基于总线的照明控制系统

1.一种基于总线的照明控制系统，其特征在于它由主控器(M11)，多个传 感器，多个驱动器，连接这些模块的总线(M12)，以及电力线(M19)组成；每 个模块上都有一两芯的总线接口，通过两芯线连接；总线拓扑结构是直线状， 树状或者是两者的混合；主控器是由电源模块(M21)，通用单片机(M22)，总 线输入输出模块(M23)组成；电源模块(M21)连接交流220V电力线，电源模 块(M21)与通用单片机(M22)通过5V电源线连接；电源模块(M21)与总线输 入输出模块(M23)通过3V、5V、12V、30V电源线连接；通用单片机(M22)与 总线输入输出模块(M23)通过IN，OUT信号线连接；与总线输入输出模块(M23) 连接总线(N1)、(N2)；总线输入输出模块由第一比较器(U31)、第二比较器 (U32)、第三比较器(U33)，第一三极管(Q31)、第二三级管(Q32)、第三三 级管(Q33)、第四三级管(Q34)，第一电阻(R31)、第二电阻(R32)、第三电 阻(R33)，电容(C31)组成；输入信号线IN接入第一比较器(U31)的正输入 端和第二比较器(U32)的负输入端；3V接入第一比较器(U31)的负输入端和 第二比较器(U32)的正输入端；第一三极管(Q31)、第三三极管(Q33)的集 电极与30V连接；第一三极管(Q31)、第二三级管(Q32)基极相连并与第一比 较器(U31)输出端连接；第三三极管(Q33)、第四三极管(Q34)基极相连并 与第二比较器(U32)输出端连接；第二三极管(Q32)、第四三极管(Q34)的 集电极与第一电阻(R31)连接并接入第三比较器(U33)的正输入端；第一三 极管(Q31)、第二三级管(Q32)的射极连接并与总线(N1)相连；第三三极管 (Q33)、第四三极管(Q34)的射极连接并与总线(N2)相连；电容(C31)、第 二电阻(R32)并联，一端连接12V，一端连接第三比较器(U33)的负输入端； 第三电阻(R33)两端分别连接第三比较器(U33)的正、负输入端；第三比较 器(U33)的输出端与OUT信号线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于总线的照明控制系统，其特征在于所说的 传感器、驱动器模块由电源模块(M41)，总线输入输出模块(M42)，通用单片 机(M43)和通用输入输出模块(M44)组成；电源模块(M41)与总线(N1)，(N2) 连接；通过5V电源线与总线输入输出模块(M42)，通用单片机(M43)，通用输 入输出模块(M44)连接；总线输入输出模块(M42)，与总线(N1)，(N2)连接； 通过IN，OUT信号线与通用单片机(M43)连接；通用单片机(M43)与通用输入 输出模块(M44)通过IO线连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于总线的照明控制系统，其特征在于所 说的总线输入输出模块由桥堆(DB51)，第一三极管(Q51)、第二三级管(Q52)， 第一电阻(R51)、第二电阻(R52)、第三电阻(R53)、第四电阻(R54)组成； 桥堆(DB51)的两输入端连接总线(N1)，(N2)；桥堆(DB51)输出一端连接第 一三极管(Q51)的集电极，一端连接第二电阻(R52)；第二电阻(R52)的另 一端与第一三极管(Q51)射极连接；第一电阻(R51)与第一三极管(Q51)的 基极连接，另一端与OUT信号线连接；第三电阻(R53)两端分别连接5V与第二 三极管(Q52)的集电极；第四电阻(R54)的两端分别连接总线(N2)和第二 三极管(Q52)的基极；第二三极管(Q52)的射极接地，集电极界IN信号线。

                            技术领域\n本发明涉及一种照明控制，尤其涉及一种基于总线的照明控制系统。\n                            背景技术\n传统的照明控制不存在系统的概念，几路灯就要拉几路线，在线上安装开关 控制照明灯具的闭合。如果要达到双控或多控的效果，更需要额外安装线路。 布线要求高，且安装完毕后，不可更改。\n目前还有一些小型的照明控制系统，控制开关除了控制本地的灯具以外，还 能监视和控制他地的灯具，各控制开关间通过总线或无线方式连接。但此类系 统规模也不可扩展，控制功能单一且不可更改。同样安装完毕后，不可更改。