LED的智能控制装置及智能LED灯具

1.一种LED的智能控制装置，其特征在于，包括：
热释电红外传感器，用于检测来自人体或车辆发出的红外辐射；以及
单片机，根据热释红外传感器提供的数据，判断车流以及人流量大小后，发出调整LED灯具亮度的调光控制信号，单片机根据模数转换器提供的数字信号，计算LED灯具的工作电压、电流、功率、频率；以及
恒流调光驱动电源，根据单片机发出的开关信号接通开关电源，以向LED提供恒定的工作电流；以及
电流采样模块，采集恒流调光驱动电源的输入电流；以及
电压采样模块，采集恒流调光驱动电源的输入电压；以及
模数转换器，将电流采样模块和电压采样模块提供的模拟信号转换为数字信号输出；
以及
调光控制器，根据单片机提供的调光控制信号，将调光控制信号输出到恒流调光驱动电源的调光接口；以及
铁电存储器，用于保存LED灯具累计运行时间数据以及灯具的电压、电流、功率、故障信息；以及
温湿度传感器，用于采集LED灯具所处环境的温度和湿度，单片机根据温度、湿度、的数据智能的判断决定是否启动LED照明；以及
空气质量传感器，用于检测空气中有害气体的浓度，并将检测结果输出到单片机；以及嵌入式电力线载波模块，用于向电力线发送数据以及接收来自于电力线的载波数据；
以及
驱动开关，将单片机发出到恒流调光驱动电源的开关信号进行放大，以使恒流调光驱动电源能够接通开关电源；以及
通信装置，将单片机发出的信号发送到远程控制中心，该通信装置包括RSM485CHT通信模块，以及ZigBee通讯模块。
2.根据权利要求1所述的LED的智能控制装置，其特征在于：所述调光控制器包括数模转换器，将单片机输出的调光控制信号转换为模拟信号；以及
运算放大器，将数模转换器输出的电信号进行放大后，输出到恒流调光驱动电源的调光接口。
3.根据权利要求1所述的LED的智能控制装置，其特征在于：还包括复位芯片，该复位芯片与单片机连接。
4.一种智能LED灯具，包括权利要求1—3任意一项所述的LED智能控制装置，其特征在于：还包括LED灯组，LED灯组连接于恒流调光驱动电源的输出端。

LED的智能控制装置及智能LED灯具\n技术领域\n[0001] 本发明涉及LED照明技术领域，特别涉及一种LED的智能控制装置及智能LED灯具。\n背景技术\n[0002] LED作为新一代的光源，具有许多优良性能，因其原理为PN结的电子跃迁与空穴复合的能量而发光，故为固态光源，加上高效稳定的荧光粉技术，LED光源具有发光效率高、耗电量少、寿命长、光色纯、稳定性高、安全性强、环保、抗震动等诸多传统光源无法比拟的优越性，是一种绿色环保的照明技术，在我国和全球节能减排的背景下，LED照明的来临已经近在咫尺。\n[0003] 目前，LED功能性照明灯具都采用大功率的灯珠，而且大多数LED灯具仅仅是实现了单纯的照明的效果，未对LED灯具实现智能化的管理，不管道路照明是否需要多少的光强，都统一的按照一个亮度发光。而且管理者根本不能实时知道某LED灯具的运行状况，完全要靠人去灯具使用现场，才能知道灯具的运行情况。在通讯技术如此发达的今天，智能化的LED灯具显得如此的迫切需要。\n发明内容\n[0004] 针对上述技术问题，本发明提出了一种LED的智能控制装置及智能LED灯具，本发明根据LED所处环境对LED的亮度进行调整，根据LED的运行参数进行监测，使管理者能了解到任意一盏LED灯具的运行状况以及对任意一盏LED灯具进行远程操控。\n[0005] 实现上述目的的技术方案如下：\n[0006] 一种LED的智能控制装置，包括：\n[0007] 热释电红外传感器，用于检测来自人体或车辆发出的红外辐射；以及[0008] 单片机，根据热释红外传感器提供的数据，判断车流以及人流量大小后，发出调整LED灯具亮度的调光控制信号，单片机根据模数转换器提供的数字信号，计算LED灯具的工作电压、电流、功率、频率；以及\n[0009] 恒流调光驱动电源，根据单片机发出的开关信号接通开关电源，以向LED提供恒定的工作电流；以及\n[0010] 电流采样模块，采集恒流调光驱动电源的输入电流；以及\n[0011] 电压采样模块，采集恒流调光驱动电源的输入电压；以及\n[0012] 模数转换器，将电流采样模块和电压采样模块提供的模拟信号转换为数字信号输出；以及\n[0013] 调光控制器，根据单片机提供的调光控制信号，将调光控制信号输出到恒流调光驱动电源的调光接口。