测结果，检测电路连接单片机，单片机还分别连接低压预警电路和开关驱动电路。如图1所示。

还包括给各个模块供电的供电电路，供电电路由火线取电和电池供电两部分构成，包括单火线开态取电、电池供电与切换电路和电池充电电路，确保了终端用电的稳定与安全，同时符合改造简便、无需布线的需求。当LED灯开启时，终端采用火线供电，同时为锂电池充电；当LED灯关闭时，终端由电池供电，保证主要模块的持续运行。

其中，单火线开态取电电路包括稳压芯片U7、稳压芯片U8、电源接口P、变压器T1和整流器D1，电源接口P连接变压器T1的初级绕组，变压器T1的次级绕组连接整流器D1的输入端口2、4，整流器D1的输出端口1连接稳压芯片U7的输入端口1、电容C9和电容C11，稳压芯片U7的输出端口3连接电容C10、电容C12和5V+电压，整流器D1的输出端口3连接稳压芯片U8的输入端口1、电容C13和电容C15，稳压芯片U8的输出端口3连接电容C14、电容C16和5V-电压，稳压芯片U7、稳压芯片U8的型号均为7905。单火线开态取电是指终端只与火线连接，不与零线直接相连，当LED灯处于工作状态时，利用火线中流过的电流获取一定的电能，为各个模块提供电能。基于国内装修布线的实际情况，单火线取电只需要与火线相连，使用时不需要再次布线，具有安装方便、改造成本低等特点。单火线开态取电设计原理如图2。交流电流过变压器时，在二次绕组形成12V的交流电；然后由桥式整流器逆变整流形成大约17V的脉动直流电，经过滤波电容后变成稳定的直流电；最后经由稳压芯片7805和7905稳定电压，在两个芯片的输出口分别输出稳定的+5V和-5V直流电压，如图2所示。

为保证锂电池充电时的安全与稳定，采用充电管理芯片来控制充电过程。当火线处于开态时，火线为整个终端提供必要的电源电压，同时为锂电池充电。充电电路设计原理如图3，5V电压通过VCC引脚向芯片输入电流，芯片通过BAT引脚与锂电池正极相连，完成充电，电池充电电路包括充电管理芯片U8和与其连接的电池BAT，充电管理芯片U8的型号为SLM4054，SLM4054是一个恒流恒压的单节锂电池充电芯片，使用时无需外部的MOSFET和二极管，最大接收输入电压为8V。充电电流的大小通过PROG引脚来控制，在该引脚与地之间接入合适的限流电阻可完成限流，计算公式为:I_BAT＝(1000V_PROG)/R_PROG，其中恒流充电模式V_PROG为1V。结合火线取电所产生的电源电压，在保证终端获得足够电能的前提下，设计将充电电路的最大充电电流设置为100mA，即限流电阻R29＝10K，如图3所示。

为了减少LED设备关闭时，静态电流对设备的影响和电能消耗，采用电池供电来维持LED关闭时控制开关的持续运行，同时配合切换电路来管理供电方式。电池供电与切换电路设计原理如图4，图中A为切换电路，B为电池供电升压电路。切换电路工作原理：当火线断开时，二极管D12与D3输入端的5V电压不存在，故三极管Q3不导通，三极管Q2的基极获得高电平导通，进而三极管Q1的基极获得高电平，然后使其导通，锂电池通过Q1给系统提供电能；当火线处于开态时，5V电压使三极管Q3导通，从而导致Q2、Q1均无法导通，整个系统由火线来供电。

电池供电升压电路采用升压芯片MP1541对锂电池提供的电压进行升压，保证电池供电时主要用电模块的正常运行。升压输出电压通过计算式V_OUT＝(R₁+R₂)*V_FB/R₂获得，其中V_FB＝1.25。在满足设备电池供电运行的同时，为防止切换电路的误操作，将升压芯片的输出电压设定在4.2V，电池供电与切换电路包括电池接口、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3，三极管Q1的发射机连接电池接口、电阻R11和电阻R14，电阻R14的另一端连接电阻R16、三极管Q3的集电极，三极管Q1的发射极接地，电阻R16的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R13连接电阻R10和电阻R11的另一端，电阻R10的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接二极管D4的阴极、电感L1和芯片U2的脚5，电感L1的另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻R4和电容C2，二极管D4的阳极连接芯片U4的脚2和芯片U4的脚4，芯片U4的脚3连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接5V+电压，芯片U2的型号为MP1541，芯片U4的型号为ASM1117。图中Q3基极电压由火线提供，考虑到火线取电开态瞬间，其电压并非马上就能满足终端正常运行使用，所以获得的电压需要高于D5、D6、D8、D9、D12的压降以及Q3的导通电压，才能开始供电。考虑每个二极管的压降和三极管的V_be，通电时火线电压至少已经等于或高于4.2V，能够满足用电需求。