\n此外，还有一些附属于楼宇自动化系统中的照明控制系统，采用专用的总线 技术，如LonWorks，EIB，CEBus等等。这类系统控制功能强大，灵活，但规模 庞大，安装调试复杂，必须由专业技术人员施工，而且价格昂贵，设定，运行 时需要通过计算机。\n                            发明内容\n本发明的目的是提供一种基于总线的照明控制系统。\n基于总线的照明控制系统是由主控器，多个传感器，多个驱动器，连接这些 模块的总线，以及电力线组成；每个模块上有一个两芯的总线接口，通过两芯 线连接，；总线拓扑结构是直线状，，树状或者是两者的混合。主控器是由电源 模块，通用单片机，总线输入输出模块组成；电源模块连接交流220V电力线， 电源模块与通用单片机通过5V电源线连接；电源模块与总线输入输出模块通过 3V、5V、12V、30V电源线连接；通用单片机与总线输入输出模块通过IN，OUT信 号线连接；与总线输入输出模块连接总线；总线输入输出模块由第一比较器、 第二比较器、第三比较器，第一三极管、第二三级管、第三三级管、第四三级 管，第一电阻、第二电阻、第三电阻，电容组成；输入信号线IN接入第一比较 器的正输入端和第二比较器的负输入端；3V接入第一比较器的负输入端和第二 比较器的正输入端；第一三极管、第三三极管的集电极与30V连接；第一三极管、 第二三级管基极相连并与第一比较器输出端连接；第三三极管、第四三极管基 极相连并与第二比较器输出端连接；第二三极管、第四三极管的集电极与第一 电阻连接并接入第三比较器的正输入端；第一三极管、第二三级管的射极连接 并与总线相连；第三三极管、第四三极管的射极连接并与总线相连；电容、第 二电阻并联，一端连接12V，一端连接第三比较器的负输入端；第三电阻两端分 别连接第三比较器的正、负输入端；第三比较器的输出端与OUT信号线连接。\n本发明是通过总线方式连接，传递的是低电压的信号，传感器，驱动器无需 再接入电源，从而降低了布线要求，便于安装和维护。驱动器可以安装在被控 灯具附近，从而减少动力线长度，降低安装成本。控制关系通过地址设定实现， 功能灵活。安装后能根据需要改动。地址通过红外手持编址器设定，易于使用。 本发明系统中包括一个主控器，若干传感器和驱动器，以及连接这些模块的总 线。通过地址设定控制关系，通过串行信号传递控制指令。\n                            附图说明\n图1是本发明的系统原理图。\n图2是本发明中主控器的框图。\n图3是本发明中主控器总线输入输出模块的电原理图。\n图4是本发明中传感器和驱动器的框图。\n图5是本发明中传感器和驱动器总线输入输出模块的电原理图。\n图6是适用本发明的一个房间示意图\n                          具体实施方式\n基于总线的照明控制方法的地址设定是通过红外手持编址器进行。\n基于总线的照明控制系统是由主控器M11，多个传感器(第一传传感器M13、 第二传传感M14、第三传传感M15)，多个驱动器(第一驱动器M16、第二驱动器M17、 第三驱动器M18)，连接这些模块的总线M12，以及电力线M19组成；每个模块上 都有一个两芯的总线接口，通过两芯线连接，；总线拓扑结构是直线状，树状或 者是两者的混合。\n所说的主控器是由电源模块M21，通用单片机M22，总线输入输出模块M23组 成；电源模块M21连接交流220V电力线，电源模块M21与通用单片机M22通过5V电 源线连接；电源模块M21与总线输入输出模块M23通过3V、5V、12V、30V电源线 连接；通用单片机M22与总线输入输出模块M23通过IN，OUT信号线连接；与总线 输入输出模块M23连接总线N1、N2。\n总线输入输出模块由第一比较器(U31)、第二比较器(U32)、第三比较器 (U33)，第一三极管(Q31)、第二三级管(Q32)、第三三级管(Q33)、第四三 级管(Q34)，第一电阻(R31)、第二电阻(R32)、第三电阻(R33)，电容(C31) 组成；输入信号线IN接入第一比较器(U31)的正输入端和第二比较器(U32) 的负输入端；3V接入第一比较器(U31)的负输入端和第二比较器(U32)的正 输入端；第一三极管(Q31)、第三三极管(Q33)的集电极与30V连接；第一三 极管(Q31)、第二三级管(Q32)基极相连并与第一比较器(U31)输出端连接； 第三三极管(Q33)、第四三极管(Q34)基极相连并与第二比较器(U32)输出 端连接；第二三极管(Q32)、第四三极管(Q34)的集电极与第一电阻(R31) 连接并接入第三比较器(U33)的正输入端；第一三极管(Q31)、第二三级管(Q32) 的射极连接并与总线(N1)相连；第三三极管(Q33)、第四三极管(Q34)的射 极连接并与总线(N2)相连；电容(C31)、第二电阻(R32)并联，一端连接12V， 一端连接第三比较器(U33)的负输入端；第三电阻(R33)两端分别连接第三 比较器(U33)的正、负输入端；第三比较器(U33)的输出端与OUT信号线连接。