\n[0014] 另外，本发明还提出一种受LED的智能控制装置控制的智能LED灯具，具体方案如下：\n[0015] 一种智能LED灯具，包括LED灯组，LED灯组连接于恒流调光驱动电源的输出端。\n[0016] 采用了上述方案，本发明以单片机以核心控制部件，配以温湿度传感器、空气质量传感器和热释电红外传感器，因此，单片机能够实时采样并计算LED灯具的电压、电流、功率、频率，判断智能LED灯具是否工作正常并记录异常信息到铁电存储器中，并通过LED指示灯闪烁提示灯具异常。单片机能实时采样温度、湿度、一氧化碳、氢气、氨气、甲烷、硫化氢浓度，在浓度严重超标的情况下可以直接关闭灯具照明，同时也提供给主站控制系统作为高端控制的依据；单片机实时采样热释红外传感器数据，判断车流、人流量大小，智能的控制灯具亮度，在车流、人流大的情况下调高智能LED灯具亮度，相反在车流、人流小的情况下调低智能LED灯具的亮度，从而合理的管理灯具亮度，达到按需输出照度的理想照明效果。另外，单片机可以根据温度、湿度、氢气等数据智能的判断决定是启动LED照明，比如温度超出了灯具的工作范围、氢气等有害其他超出了设定值则可以直接关闭灯具照明。\n[0017] 综上所述，本发明的控制装置根据LED所处环境对LED的亮度进行调整，根据LED的运行参数进行监测，使管理者能了解到任意一盏LED灯具的运行状况以及对任意一盏LED灯具进行远程操控。\n附图说明\n[0018] 图1为本发明的电路原理图；\n[0019] 图2为恒流调光驱动电源输出电流与调光控制电压的曲线图；\n具体实施方式\n[0020] 参照图1，本发明的LED的智能控制装置，开关电源P2、恒流调光驱动电源P1、温湿度传感器SH1、空气质量传感器QS1、复位芯片U1、铁电存储器U2、驱动开关、调光控制器、电流采样模块、电压采样模块、模数转换器U7、通信装置、嵌入式电力线载波模块U9、热释电红外传感器U11以及单片机U3组成，下面分别对每部分进行详细说明：\n[0021] 开关电源P2是一款高性能的AC-DC微型开关电源，开关电源P2输出的电压经过钽质电解电容C6和钽质电解电容C7滤波后，提供质量更高的直流电压，为单片机U3及其外围电路提供5V的直流工作电压，以及为驱动开关、嵌入式电力线载波模块U9、通信装置等提供12V的直流工作电压，该电压的输出与LED调光电源无关，完全独立。\n[0022] 恒流调光驱动电源P1是LED灯组的恒流调光驱动电源，输入线是三芯电缆，L(火线)、N(零线)、FG(保护地)，输入电压范围AC90～305V，频率47～63Hz，其中L(火线)受驱动开关的继电器RJ1开关控制，接到常开触点，能够实现电源的开关。恒流调光驱动电源P1输出多路直流恒流，每组的正端LED+连接到LED灯组光源的正极，负端LED-连接到LED灯组的负极，各个LED灯组由28颗大功率灯珠串联而成。这个多路输出的恒流调光驱动电源P1都是标称输出350mA，受调光电压(DC 1～10V)控制，恒流调光驱动电源P1具有一调光接口DIM+，该调光接口DIM+是两芯电缆线，输入电压范围是DC 0～10V，0～1V对应控制输出最小电流的10％，7.5V～10V对应控制最大输出电流。\n[0023] 温湿度传感器SH1用于采集LED灯具所处环境的温度和湿度，单片机根据温度、湿度、的数据智能的判断决定是否启动LED照明。温湿度传感器SH1是数字式的温湿度传感器，单片机U3通过两根数据线就可以读取到数字的温湿度值。温湿度传感器SH1的测温范围是-40～+123.8℃，湿度的测量范围是0～100％RH，温湿度传感器SH1的引脚1接地，温湿度传感器SH1的引脚2是数据线，连接到单片机U3引脚20；温湿度传感器SH1的引脚\n3是时钟线，连接到单片机U3的引脚19。