CN212034406U - 一种led模组路灯自适应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED模组路灯自适应系统，包括用于给系统供电的电源电路、Wi‑SUN无线通信模块、电流检测电路、微控制器、继电器、若干LED模组，微控制器的端口分别与电源电路、Wi‑SUN无线通信模块连接，并且所述电源电路与Wi‑SUN无线通信模块连接，微控制器的端口还通过驱动电路与继电器连接，每个继电器和对应的LED模组和电流检测电路串联，每个电流检测电路还与微控制器连接，微控制器的端口还与路灯电源连接，路灯电源的正负极分别接每组LED模组和电流检测电路。本实用新型通过微控制器监测LED路灯模组的电压或者电流确定故障点，通过控制把故障模组与电路断路或短路，并调整路灯电源输出电流或电压，保证路灯能持续工作或降额工作。

Description

一种LED模组路灯自适应系统

技术领域

本实用新型属于道路照明及道路照明控制技术领域，具体涉及一种LED模组路灯自适应系统。

背景技术

随着LED在道路照明上的广泛应用，其照明产品各个零部件的质量及性能越来越受到用户的重视，特别是路灯使用环境恶劣、维护难度大，维护成本高，又直接关系行车安全，传统的路灯及其控制系统在遇到模组故障时，不能及时主动的解决、不能就故障点给出具体说明。

现有的路灯控制器系统，包括微控制器、电源电路、调光电路、路灯和通信电路，只是实现对路灯的控制、调光，以及对路灯故障的检测、报警和寿命预警(着重点是路灯输入电压、输入电流、输入功率、漏电流方面)，单是并未就路灯本身发生故障时怎么通过自动调节来排除或减缓故障以继续维持照明做出解决，也未对故障原因及需要维护更换的电路做出指明。

再比如现有路灯模组的可靠性都是通过设计方案、零部件质量及工厂质量保证能力来保障的，但是，现实中总存在着零部件失效、人员设备操作不当引起的产品质量问题，而LED是模组中用量最多也最为关键的零部件，如果少数发生故障，可能引起整个灯具的电压电流不平衡，从而导致整个灯具发生故障不能使用，并且由于不知道故障点，维护人员需要用专门的设备、占用繁忙的马路登上路灯查看分析故障原因并做登记，待备好替换料后才能修好路灯。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种LED模组路灯自适应系统。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供一种LED模组路灯自适应系统，该系统包括用于给系统供电的电源电路、Wi-SUN无线通信模块、电流检测电路、微控制器、继电器、若干LED模组，所述微控制器的端口分别与电源电路、Wi-SUN无线通信模块连接，并且所述电源电路与 Wi-SUN无线通信模块连接，所述微控制器的端口还通过驱动电路与继电器连接，每个继电器和对应的LED模组和电流检测电路串联，每个电流检测电路还与微控制器连接，所述微控制器的端口还与路灯电源连接，所述路灯电源的正负极分别接每组LED模组和电流检测电路。

上述方案中，还包括微波或毫米波雷达模块，所述微波或毫米波雷达模块分别与电源电路和微控制器连接。

上述方案中，还包括温度传感器、具有可拓展的传感器接口模块，所述温度传感器和具有可拓展的传感器接口模块分别与电源电路和微控制器连接。

上述方案中，所述电流检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一三极管Q1、第一电容C1、第二电容C2、第一运算放大器U1-A、第二运算放大器U1-B，所述第一运算放大器U1-A的第1端经第八电阻R8接第二运算放大器 U1-B的第5端，第2端经第四电阻R4接地，第3端经第三电阻R3 接继电器，所述第三电阻R3和继电器之间与第四电阻R4和接地之间依次并联第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2，所述第二运算放大器U1-B的第7端接继电器和微控制器，第6端经第九电阻 R9接第7端，所述第二电容C2一端接于第九电阻R9和第二运算放大器U1-B的第7端之间，另一端与第四电阻R4、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2连接，所述第六电阻R6一端接于第一运算放大器U1-A的第1端和第八电阻R8之间，另一端接于第二电容C2 的另一端，所述第五电阻R5的两端分别接于第一运算放大器U1-A 的第1、2端；所述第一三极管Q1的基极通过第十电阻R10与第二运算放大器U1-B的第7端连接，集电极与继电器连接，发射极接地。

