CN214960214U - 一种低成本射频组网的能耗监测调光电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，其技术方案要点是：包括电量计模块、LED调光驱动电源模块、触发传感模块、综合控制器模块和无线通信模块，所述LED调光驱动电源模块、所述触发传感模块、所述综合控制器模块和所述无线通信模块都作为所述电量计模块的负载，所述电量计模块电性连接有所述LED调光驱动电源模块和所述综合控制器模块，所述LED调光驱动电源模块上电性连接LED灯具和DC电流，所述综合控制器模块上电性连接有所述触发传感模块和所述无线通信模块；利用装置可以形成严谨且精确的能耗监测以及低成本射频组网方案。

Description

一种低成本射频组网的能耗监测调光电源

技术领域

本实用新型涉及电源设计领域，特别涉及一种低成本射频组网的能耗监测调光电源。

背景技术

当前市场上的LED灯具驱动电源基本是功能相对单一的驱动电源，或者是输出电流固定、或者是输出电流可调。还没有出现过能监测自身能耗，并通过射频组网的一体化调光驱动电源。针对目前环保节能趋势下，用户对能源消耗的数据越来越敏感，有的用户已经开始对提供能源管理服务的供应商提出能够给出能源消耗实时数据的要求。在这种情况下，提供能源管理服务的供应商必须要有一种精确且用户认可的方法来实时监测能源的消耗。通常情况下，将用户照明供电网络单独隔离，并使用独立的电表来监测这个供电网络并提供电能消耗数据是最直接的。但是用户的供电网络往往不是单一给照明供电的，没有理由让用户进行电网改造，也不可能为每个LED灯具配置独立的电表来监测能耗。

参照现有公开号为CN101146388A的中国专利，其公开了独立式直流电源之LED灯放电控制系统，属于太阳能、风力等再生能源与LED及超级电容技术领域。本发明实时监测蓄电池电压，使用升降压方式调整输出，达到固定高功率驱动LED灯串负载的目的。可维持LED灯组最高亮度，不会有灯光逐渐变暗情况。并解决蓄电池与LED之间电压不匹配问题，减少能耗与发热困扰。本发明LED灯组则有亮度增亮模式与PWM调光的节能模式智能选择。而超级电容器的置入，可瞬间强光照明输出，对于警告、指示与导引有其重要应用。

但是上述的这种用于独立式直流电源之LED灯放电控制系统依旧存在着一些缺点，如：一、无法实现在人体靠近的时候自动的调节LED灯的亮度；二、无法实现实时的检测能耗的计量；三、无法实现数据的交互。

实用新型内容

针对背景技术中提到的问题，本实用新型的目的是提供一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，以解决背景技术中提到的问题。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，包括电量计模块、LED调光驱动电源模块、触发传感模块、综合控制器模块和无线通信模块，所述LED 调光驱动电源模块、所述触发传感模块、所述综合控制器模块和所述无线通信模块都作为所述电量计模块的负载，所述电量计模块电性连接有所述 LED调光驱动电源模块和所述综合控制器模块，所述LED调光驱动电源模块上电性连接LED灯具和DC电流，所述综合控制器模块上电性连接有所述触发传感模块和所述无线通信模块；