\n[0024] 空气质量传感器QS1用于检测空气中有害气体的浓度，并将检测结果输出到单片机，供单片机U3判断在浓度严重超标的情况下可以直接关闭灯具照明，同时也提供给主站控制系统作为高端控制的依据。空气质量传感器QS1是一种二氧化锡半导体气体传感器，对各种空气污染源(比如：VOC、氢气、硫化氢等)有很高的灵敏度，并且响应时间很快。空气质量传感器QS1的引脚1接5V电源，给空气质量传感器QS1提供工作电压；空气质量传感器QS1的引脚2接地，空气质量传感器QS1的引脚3脚通过电阻R20连接到地，并且连接到滤波电容C21的一端，电容C21的另一端接地，空气质量传感器QS1的引脚3还连接到单片机U3的引脚20。\n[0025] 复位芯片U1上电提供140ms的高电平，使得单片机U3可靠复位。复位芯片U1采用MAXIM公司的MAX813L，是单片机系统的外部硬件看门狗，防止异常情况下单片机死机，使单片机在强烈干扰下可以复位重新运行，相当于重新上电。复位芯片U1的引脚1与其引脚8相连接，可以监视单片机U3在1.6s内是否正常操作过看门狗芯片；复位芯片U1的引脚7与单片机U3的引脚31相连，使得硬件看门狗芯片能够控制单片机U3的复位。复位芯片U1的引脚6与单片机的引脚30连接，是看门狗芯片的握手连接端，接受单片机U3的控制，是与单片机连接的桥梁；复位芯片U1的引脚3是该芯片的接地端，必须接地，不能悬空；\n复位芯片U1的引脚2是5V电源端，有监视5V电压功能，当低于4.4V时，复位单片机。\n[0026] 铁电存储器U2用于保存LED灯具累计运行时间数据以及灯具的电压、电流、功率、故障信息。铁电存储器U2采用FM24C512型芯片，用于保存LED灯具累计运行时间数据以及灯具的电压、电流、功率、故障信息等灯具历史书。铁电存储器U2与单片机U3通过I2C接口，铁电存储器U2的引脚1、2、3接地，决定了存储器芯片的物理地址为A0，铁电存储器U2的引脚4是芯片接地脚；铁电存储器U2的引脚5数据线通过上拉电阻R2上拉后连接到单片机的引24，铁电存储器U2的引脚6的时钟线通过上拉电阻R5上拉后连接到单片机的引脚23，铁电存储器U2的引脚5、6是单片机与该存储器的数据接口端，遵守I2C通讯协议，单片机U3可以读写存储器的数据。铁电存储器U2的引脚7与单片机的引脚22连接，是存储器保护端，该脚为低电平才可以写入数据，高电平时，不允许写入数据，单片机在写数据完毕应该置高，可以有效防止干扰误写数据；铁电存储器U2的引脚8是铁电存储器的5V电源端。\n[0027] 驱动开关将单片机U3发出到恒流调光驱动电源P1的开关信号进行放大，以使恒流调光驱动电源能够接通开关电源P2。驱动开关由三极管T1和继电器RJ1组成，三极管T1是PNP三极管S8550，发射集接继电器RJ1的线圈一端，集电极接地，基极接电阻R1，电阻R1另一端接单片机U3的引脚21，完成了驱动电源的开关驱动功能，单片机U3输出低电平可以控制恒流调光驱动电源P1工作，输出高电平可以停止恒流调光驱动电源P1工作。\n[0028] 调光控制器根据单片机U3提供的调光控制信号，将调光控制信号输出到恒流调光驱动电源P1的调光接口。调光控制器包括数模转换器U4，将单片机输出的调光控制信号转换为模拟信号；以及运算放大器U6，将数模转换器输出的电信号进行放大后，输出到恒流调光驱动电源的调光接口。数模转换器U4是MAXIM公司的MAX541芯片，为高性能十六位分辨率的DA，实现数字量到模拟量的转换，数模转换器U4的引脚1是模拟电压输出口，输出电压范围是0～VREF；数模转换器U4的引脚2是模拟输出电压的接地端；数模转换器U4的引脚3是参考电压VREF，输入范围是DC2～3V，该引脚3接到LT1009高精度的2.5V基准输出端，其作用是为数模转换器U4的输出电压提供参考电压基准。数模转换器U4的引脚4是片选端，与单片机U3的第6脚连接，低电平有效使能SPI接受数据，高电平不接收SPI数据。