本发明实施例还提供一种LED模组路灯自适应系统，该系统包括用于给系统供电的电源电路、Wi-SUN无线通信模块、电压检测电路、微控制器、继电器、若干组LED模组，所述微控制器的端口分别与电源电路、Wi-SUN无线通信模块连接，并且所述电源电路与 Wi-SUN无线通信模块连接，所述微控制器的端口还通过驱动电路与继电器连接，每个继电器的两路连接对应的LED模组，每个LED模组上并联电压检测电路，每个电压检测电路还与微控制器连接，所述微控制器的端口还与路灯电源连接，每组LED模组串联在所述路灯电源的正负极之间。

上述方案中，还包括微波或毫米波雷达模块，所述微波或毫米波雷达模块分别与电源电路和微控制器连接。

上述方案中，还包括温度传感器、具有可拓展的传感器接口模块，所述温度传感器和具有可拓展的传感器接口模块分别与电源电路和微控制器连接。

上述方案中，所述电压检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻 R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第一三极管Q1、可控精密稳压源TL431、第一电容C1、第二电容C2、第一运算放大器U1-A、第二运算放大器U1-B，所述第一运算放大器U1-A的第1端经第六电阻R6接第二运算放大器U1-B的第5端，第2端经第一电容C1、第二电容C2、第十一电阻R11、第五电阻R5接第一运算放大器U1-A 的第3端，第3端还接可控精密稳压源TL431的第2端，所述可控精密稳压源TL431的第1端接于第一电容C1和第二电容C2之间，第2端一路接于串联的第一电阻R1和第二电阻R2之间，所述第一电阻R1的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与第五电阻R5 的另一端连接，所述第三电阻R3的一端接于第一电容C1和第二电容C2之间，另一端经第四电阻R4接LED模组的正极，所述第五电阻R5的一端和第十一电阻R11共同接入Vcc，另一端与第一运算放大器U1-A的第3端、可控精密稳压源TL431的第2端连接，所述第二运算放大器U1-B的第7端经第八电阻R8、第一三极管Q1接继电器，第6端经第七电阻R7接微控制器。

与现有技术相比，本实用新型通过微控制器监测LED路灯模组的电压或者电流来确定故障点，通过控制把故障模组与电路断路或短路，并调整路灯电源输出电流或电压，保证路灯能持续工作或降额工作，从而提高了路灯的可靠性和使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供一种LED模组路灯自适应系统的连接框图；

图2为本实用新型实施例1提供一种LED模组路灯自适应系统的中电流检测电路的一部分电路原理图；

图3为本实用新型实施例1提供一种LED模组路灯自适应系统的中电流检测电路的另一部分电路原理图；

图4为本实用新型实施例1提供一种LED模组路灯自适应系统的的逻辑图；

图5为本实用新型实施例2提供一种LED模组路灯自适应系统的连接框图；

图6为本实用新型实施例2提供一种LED模组路灯自适应系统中电压检测电路的电路原理图；

图7为本实用新型实施例2提供一种LED模组路灯自适应系统的逻辑图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实用新型实施例提供一种LED模组路灯自适应系统，如图1 所示，该系统包括用于给系统供电的电源电路、Wi-SUN无线通信模块、电流检测电路、微控制器、继电器、若干LED模组，所述微控制器的端口分别与电源电路、Wi-SUN无线通信模块连接，并且所述电源电路与Wi-SUN无线通信模块连接，所述微控制器的端口还通过驱动电路与继电器连接，每个继电器和对应的LED模组和电流检测电路串联，每个电流检测电路还与微控制器连接，所述微控制器的端口还与路灯电源连接，所述路灯电源的正负极分别接每组LED模组和电流检测电路，这样，通过电流检测电路检测到该LED模组出现故障后，通过微处理控制器断开该LED模组对应的继电器，还同时通过调整路灯电源的输出电流、电压去适应LED负载的变化，并且通过Wi-SUN无线通信模块上传故障信息到管理端，以提示路灯维护人员该路灯需要维护，从而减小维护难度，提高维护效率。