所述电量计模块采用的是电能计量芯片HLW8110，所述电能计量芯片 HLW8110上电性连接有采样电阻，所述采样电阻上电性连接有AC-DC模块；

所述LED调光驱动电源模块采用的是PT4212芯片，所述LED调光驱动电源模块中电性连接有桥式整流电路；

所述AC-DC模块采用了RPDZN12V300模块，所述RPDZN12V300模块上电性连接有LM1117低压差电压调节器；

所述综合控制器模块采用的是处理器STM8S207K8芯片；

所述LED调光驱动电源模块采用的是双运放芯片LM358芯片；

所述触发传感模块采用的是N沟道的MOSFET电路，所述MOSFET电路的G极电性连接有外部触发信号；

所述无线通信模块采用的是nRF24L01芯片，所述nRF24L01芯片的上通过电感L3和电容C5电性连接有天线，所述nRF24L01芯片电性连接有晶振芯片X1。

通过采用上述技术方案，触发传感模块可以是专用于检测人体的红外热释电传感装置，也可以是检测人体和物体通用的微波传感装置，无线通信模块除了本实用新型介绍的低成本射频组网方案以外，也可以是常见的蓝牙、ZigBee、2G/4G/5G LTE和NB_IoT等无线组网技术方案，AC-DC模块不做独立设计，而是和综合控制器模块中的AC-DC及LM1117低压差电压调节器共用，这样就能把电量计模块的能耗也监测在内。负载模块即是LED 调光驱动电源模块、触发传感模块、综合控制器模块、无线通信模块和LED 灯具的模块部件总和。通过这颗高精度单相电能计量芯片，可以实时测量出本实用新型电源瞬时的有功功率、视在功率、电压及电流有效值和用电量，且在1000:1至5000:1的动态范围内，各类参数的测量误差都能达到小于0.1％的精度。同时，该芯片提供一路UART通信接口，可以很方便的与综合控制器模块中的处理器芯片进行数据通信。PT4212是一款具有高功率因数的AC/DC非隔离降压型恒流LED驱动控制器芯片，可支持PWM/0～10V 调光功能。专门应用于LED照明、RGBLED背光驱动等场合。该款芯片还集成一系列的保护功能，如欠压/过压保护，输入欠压保护，逐周期限流保护，电感短路保护，LED灯具输出开路和短路保护，过温保护等，可以避免系统发生故障后损坏。AC-DC模块采用了RPDZN12V300模块，该模块将220V交流电压直接转换成12V直流电压。该12V直流电压再经LM1117低压差电压调节器转换成为3.3V直流电压。这两组直流电源可以为本实用新型电源的各部分电路提供相应的工作电压。双运放芯片LM358构建了一个低通滤波器，可以非常有效的将0～100％的PWM信号转换成对应的0～10V电压信号。无论是PWM信号还是0～10V电压信号，都可以用来控制本实用新型的LED 调光驱动电源模块，使调光驱动电源将输出给LED灯具的驱动电流在0～100％的数值范围内变化。nRF24L01芯片与综合控制器模块中的处理器芯片通过 SPI总线进行数据通信，节省了处理器芯片的一组UART接口，使处理器芯片的各接口资源得到了充分的利用。采用的触发传感模块，由于考虑到内置和外置两种安装方式，所以没有和本实用新型电源采用统一在一块电路板上的设计方式，而是采用了独立电路板的设计方式。电源为触发传感模块提供了电路接口，两者之间采用电缆相连。并且触发传感模块也采用了最常见的人体红外热释电和微波传感模块电路设计方案。其中，红外热释电方案采用了森霸NS312模块，内置数字处理电路，可以直接输出检测触发信号，微波方案采用高频微波三极管FC1405与射频PCB布板技巧相结合的方案。上述两种传感电路，人体红外热释电传感只针对人体接近的检测，微波传感可以兼容人体和物体接近的检测。

较佳的，所述电量计模块上电性连接有负载模块，所述负载模块电性连接在所述采样电阻的一侧，所述电能计量芯片HLW8110的一侧电性连接有五组电阻。

通过采用上述技术方案，通过负载模块可以使得采样电阻在使用的时候能够稳定的进行运行，并且五组电阻可以有效的保护电能计量芯片 HLW8110的运行。

较佳的，所述桥式整流电路的一侧电性连接有并联的电感L1和电阻R1 以及电感L2和电阻R2。

通过采用上述技术方案，通过并联的电感L1和电阻R1以及电感L2和电阻R2可以形成一个缓冲电路。

较佳的，所述RPDZN12V300模块和所述LM1117低压差电压调节器之间电性连接有电容C1和电解电容CD1，所述LM1117低压差电压调节器的另一侧电性连接有电解电容CD2和电容C2。