\n传感器、驱动器模块由电源模块M41，总线输入输出模块M42，通用单片机M43 和通用输入输出模块M44组成；电源模块M41与总线N1，N2连接；通过5V电源线 与总线输入输出模块M42，通用单片机M43，通用输入输出模块M44连接；总线输 入输出模块M42，与总线N1，N2连接；通过IN，OUT信号线与通用单片机M43连接； 通用单片机M43与通用输入输出模块M44通过IO线连接。\n传感器、驱动器的总线输入输出模块由桥堆(DB51)，第一三极管(Q51)、 第二三级管(Q52)，第一电阻(R51)、第二电阻(R52)、第三电阻(R53)、第 四电阻(R54)组成；桥堆(DB51)的两输入端连接总线(N1)，(N2)；桥堆(DB51) 输出一端连接第一三极管(Q51)的集电极，一端连接第二电阻(R52)；第二电 阻(R52)的另一端与第一三极管(Q51)射极连接；第一电阻(R51)与第一三 极管(Q51)的基极连接，另一端与OUT信号线连接；第三电阻(R53)两端分别 连接5V与第二三极管(Q52)的集电极；第四电阻(R54)的两端分别连接总线 (N2)和第二三极管(Q52)的基极；第二三极管(Q52)的射极接地，集电极 界IN信号线。\n本发明采用主从式结构，包括一个主控器，若干传感器和驱动器，以及连接 这些模块的总线。主控器接入220V交流电，通过变换向总线输出电力。传感器 和驱动器从总线上获取工作电力。传感器和驱动器通过设定地址建立控制关系。 地址通过红外手持编址器设定。控制信号通过总线串行传输，由电压和电流的 脉宽表示数据。\n工作流程是：传感器将接收到的动作转换成地址信号发给主控器，主控器产 生相应的控制信号并传递给具有相同地址的驱动器，驱动器驱动灯具并将状态 返回给主控器，主控器再将状态发给传感器显示状态。\n主控器负责将220V交流电变换成24V交流方波，并通过总线输出。控制信号 由方波的脉宽来表示，串行传输。主控器的核心是通用单片机，如MCS-51系列， PIC系列等。\n传感器与驱动器的发送的信号通过电流脉宽表示，同样串行传输。核心是通 用单片机，如MCS-51系列，PIC系列等。\n如图1所示，本发明包括主控器1，总线2，传感器3、4、5，驱动器6、7、8， 以及220V交流电源线9。\n主控器接入220V交流电，并将其变换成24V交流方波，并通过总线输出。方 波的脉宽表示数据。\n传感器是一个广义的叫法，它可以是按钮但不仅限于按钮，还可以是无线或 红外接收器，红外感应器等。\n驱动器也是广义的叫法，它可以是继电器形式的开关量驱动，也可以是可控 硅形式的开关量或调光驱动，也可以是荧光灯调光驱动。驱动的对象并不限于 灯具，也可以是小型电机。\n如图4所示，传感器和驱动器两者的区别在于通用输入输出模块的不同。\n传感器和驱动器将总线上的交流24V方波变换成直流5V工作电压，从而不再 需要另外接入电源，简化了安装。\n当传感器检测到了动作，如用户按动了按钮，或接收到了无线、红外信号， 则将本身的地址和动作编码成命令，通过发送电路(参见图5)，将命令变换成 电流信号发送到总线上，电流的脉宽表示数据。主控器接收到传感器发出的电 流信号，将其解码并重新编码成控制指令，通过方波信号发送到相应地址的执 行器。执行器接收到指令后，执行动作，驱动相应的用电器。然后将动作执行 完成后用电器的状态和地址编码成响应命令，同样通过发送电路(参见图5)， 将命令变换成电流信号发送到总线上，电流的脉宽表示数据。主控器接收到驱 动器发出的电流信号，再将其解码并重新编码成控制指令，通过方波信号发送 到相应地址的传感器，让传感器显示驱动器的状态。\n上述情况为最简单的一对一控制。另外，当一个驱动器和多个传感器设定为 同一个地址时，多个传感器均可控制这个驱动器，由此看到，双控和多控的实 现是非常简单的，不需要额外的布线。情况变化时改动也非常方便，只要将地 址变化就可以了。\n系统中还有特殊的组地址，它可以包含多个单独的地址。将一个组地址设定 到一个传感器上，并将多个单独地址包含其中，则可以实现一控多的控制。