实施例2，在实施例1的基础上，光线检测电路主要由光敏电阻组成，通过光敏电阻获取实时光照强度。光敏电阻又称光敏管，通常由硫化镉、硒化镉等半导体材料构成，其阻值大小与光照强度呈负相关关系，光照增强、电阻减小，光照减弱、电阻增大，通过AD转换电路读取光敏电阻的模拟数据，便能实现光线强度的实时检测。线检测与电流检测模块设计原理如图5，电路中电阻R26和光敏电阻RGL1组成分压电路，AD转换芯片获取采样电压值V＝(RGL1/R26+RGL1)*VCC，单片机根据电压值便能计算获得光照强度，光线检测电路包括芯片U7、放大器OP07CP和电流互感器，芯片U7的脚2连接放大器OP07CP的脚1，放大器OP07CP的脚7连接电流互感器L2的脚2和地，放大器OP07CP的脚8连接电流互感器L2的脚1和电阻R28，电阻R28的另一端连接放大器OP07CP的脚1，芯片U7的脚1连接光敏电阻RGL1和电阻R26，光敏电阻RGL1的另一端接地，片U7的脚1通过电阻R24连接发光二极管D13，芯片U7的型号为PCF8591T。状态检测电路主要完成LED的电流检测、确定LED的开关状态等功能。设计电路中采用电流互感器与运算放大器相结合，运放的输出口接AD转换芯片的AIN1引脚，实现LED运行时电路中的电流采样。LED运行时，其电流的大小与光照品质有极大关系，检测并记录LED的电流能够用于检测其性能的变化，甚至预测可能发生的故障。采用电流互感器，既隔离了强弱电路，又能有效检测电流大小。当LED运行时，电流流过电流互感器一次侧，在其二次侧产生电流输出，经过运算放大器放大，AD转换芯片PCF8591T在运算放大器的输出端获得采样值，最终传输到单片机完成储存及对应操作。采样电阻R28＝100Ω，计算可得运算放大器输入侧的采样电压被放大了100倍。假设从运算放大器输出侧测得电压值为V_test，则可推导出LED电路中流过的电流的大小为

本专利中的AD转换模块选用PCF8591T芯片，其采用逐次逼近转换技术。PCF8591T通过模拟输入口AIN0采样光敏电阻电压值；单片机通过P2.0和P2.1与PCF8591T芯片的串行时钟线和串行数据线对接，实现数据传输。

人体检测电路主要由人体热释电红外传感器及相关电路组成。人体热释电红外传感器是一种常用的传感器模块，多用于人体检测、智能开关等方面。传感器输出端接入PNP三极管的基极，三极管的发射极接入单片机的P1.6、P1.7引脚。当探头感应到红外信号时，通过红外热释电处理芯片BISS0001对信号进行处理，在输出端输出高电平使三极管导通，通过IO口向单片机输入信号。

为了保证用电安全，本专利开关驱动电路采用光耦芯片结合双向可控硅的控制方式，实现弱电对强电的控制。开关驱动电路设计原理如图6，H1为异或逻辑芯片，S2为控制开关的机械开关，contorl为来自单片机P2.7的控制信号。两个电信号通过异或逻辑门向光耦芯片MOC3063输入控制信号，进而控制双向可控硅，实现对LED开关控制。控制过程如下：MOC3063输入端接收到来自单片机的开灯信号，输出级等待检测到过零后给出输出，之后触发双向可控硅导通，当可控硅的触发电压消失后，可控硅检测到交流电过零时关断，完成一次双向可控硅的开断。通过PWM输出的形式将开灯信号输入到光电可控硅，进而控制双向可控硅按照控制要求通断，实现PWM控制LED开关。本模块将机械开关控制信号与单片机控制信号通过异或处理输出一个信号控制LED开关，有效地将传统机械开关与自动控制相结合，开关驱动电路包括异或逻辑芯片H1、芯片U9，异或逻辑芯片H1的脚1连接开关S2和电阻R28，异或逻辑芯片H1的脚4通过电阻R30连接芯片U9的端口V+，芯片U9的端口T1连接双向晶闸管Q7的控制极和电阻R31，芯片U9的端口T2通过电阻R27连接双向晶闸管Q7的一端，电阻R31的另一端连接双向晶闸管Q7的另一端。