通过采用上述技术方案，通过电容C1、电解电容CD1、电容CD2和电容C2可以有效的保护电路，防止电路电路在运行的时候被损坏。

较佳的，所述处理器STM8S207K8芯片上电性连接有复位电路、运行指示电路、UART接口和SWIM仿真烧录接口。

通过采用上述技术方案，通过复位电路可以实现对处理器STM8S207K8 芯片进行复位重启，运行指示电路可以显示处理器STM8S207K8芯片的运行状态，UART接口和SWIM仿真烧录接口可以连接外置的设备和录入程序。

较佳的，所述双运放芯片LM358的一脚通电阻R7和电阻R6电性接保护端，所述双运放芯片LM358另一脚通过电阻R5和电阻R4电性连接PWM 信号。

通过采用上述技术方案，通过接入保护端可以有效的对双运放芯片LM358进行保护，并且接入PWM信号能够对信号进行放大处理。

较佳的，所述N沟道的MOSFET电路的S极电性连接保护端，所述N沟道的MOSFET电路的D电性连接有电阻R10。

通过采用上述技术方案，通过D极的电路接口将触发传感模块输入的高电平触发信号转变为适用于单片机中断的低电平，且S极同时也有效隔离了不同触发传感模块输出的不同触发高电平，以免损坏处理器芯片。

较佳的，所述nRF24L01芯片内置有频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器。

通过采用上述技术方案，通过上述的结构可以使得nRF24L01芯片能够稳定的实现数据的传输。

综上所述，本实用新型主要具有以下有益效果：

本市实用新型通过调光驱动电源待机时提供给LED灯具为节能设定的低功耗驱动电流，当触发传感模块接收到有人体或物体靠近时，会给综合控制器一个触发信号，综合控制器根据设定的参数控制调光驱动电源将输出给LED灯具的驱动电流瞬时或逐步提高到高亮照明所需的电流状态，等人体或物体远离后，综合控制器控制调光驱动电源将输出给LED灯具的驱动电流瞬时或逐步降低到低功耗电流状态，电量计模块实时监测该调光驱动电源瞬时和累加电能消耗数值，通信模块用于各调光驱动电源组网后相互间的数据交互，以及每个调光驱动电源和后台服务器之间的数据交互。

附图说明

图1是本实用新型的系统电路结构示意图；

图2是本实用新型的电量计模块的电路图；

图3是本实用新型的LED调光驱动电源模块电路图；

图4是本实用新型的AC-DC模块电路图；

图5是本实用新型的处理器STM8S207K8芯片电路图；

图6是本实用新型的双运放芯片LM358电路图；

图7是本实用新型的N沟道的MOSFET电路图；

图8是本实用新型的nRF24L01芯片电路图。

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

参考图1-8，一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，包括电量计模块、LED调光驱动电源模块、触发传感模块、综合控制器模块和无线通信模块，所述LED调光驱动电源模块、所述触发传感模块、所述综合控制器模块和所述无线通信模块都作为所述电量计模块的负载，所述电量计模块电性连接有所述LED调光驱动电源模块和所述综合控制器模块，所述LED调光驱动电源模块上电性连接LED灯具和DC电流，所述综合控制器模块上电性连接有所述触发传感模块和所述无线通信模块；