当然，考虑到继电器因为寿命有限，还可以采用金氧半场效晶体管MOSFET代替继电器。

具体地，所述Wi-SUN无线通信模块通过串口和微处理控制器相连；所述微处理控制器的部分IO通过驱动电路和继电器相连、部分 IO输出PWM信号或通过运放输出0-10V电压信号和路灯电源的调光口相连、部分IO和LED模组、电流检测电路相连。

所述微处理控制器的型号采用STM8或STM32单片机，用于各模块的信号采集处理，并通过IO控制执行。

所述继电器J1、J2……Jn为常闭继电器(也可用其他开关器件代替)，其和LED模组串联在一起，正常情况下保持闭合，当LED模组发生故障时，微处理控制器通过驱动电路使继电器断开，从而将故障的路灯模组和电源断开。

电流检测电路通过采样电阻R1将电流信号转换成电压信号，再经运放隔离放大后由微处理控制器的AD端口读取并计算出每个 LED模组电流大小；将检测到的电流值和系统预设值做比较判断各个LED模组的电流是否正常，如果正常就返回循环，如果有LED模组电流异常，就通过计算，判断断开故障模组后，其它LED模组电流的是否还可以工作，如果可以，微处理控制器就执行断开故障模组指令；如果不不可以，微处理控制器就要相应减小电源输出电流，然后执行断开故障模组指令，使得路灯系统能在部分模组发生故障时自己调整电流而继续工作。

进一步地，还包括微波或毫米波雷达模块，所述微波或毫米波雷达模块分别与电源电路和微处理控制器连接，通过微波或毫米波雷达模块检测感应区域内有无移动物体，有移动物体时通过微处理控制器使路灯变亮，移动物体离开后通过微处理控制器使路灯变暗，从而实现节能的目的。

具体地，所述微处理控制器的部分IO和微波或毫米波雷达模块相连。

比如当有车或人接近路灯时，路灯调整到100％亮度，当车或人离开路灯后，路灯调整到30％亮度，通过这种方式达到节能的目的；

也可通过所述微波或毫米波雷达模块为摄像头提供启动和停止监控信息，以达到节省存储空间，减小查看难度问题。

进一步地，还包括温度传感器、具有可拓展的传感器接口模块，所述温度传感器和具有可拓展的传感器接口模块分别与电源电路和微处理控制器连接。

具体地，所述微处理控制器的部分IO与温度传感器、具有可拓展的传感器接口模块相连。

所述温度传感器用于检测LED模组的温度，如果LED模组过热，微处理控制器会通过调光口减小电源电流，防止LED模组因为过热发生故障。

所述具有可拓展的传感器接口模块将微处理控制器的多余端口引出，并且提供供电，以便系统的功能拓展。

如图2、3所示，所述电流检测电路包括第一电阻R1、第二电阻 R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一三极管Q1、第一电容C1、第二电容C2、第一运算放大器U1-A、第二运算放大器U1-B，所述第一运算放大器U1-A的第1端经第八电阻R8接第二运算放大器U1-B的第5端，第2端经第四电阻R4接地，第3端经第三电阻 R3接继电器，所述第三电阻R3和继电器之间与第四电阻R4和接地之间依次并联第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2，所述第二运算放大器U1-B的第7端接继电器和微控制器，第6端经第九电阻 R9接第7端，所述第二电容C2一端接于第九电阻R9和第二运算放大器U1-B的第7端之间，另一端与第四电阻R4、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2连接，所述第六电阻R6一端接于第一运算放大器U1-A的第1端和第八电阻R8之间，另一端接于第二电容C2 的另一端，所述第五电阻R5的两端分别接于第一运算放大器U1-A 的第1、2端；所述第一三极管Q1的基极通过第十电阻R10与第二运算放大器U1-B的第7端连接，集电极与继电器连接，发射极接地。