故障预警电路是在电路中检测到异常的数值时，提供一个自动报警功能。在本设计中主要通过蜂鸣器和LED灯来实现声光报警。当单片机通过检测电路，判断LED状态异常时，将会控制LED灯和蜂鸣器完成声光报警，同时关闭LED灯。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种LED灯智能控制开关，包括检测电路、单片机、低压预警电路和开关驱动电路，其特征在于，所述检测电路包括光线检测电路、人体检测电路和状态检测电路，检测电路连接单片机，单片机还分别连接低压预警电路和开关驱动电路。

2.根据权利要求1所述的一种LED灯智能控制开关，其特征在于，还包括给各个模块供电的供电电路，供电电路由火线取电和电池供电两部分构成，包括单火线开态取电电路、电池供电与切换电路和电池充电电路。

3.根据权利要求2所述的一种LED灯智能控制开关，其特征在于，所述单火线开态取电电路包括稳压芯片U7、稳压芯片U8、电源接口P、变压器T1和整流器D1，电源接口P连接变压器T1的初级绕组，变压器T1的次级绕组连接整流器D1的输入端口2、4，整流器D1的输出端口1连接稳压芯片U7的输入端口1、电容C9和电容C11，稳压芯片U7的输出端口3连接电容C10、电容C12和5V+电压，整流器D1的输出端口3连接稳压芯片U8的输入端口1、电容C13和电容C15，稳压芯片U8的输出端口3连接电容C14、电容C16和5V-电压，稳压芯片U7、稳压芯片U8的型号均为7905。

4.根据权利要求2所述的一种LED灯智能控制开关，其特征在于，所述电池充电电路包括充电管理芯片U8和与其连接的电池BAT，充电管理芯片U8的型号为SLM4054。

5.根据权利要求2所述的一种LED灯智能控制开关，其特征在于，所述电池供电与切换电路包括电池接口、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3，三极管Q1的发射机连接电池接口、电阻R11和电阻R14，电阻R14的另一端连接电阻R16、三极管Q3的集电极，三极管Q1的发射极接地，电阻R16的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R13连接电阻R10和电阻R11的另一端，电阻R10的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接二极管D4的阴极、电感L1和芯片U2的脚5，电感L1的另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻R4和电容C2，二极管D4的阳极连接芯片U4的脚2和芯片U4的脚4，芯片U4的脚3连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接5V+电压，芯片U2的型号为MP1541，芯片U4的型号为ASM1117。

6.根据权利要求1所述的一种LED灯智能控制开关，其特征在于，所述光线检测电路包括芯片U7、放大器OP07CP和电流互感器，芯片U7的脚2连接放大器OP07CP的脚1，放大器OP07CP的脚7连接电流互感器L2的脚2和地，放大器OP07CP的脚8连接电流互感器L2的脚1和电阻R28，电阻R28的另一端连接放大器OP07CP的脚1，芯片U7的脚1连接光敏电阻RGL1和电阻R26，光敏电阻RGL1的另一端接地，片U7的脚1通过电阻R24连接发光二极管D13，芯片U7的型号为PCF8591T。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种LED灯智能控制开关，其特征在于，所述开关驱动电路包括异或逻辑芯片H1、芯片U9，异或逻辑芯片H1的脚1连接开关S2和电阻R28，异或逻辑芯片H1的脚4通过电阻R30连接芯片U9的端口V+，芯片U9的端口T1连接双向晶闸管Q7的控制极和电阻R31，芯片U9的端口T2通过电阻R27连接双向晶闸管Q7的一端，电阻R31的另一端连接双向晶闸管Q7的另一端。