所述电量计模块采用的是电能计量芯片HLW8110，所述电能计量芯片 HLW8110上电性连接有采样电阻，所述采样电阻上电性连接有AC-DC模块；

所述LED调光驱动电源模块采用的是PT4212芯片，所述LED调光驱动电源模块中电性连接有桥式整流电路；

所述AC-DC模块采用了RPDZN12V300模块，所述RPDZN12V300模块上电性连接有LM1117低压差电压调节器；

所述综合控制器模块采用的是处理器STM8S207K8芯片；

所述LED调光驱动电源模块采用的是双运放芯片LM358芯片；

所述触发传感模块采用的是N沟道的MOSFET电路，所述MOSFET电路的G极电性连接有外部触发信号；

所述无线通信模块采用的是nRF24L01芯片，所述nRF24L01芯片的上通过电感L3和电容C5电性连接有天线，所述nRF24L01芯片电性连接有晶振芯片X1。

通过采用上述技术方案，触发传感模块可以是专用于检测人体的红外热释电传感装置，也可以是检测人体和物体通用的微波传感装置，无线通信模块除了本实用新型介绍的低成本射频组网方案以外，也可以是常见的蓝牙、ZigBee、2G/4G/5G LTE和NB_IoT等无线组网技术方案，AC-DC模块不做独立设计，而是和综合控制器模块中的AC-DC及LM1117低压差电压调节器共用，这样就能把电量计模块的能耗也监测在内。负载模块即是LED 调光驱动电源模块、触发传感模块、综合控制器模块、无线通信模块和LED 灯具的模块部件总和。通过这颗高精度单相电能计量芯片，可以实时测量出本实用新型电源瞬时的有功功率、视在功率、电压及电流有效值和用电量，且在1000:1至5000:1的动态范围内，各类参数的测量误差都能达到小于0.1％的精度。同时，该芯片提供一路UART通信接口，可以很方便的与综合控制器模块中的处理器芯片进行数据通信。PT4212是一款具有高功率因数的AC/DC非隔离降压型恒流LED驱动控制器芯片，可支持PWM/0～10V 调光功能。专门应用于LED照明、RGBLED背光驱动等场合。该款芯片还集成一系列的保护功能，如欠压/过压保护，输入欠压保护，逐周期限流保护，电感短路保护，LED灯具输出开路和短路保护，过温保护等，可以避免系统发生故障后损坏。AC-DC模块采用了RPDZN12V300模块，该模块将220V交流电压直接转换成12V直流电压。该12V直流电压再经LM1117低压差电压调节器转换成为3.3V直流电压。这两组直流电源可以为本实用新型电源的各部分电路提供相应的工作电压。双运放芯片LM358构建了一个低通滤波器，可以非常有效的将0～100％的PWM信号转换成对应的0～10V电压信号。无论是PWM信号还是0～10V电压信号，都可以用来控制本实用新型的LED 调光驱动电源模块，使调光驱动电源将输出给LED灯具的驱动电流在0～100％的数值范围内变化。nRF24L01芯片与综合控制器模块中的处理器芯片通过 SPI总线进行数据通信，节省了处理器芯片的一组UART接口，使处理器芯片的各接口资源得到了充分的利用。采用的触发传感模块，由于考虑到内置和外置两种安装方式，所以没有和本实用新型电源采用统一在一块电路板上的设计方式，而是采用了独立电路板的设计方式。电源为触发传感模块提供了电路接口，两者之间采用电缆相连。并且触发传感模块也采用了最常见的人体红外热释电和微波传感模块电路设计方案。其中，红外热释电方案采用了森霸NS312模块，内置数字处理电路，可以直接输出检测触发信号，微波方案采用高频微波三极管FC1405与射频PCB布板技巧相结合的方案。上述两种传感电路，人体红外热释电传感只针对人体接近的检测，微波传感可以兼容人体和物体接近的检测。

参考图2，为了实现对消耗的电能进行计量的目的；所述电量计模块上电性连接有负载模块，所述负载模块电性连接在所述采样电阻的一侧，所述电能计量芯片HLW8110的一侧电性连接有五组电阻，效果为，通过负载模块可以使得采样电阻在使用的时候能够稳定的进行运行，并且五组电阻可以有效的保护电能计量芯片HLW8110的运行。

参考图3，为了实现对交流电压起到缓冲的目的；所述桥式整流电路的一侧电性连接有并联的电感L1和电阻R1以及电感L2和电阻R2，效果为，通过并联的电感L1和电阻R1以及电感L2和电阻R2可以形成一个缓冲电路。