如图4所示，本实用新型通过检测流过各模组的电流大小来判断各路灯模组的工作状态，当有LED模组发生故障时，如果LED模组在路灯设计中，留有足够的LED电流裕量，满足即使一个LED模组故障的情况下，只要断开该LED模组，其它LED模组还能在额定电流下工作，这样路灯照明能力没有下降。

那么微控制器通过继电器断开有故障的LED模组，整个路灯还能正常工作。如果发生故障的LED模组数量增多，额定电流驱动下，其它模组电流裕量不足时，微控制器通过计算调整LED驱动输出电流大小，同时通过输出脚控制继电器或开关器件将异常模组与电路断开，从而确保其它模组在合理的电流电压范围内工作，这时路灯降额工作，满足基本照明要求，不需要特意维护或更换。同时，微控制器中将储存的路灯电源信息和故障模块数量通过WI-SUN无线通信模块发给节点网关，节点网关再通过GPRS、3G、4G、5G接入广域网，从而把故障信息发给路灯维护人员，提前预警该路灯需要维护。

因为故障信息中包含故障问题，电源信息，所以路灯维护人员可以提前备好替换件，从而减小维护难度，提高维护效率。

实施例2

本实用新型实施例还提供一种LED模组路灯自适应系统，如图 5所示，该系统包括用于给系统供电的电源电路、Wi-SUN无线通信模块、电压检测电路、微控制器、继电器、若干组LED模组，所述微控制器的端口分别与电源电路、Wi-SUN无线通信模块连接，并且所述电源电路与Wi-SUN无线通信模块连接，所述微控制器的端口还通过驱动电路与继电器连接，每个继电器的两路连接对应的LED模组，每个LED模组上并联电压检测电路，每个电压检测电路还与微控制器连接，所述微控制器的端口还与路灯电源连接，每组LED模组串联在所述路灯电源的正负极之间，这样，通过电压检测电路检测到该LED模组出现故障后，通过微处理控制器断开该LED模组对应的继电器，还同时通过调整路灯电源的输出电流、电压去适应LED 负载的变化，并且通过Wi-SUN无线通信模块上传故障信息到管理端，以提示路灯维护人员该路灯需要维护，从而减小维护难度，提高维护效率。

当然，考虑到继电器因为寿命有限，还可以采用金氧半场效晶体管MOSFET代替继电器。

具体地，所述Wi-SUN无线通信模块通过串口和微处理控制器相连；所述微处理控制器的部分IO通过驱动电路和继电器相连、部分IO输出PWM信号或通过运放输出0-10V电压信号和路灯电源的调光口相连、部分IO和LED模组、电压检测电路相连。

所述微处理控制器的型号采用STM8或STM32单片机，用于各模块的信号采集处理，并通过IO控制执行。

所述继电器J1、J2……Jn为常闭继电器(也可用其他开关器件代替)，其和LED模组串联在一起，正常情况下保持闭合，当LED模组发生故障时，微处理控制器通过驱动电路使继电器断开，从而将故障的路灯模组和电源断开。

所述电压检测电路通过分压电阻R1分压并经过运放隔离放大后由微控制器AD端口读取并计算出每个LED模组电压大小，将检测到的电压值和系统预设值做比较判断各个LED模组的电压是否正常，如果正常就返回循环，如果有模组电压异常，微处理控制器就通过继电器短路该LED模组，改变输出电压范围以适应负载的变化，如果模组电流设计裕量充足，还可以通过增大电流的方式来保证照明质量不变。