数模转换器U4的引脚5是SPI总线的时钟线，与单片机U3的引脚7连接。数模转换器U4的引脚6是SPI数据线，与单片机U3的引脚8连接。数模转换器U4的引脚8是电源输入脚，连接到5V工作电压。\n[0029] 运算放大器U6是TLC2274型运算放大器，是TI公司的轨到轨低漂移放大器，能够输出满幅度的电压，正反馈端连接电阻R7，电阻R7另一端连接数模转换器U4的引脚1。运算放大器U6负反馈端接电阻R6，电阻R6的另一端接地，同时负反馈端接电阻R8，电阻R8另一端接运放的输出，组成正反馈放大电路，放大倍数G＝1+R8/R6，可以将DA输出的电压\n0～2.5V，放大到0～10V的范围，通过电阻R11限流后控制驱动电源的调光接口DIM+。\n[0030] 电流采样模块采集恒流调光驱动电源的输入电流。电流采样模块由采样电阻R19、变压器CT1、电阻R13、电阻R16、电阻R17、二极管D14、二极管D15、电容C13、电容C14、电容C20组成。\n[0031] 电压采样模块采集恒流调光驱动电源的输入电压。电压采样模块由采样电阻R19、变压器PT1、电阻R12、电阻R14、电阻R15、二极管D12、二极管D13、电容C11、电容C12、电容C16组成。\n[0032] 模数转换器U7，将电流采样模块和电压采样模块提供的模拟信号转换为数字信号输出到单片机，供单片机对电压、电流、功率、频率进行分析判断。模数转换器U7为CS5463型芯片，内含两个Δ∑模-数转换器ADC、高速电能计算功能和一个串行接口的高集成Δ∑模-转转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、无功功率、IRMS和VRMS，是可用于单相2线或3线电表。模数转换器U7具有与微控制器通讯的双向串口，可以非常方便与单片机连接。模数转换器U7的引脚1与晶振Y2的引脚1连接，模数转换器U7的引脚24与晶振Y2的2脚连接，晶振Y2作为模数转换器U7的时钟来源。模数转换器U7的引脚2悬空，模数转换器U7的引脚3是电源输入端，与滤波电容C18连接，并通过电阻R18连接到5V电源，电容C18的另一端接地。模数转换器U7的引脚4是数字接地端，连接到地。\n模数转换器U7的引脚5是与单片机U3进行SPI通讯时钟线，连接到单片机U3的引脚15，模数转换器U7的引脚6是数据输出口，连接到单片机U3的引脚14，模数转换器U7的引脚\n7脚是片选端，连接到单片机U3的引脚10，低电平有效，在低电平下，可以操作模数转换器U7，高电平则操作无效。模数转换器U7的引脚23是数据输入口，连接到单片机U3的引脚\n11。模数转换器U7的引脚19是复位端，该脚输入为低电平是复位模数转换器U7，使其重新开始工作，该引脚19连接到单片机U3的引脚9，受单片机U3的控制。模数转换器U7的引脚9、引脚10是电压信号通道的输入端，接收来自于电压采样模块的电压信号，最大输入±250mV。模数转换器U7的引脚15、引脚16是电流信号通道的输入端，接收来自于电流采样模块的电流信号，最大输入±250mA。模数转换器U7的引脚11是参考输出电压+2.5V，模数转换器U7的引脚12为参考输入电压+2.5V，引脚11与引脚12连接，并连接到滤波电容C19的一端，电容C19的另一端接地。模数转换器U7的引脚13是模拟地，连接到地。模数转换器U7的引脚14是模拟电源输入端，连接到5V电源，并与滤波电容C15正极相连且和电容C17的一端相连，电容C15的负极与电容C17的另一端相连到地。模数转换器U7的引脚17连接到5V电源。\n[0033] 嵌入式电力线载波模块U9用于向电力线发送数据以及接收来自于电力线的载波数据。嵌入式电力线载波模块U9是BMP20型嵌入式电力线载波模块，具有TTL电平串行接口，提供半双工通信功能，可以在220V/110V，50/60Hz电力线上实现局域网通信，并且电力线载波模块提供透明的数据传输通道，可以非常方便的实现局域网组网。