参考图4，为了实现对电路进行保护的目的；所述RPDZN12V300模块和所述LM1117低压差电压调节器之间电性连接有电容C1和电解电容CD1，所述LM1117低压差电压调节器的另一侧电性连接有电解电容CD2和电容C2，效果为，通过电容C1、电解电容CD1、电容CD2和电容C2可以有效的保护电路，防止电路电路在运行的时候被损坏。

参考图5，为了使得处理器STM8S207K8芯片的工作更加的多样便于操作的目的；所述处理器STM8S207K8芯片上电性连接有复位电路、运行指示电路、UART接口和SWIM仿真烧录接口，效果为，通过复位电路可以实现对处理器STM8S207K8芯片进行复位重启，运行指示电路可以显示处理器 STM8S207K8芯片的运行状态，UART接口和SWIM仿真烧录接口可以连接外置的设备和录入程序。

参考图6，为了实现对信号进行放大处理的目的；所述双运放芯片LM358 的一脚通电阻R7和电阻R6电性接保护端，所述双运放芯片LM358另一脚通过电阻R5和电阻R4电性连接PWM信号，效果为，通过接入保护端可以有效的对双运放芯片LM358进行保护，并且接入PWM信号能够对信号进行放大处理。

参考图7，为了实现电平进行转化的目的；所述N沟道的MOSFET电路的S极电性连接保护端，所述N沟道的MOSFET电路的D电性连接有电阻R10，效果为，通过D极的电路接口将触发传感模块输入的高电平触发信号转变为适用于单片机中断的低电平，且S极同时也有效隔离了不同触发传感模块输出的不同触发高电平，以免损坏处理器芯片。

参考图8，为了使得nRF24L01芯片能够稳定的实现数据的传输的目的；所述nRF24L01芯片内置有频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器，效果为，通过上述的结构可以使得nRF24L01芯片能够稳定的实现数据的传输。

使用原理及优点：

触发传感模块可以是专用于检测人体的红外热释电传感装置，也可以是检测人体和物体通用的微波传感装置，无线通信模块除了本实用新型介绍的低成本射频组网方案以外，也可以是常见的蓝牙、ZigBee、2G/4G/5G LTE 和NB_IoT等无线组网技术方案，AC-DC模块不做独立设计，而是和综合控制器模块中的AC-DC及LM1117低压差电压调节器共用，这样就能把电量计模块的能耗也监测在内。负载模块即是LED调光驱动电源模块、触发传感模块、综合控制器模块、无线通信模块和LED灯具的模块部件总和。通过这颗高精度单相电能计量芯片，可以实时测量出本实用新型电源瞬时的有功功率、视在功率、电压及电流有效值和用电量，且在1000:1至5000:1 的动态范围内，各类参数的测量误差都能达到小于0.1％的精度。同时，该芯片提供一路UART通信接口，可以很方便的与综合控制器模块中的处理器芯片进行数据通信。PT4212是一款具有高功率因数的AC/DC非隔离降压型恒流LED驱动控制器芯片，可支持PWM/0～10V调光功能。专门应用于LED 照明、RGB LED背光驱动等场合。该款芯片还集成一系列的保护功能，如欠压/过压保护，输入欠压保护，逐周期限流保护，电感短路保护，LED灯具输出开路和短路保护，过温保护等，可以避免系统发生故障后损坏。AC-DC模块采用了RPDZN12V300模块，该模块将220V交流电压直接转换成12V直流电压。该12V直流电压再经LM1117低压差电压调节器转换成为3.3V直流电压。这两组直流电源可以为本实用新型电源的各部分电路提供相应的工作电压。双运放芯片LM358构建了一个低通滤波器，可以非常有效的将 0～100％的PWM信号转换成对应的0～10V电压信号。无论是PWM信号还是0～10V 电压信号，都可以用来控制本实用新型的LED调光驱动电源模块，使调光驱动电源将输出给LED灯具的驱动电流在0～100％的数值范围内变化。 nRF24L01芯片与综合控制器模块中的处理器芯片通过SPI总线进行数据通信，节省了处理器芯片的一组UART接口，使处理器芯片的各接口资源得到了充分的利用。采用的触发传感模块，由于考虑到内置和外置两种安装方式，所以没有和本实用新型电源采用统一在一块电路板上的设计方式，而是采用了独立电路板的设计方式。电源为触发传感模块提供了电路接口，两者之间采用电缆相连。并且触发传感模块也采用了最常见的人体红外热释电和微波传感模块电路设计方案。其中，红外热释电方案采用了森霸 NS312模块，内置数字处理电路，可以直接输出检测触发信号，微波方案采用高频微波三极管FC1405与射频PCB布板技巧相结合的方案。上述两种传感电路，人体红外热释电传感只针对人体接近的检测，微波传感可以兼容人体和物体接近的检测。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，包括电量计模块、LED调光驱动电源模块、触发传感模块、综合控制器模块和无线通信模块，其特征在于：所述LED调光驱动电源模块、所述触发传感模块、所述综合控制器模块和所述无线通信模块都作为所述电量计模块的负载，所述电量计模块电性连接有所述LED调光驱动电源模块和所述综合控制器模块，所述LED调光驱动电源模块上电性连接LED灯具和DC电流，所述综合控制器模块上电性连接有所述触发传感模块和所述无线通信模块；