进一步地，还包括微波或毫米波雷达模块，所述微波或毫米波雷达模块分别与电源电路和微处理控制器连接，通过微波或毫米波雷达模块检测感应区域内有无移动物体，有移动物体时通过微处理控制器使路灯变亮，移动物体离开后通过微处理控制器使路灯变暗，从而实现节能的目的。

具体地，所述微处理控制器的部分IO和微波或毫米波雷达模块相连。

比如当有车或人接近路灯时，路灯调整到100％亮度，当车或人离开路灯后，路灯调整到30％亮度，通过这种方式达到节能的目的；

也可通过所述微波或毫米波雷达模块为摄像头提供启动和停止监控信息，以达到节省存储空间，减小查看难度问题。

进一步地，还包括温度传感器、具有可拓展的传感器接口模块，所述温度传感器和具有可拓展的传感器接口模块分别与电源电路和微处理控制器连接。

具体地，所述微处理控制器的部分IO与温度传感器、具有可拓展的传感器接口模块相连。

所述温度传感器用于检测LED模组的温度，如果LED模组过热，微处理控制器会通过调光口减小电源电流，防止LED模组因为过热发生故障。

所述具有可拓展的传感器接口模块将微处理控制器的多余端口引出，并且提供供电，以便系统的功能拓展。

如图6所示，所述电压检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻 R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第一三极管Q1、可控精密稳压源TL431、第一电容C1、第二电容C2、第一运算放大器U1-A、第二运算放大器U1-B，所述第一运算放大器U1-A的第1端经第六电阻R6接第二运算放大器U1-B的第5端，第2端经第一电容C1、第二电容C2、第十一电阻R11、第五电阻R5接第一运算放大器U1-A 的第3端，第3端还接可控精密稳压源TL431的第2端，所述可控精密稳压源TL431的第1端接于第一电容C1和第二电容C2之间，第2端一路接于串联的第一电阻R1和第二电阻R2之间，所述第一电阻R1的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与第五电阻R5 的另一端连接，所述第三电阻R3的一端接于第一电容C1和第二电容C2之间，另一端经第四电阻R4接LED模组的正极，所述第五电阻R5的一端和第十一电阻R11共同接入Vcc，另一端与第一运算放大器U1-A的第3端、可控精密稳压源TL431的第2端连接，所述第二运算放大器U1-B的第7端经第八电阻R8、第一三极管Q1接继电器，第6端经第七电阻R7接微控制器。

所述第一三极管Q1的基极接第八电阻R8，集电极与继电器连接，发射极接地。

如图7所示，本实用新型通过检测各模组的电压大小来判断各路灯模组的工作状态，当有LED模组发生故障时，可以根据路灯电源的电压电流范围，微控制器在电源允许的范围内通过继电器或开关电路短接掉故障模组，在保证其它模组工作在合理的驱动电流范围内，通过调光口或路灯程序下载口，增大电源输出电流，从而来提供持续额定照明条件或使路灯降额工作；同时，微控制器中将储存的路灯电源信息和故障模块数量通过WI-SUN无线通信模块发给节点网关，节点网关再通过GPRS、3G、4G、5G接入广域网，从而把故障信息发给路灯维护人员，提前预警该路灯需要维护。

因为故障信息中包含故障问题，电源信息，所以路灯维护人员可以提前备好替换件，从而减小维护难度，提高维护效率。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种LED模组路灯自适应系统，其特征在于，该系统包括用于给系统供电的电源电路、Wi-SUN无线通信模块、电流检测电路、微控制器、继电器、若干LED模组，所述微控制器的端口分别与电源电路、Wi-SUN无线通信模块连接，并且所述电源电路与Wi-SUN无线通信模块连接，所述微控制器的端口还通过驱动电路与继电器连接，每个继电器和对应的LED模组和电流检测电路串联，每个电流检测电路还与微控制器连接，所述微控制器的端口还与路灯电源连接，所述路灯电源的正负极分别接每组LED模组和电流检测电路。