电力线载波模块U9的引脚1脚接12V工作电压，电力线载波模块U9的引脚2接地，电力线载波模块U9的引脚3、4、5悬空，电力线载波模块U9的引脚6连接单片机U3的引脚1，是单片机向电力线发送数据的端口，电力线载波模块U9的引脚7是单片机接收电力线的载波数据，连接到高频开关二极管D16(1N60)的负极，高频开关二极管D16的正极通过电阻R21上拉后，连接到单片机U3的引脚32。\n[0034] 通信装置将单片机发出的信号发送到远程控制中心。通信装置包括ZigBee通讯模块U8，以及RSM485CHT通信模块。ZigBee通讯模块U8是2M2410型通讯模块，载波频率\n2.4GHz，内嵌串口透明传输通讯协议，支持空中升级固件或配置远程模块信息。ZigBee通讯模块U8的引脚1接5V工作电压，ZigBee通讯模块U8的引脚2接地，ZigBee通讯模块U8的引脚6接单片机U3的引脚1，是单片机向ZigBee模块发送数据的端口，ZigBee通讯模块U8的引脚7连接到高频开关二极管D18(1N60)的负极，高频开关二极管D18的正极接到单片机U3的引脚32，ZigBee通讯模块U8的其余管脚悬空。RSM485CHT通信模块U10集成了电源隔离、电气隔离、RS485接口芯片和总线保护器件，提供半双工通信功能，最高通信速率可达115200bps。RSM485CHT通信模块U10的引脚1接5V工作电压，RSM485CHT通信模块U10的引脚2接地，RSM485CHT通信模块U10的引脚3接单片机U3的引脚1，是单片机向\n485发送数据的端口，RSM485CHT通信模块U10的引脚4连接到高频开关二极管D17(1N60)的负极，高频开关二极管D17的正极接接到单片机U3的引脚32，RSM485CHT通信模块U10的引脚5连接单片机U3的引脚16，是485通讯模块的收发数据控制端，高电平接收数据，低电平发送数据。\n[0035] 热释电红外传感器U11用于检测来自人体或车辆发出的红外辐射。热释电红外传感器U11是一种敏感元件，它是由高热电系数材料，配以滤光镜片和阻抗匹配用场效应管组成，能以非接触方式检测出来自人体发出的红外辐射，将其转化为电信号输出。热释电红外传感器U11的引脚1接5V工作电压，热释电红外传感器U11的引脚2是信号输出端，连接单片机U3的引脚17，热释电红外传感器U11的引脚3接地。\n[0036] 单片机模块U3是本发明控制装置的核心部件。单片机U3实时采样并计算LED灯具的电压、电流、功率、频率，判断智能LED灯具是否工作正常并记录异常信息到铁电存储器中，并通过LED指示灯闪烁提示灯具异常；单片机实时采样温度、湿度、一氧化碳、氢气、氨气、甲烷、硫化氢浓度，在浓度严重超标的情况下可以直接关闭灯具照明，同时也提供给主站控制系统作为高端控制的依据；单片机实时采样热释红外传感器数据，判断车流、人流量大小，智能的控制灯具亮度，在车流、人流大的情况下调高智能LED灯具亮度，相反在车流、人流小的情况下调低智能LED灯具的亮度，从而合理的管理灯具亮度，达到按需输出照度的理想照明效果；单片机可以根据温度、湿度、氢气等数据智能的判断决定是启动LED照明，比如温度超出了灯具的工作范围、氢气等有害其他超出了设定值则可以直接关闭灯具照明。\n[0037] 晶体振荡器Y1的引脚1连接单片机U3的引脚3，并且对地并联起振电容C8，晶体振荡器Y1的引脚2接单片机的引脚4，并且对地并联起振电容C9，为单片机提供时钟基准。\n[0038] 故障指示D10是红光LED，故障指示D10如果闪烁指示LED灯具故障，故障指示D10的正极连接到电阻R3，电阻R3的另一端连接到5V电压，故障指示D10的负极连接到单片机U3的引脚25。\n[0039] 除上述的智能控制装置的实施方式与LED灯组进行结合，可形成智能LED灯具，只需将LED灯组连接在智能控制装置的恒流调光驱动电源的输出端即可。\n[0040] 参照图2，本发明的LED恒流调光驱动电源输出电流与调光控制电压的曲线图，调光电压范围是1V～7.5V，对应20％～100％的线性输出电流，低于1V电压，则输出20％的额定电流；大于7.5V输出100％的额定电流。