所述电量计模块采用的是电能计量芯片HLW8110，所述电能计量芯片HLW8110上电性连接有采样电阻，所述采样电阻上电性连接有AC-DC模块；

所述LED调光驱动电源模块采用的是PT4212芯片，所述LED调光驱动电源模块中电性连接有桥式整流电路；

所述AC-DC模块采用了RPDZN12V300模块，所述RPDZN12V300模块上电性连接有LM1117低压差电压调节器；

所述综合控制器模块采用的是处理器STM8S207K8芯片；

所述LED调光驱动电源模块采用的是双运放芯片LM358芯片；

所述触发传感模块采用的是N沟道的MOSFET电路，所述MOSFET电路的G极电性连接有外部触发信号；

所述无线通信模块采用的是nRF24L01芯片，所述nRF24L01芯片的上通过电感L3和电容C5电性连接有天线，所述nRF24L01芯片电性连接有晶振芯片X1。

2.根据权利要求1所述的一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，其特征在于：所述电量计模块上电性连接有负载模块，所述负载模块电性连接在所述采样电阻的一侧，所述电能计量芯片HLW8110的一侧电性连接有五组电阻。

3.根据权利要求1所述的一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，其特征在于：所述桥式整流电路的一侧电性连接有并联的电感L1和电阻R1以及电感L2和电阻R2。

4.根据权利要求1所述的一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，其特征在于：所述RPDZN12V300模块和所述LM1117低压差电压调节器之间电性连接有电容C1和电解电容CD1，所述LM1117低压差电压调节器的另一侧电性连接有电解电容CD2和电容C2。

5.根据权利要求1所述的一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，其特征在于：所述处理器STM8S207K8芯片上电性连接有复位电路、运行指示电路、UART接口和SWIM仿真烧录接口。

6.根据权利要求1所述的一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，其特征在于：所述双运放芯片LM358的一脚通电阻R7和电阻R6电性接保护端，所述双运放芯片LM358另一脚通过电阻R5和电阻R4电性连接PWM信号。

7.根据权利要求1所述的一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，其特征在于：所述N沟道的MOSFET电路的S极电性连接保护端，所述N沟道的MOSFET电路的D极电性连接有电阻R10。

8.根据权利要求1所述的一种低成本射频组网的能耗监测调光电源，其特征在于：所述nRF24L01芯片内置有频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器。

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