2.根据权利要求1所述的一种LED模组路灯自适应系统，其特征在于，还包括微波或毫米波雷达模块，所述微波或毫米波雷达模块分别与电源电路和微控制器连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种LED模组路灯自适应系统，其特征在于，还包括温度传感器、具有可拓展的传感器接口模块，所述温度传感器和具有可拓展的传感器接口模块分别与电源电路和微控制器连接。

4.根据权利要求3所述的一种LED模组路灯自适应系统，其特征在于，所述电流检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一三极管Q1、第一电容C1、第二电容C2、第一运算放大器U1-A、第二运算放大器U1-B，所述第一运算放大器U1-A的第1端经第八电阻R8接第二运算放大器U1-B的第5端，第2端经第四电阻R4接地，第3端经第三电阻R3接继电器，所述第三电阻R3和继电器之间与第四电阻R4和接地之间依次并联第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2，所述第二运算放大器U1-B的第7端接继电器和微控制器，第6端经第九电阻R9接第7端，所述第二电容C2一端接于第九电阻R9和第二运算放大器U1-B的第7端之间，另一端与第四电阻R4、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2连接，所述第六电阻R6一端接于第一运算放大器U1-A的第1端和第八电阻R8之间，另一端接于第二电容C2的另一端，所述第五电阻R5的两端分别接于第一运算放大器U1-A的第1、2端；所述第一三极管Q1的基极通过第十电阻R10与第二运算放大器U1-B的第7端连接，集电极与继电器连接，发射极接地。

5.一种LED模组路灯自适应系统，其特征在于，该系统包括用于给系统供电的电源电路、Wi-SUN无线通信模块、电压检测电路、微控制器、继电器、若干组LED模组，所述微控制器的端口分别与电源电路、Wi-SUN无线通信模块连接，并且所述电源电路与Wi-SUN无线通信模块连接，所述微控制器的端口还通过驱动电路与继电器连接，每个继电器的两路连接对应的LED模组，每个LED模组上并联电压检测电路，每个电压检测电路还与微控制器连接，所述微控制器的端口还与路灯电源连接，每组LED模组串联在所述路灯电源的正负极之间。

6.根据权利要求5所述的一种LED模组路灯自适应系统，其特征在于，还包括微波或毫米波雷达模块，所述微波或毫米波雷达模块分别与电源电路和微控制器连接。

7.根据权利要求5或6所述的一种LED模组路灯自适应系统，其特征在于，还包括温度传感器、具有可拓展的传感器接口模块，所述温度传感器和具有可拓展的传感器接口模块分别与电源电路和微控制器连接。

8.根据权利要求7所述的一种LED模组路灯自适应系统，其特征在于，所述电压检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第一三极管Q1、可控精密稳压源TL431、第一电容C1、第二电容C2、第一运算放大器U1-A、第二运算放大器U1-B，所述第一运算放大器U1-A的第1端经第六电阻R6接第二运算放大器U1-B的第5端，第2端经第一电容C1、第二电容C2、第十一电阻R11、第五电阻R5接第一运算放大器U1-A的第3端，第3端还接可控精密稳压源TL431的第2端，所述可控精密稳压源TL431的第1端接于第一电容C1和第二电容C2之间，第2端一路接于串联的第一电阻R1和第二电阻R2之间，所述第一电阻R1的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与第五电阻R5的另一端连接，所述第三电阻R3的一端接于第一电容C1和第二电容C2之间，另一端经第四电阻R4接LED模组的正极，所述第五电阻R5的一端和第十一电阻R11共同接入Vcc，另一端与第一运算放大器U1-A的第3端、可控精密稳压源TL431的第2端连接，所述第二运算放大器U1-B的第7端经第八电阻R8、第一三极管Q1接继电器，第6端经第七电阻R7接微控制器。

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