\n另外，地址中还可以包含延时信息，从而实现延时控制。\n如图2所示，主控器由M21电源模块，M22通用单片机，M23总线输入输出模块 组成。核心是通用单片机，本例使用的是MCS-51系列，由ATMEL公司出品的 AT89C52。主控器将220V交流电变换出30V，12V，5V，3V等工作电压。供总线输 入输出和通用单片机模块使用。总线输入输出模块负责将单片机发送的控制信 号变换成总线电压信号输出，并将总线上的电流信号变换成单片机接受的信号 供其接收。\n图3是主控器的总线信号输入输出模块的电原理图。单片机发送的控制信号 由OUT脚输出，这是5V的直流方波信号，脉宽表示数据。此信号通过第一比较器 U31、第二比较器U32，与3V信号比较，从而驱动四个功率三极管，第一三极管 Q31、第二三极管Q32、第三三极管Q33、第四三极管Q34。具体流程是这样的， 当OUT为5V时，第一比较器U31输出30V，第二比较器U32输出0V，第一三极管Q31、 第四三极管Q34导通，第二三极管Q32、第三三极管Q33截止。总线电压为N1高， N2低，电流从N1流出，N2流入。当OUT为0V时，第一比较器U31输出0V，第二比 较器U32输出30V，第二三极管Q32、第三三极管Q33导通，第一三极管Q31、第四 三极管Q34截止。总线电压为N2高，N1低，电流从N2流出，N1流入。这样就把由 OUT脚输出的5V直流方波信号变换成了大约24V的交流方波信号，而脉冲的宽度 不变。从而完成了总线信号的输出。\n主控器接收电流信号的过程是这样的，不论电流从N1还是N2流入，最终都要 经过第一电阻R31。在平常静态工作电流下，由于第二电阻R32、第三电阻R33的 分压作用，第三比较器U33负输入端的电压比第三比较器U33正输入端电压高， 第三比较器U33输出为0V。当传感器或驱动器发送电流脉冲信号时，流过第一电 阻R31的电流瞬间增大，第三比较器U33正输入端电压迅速升高，而由于电容C31 的作用，第三比较器U33负输入端的电压只能缓慢升高，从而第三比较器U33输 出翻转为5V。当电流脉冲信号结束时，第三比较器U33正输入端电压迅速降低， 第三比较器U33输出重新翻转为0V。这样就把总线上的电流脉冲信号转变成了5V 方波信号，单片机通过IN脚将响应信号接收到。\n第一比较器U31、第二比较器U32、第三比较器U33为一般的比较器或运算放 大器，本例采用LM393。第一三极管Q31、第二三极管Q32、第三三极管Q33、第 四三极管Q34为功率三极管，也可以是MOS管，本例第一三极管Q31、第四三极管 Q34采用D1271，第二三极管Q32、第三三极管Q33采用B946。\n图4是传感器和驱动器的框图。由M41电源模块，M42总线输入输出模块，M43 通用单片机和M44通用输入输出模块组成。核心是通用单片机，本例使用的是 Microchip公司出品的PIC16C63。电源模块将总线电压变换成5V工作电源供单片 机，总线输入输出模块和通用输入输出模块使用。总线输入输出模块负责将单 片机发送的电压信号变换成总线电流信号输出，并将总线上的电压信号变换成 单片机接受的电压信号供其接收。通用输入输出模块负责为单片机提供输入， 如按键动作等；输出单片机地控制，如驱动继电器、可控硅等。\n图5是传感器和驱动器总线输入输出模块的电原理图。单片机发送的控制信 号由OUT脚输出，这是5V的直流方波信号，脉宽表示数据。此信号驱动第一三极 管Q51，使其间歇导通，从而在总线N1、N2上产生脉动电流信号。电流大小由第 二电阻R52决定。这样就把由OUT脚输出的5V直流方波信号变换成了电流信号， 而脉冲的宽度不变。从而完成了电流信号的输出。\n传感器和驱动器接收总线信号的过程是这样的，总线信号交流方波N1高N2低 时，第二三极管Q52截止，IN信号被第三电阻R53上拉为高电平5V，当总线信号 交流方波N1低N2高时，第二三极管Q52导通，IN信号为低点平0V。这样总线上的 交流方波信号转变成了5V方波信号，单片机通过IN脚将总线信号接收到。第一 三极管Q51、第二三极管Q52为一般的三极管，本例采用8050。\n如图6所示，这是一个使用本发明的写字间示意图。M11为主控器；A1～4、B1～4、 C1～4、D1～4为驱动器，控制屋顶的荧光灯；S1～4为传感器，此处为开关。我们 假设如下一种实际情况，初始时，写字间为一个单位使用。通过地址设定，S1～4 均设成组地址。其中S1、S3控制驱动器A1～4、C1～4；S2、S4控制驱动器B1～4、 D1～4。这样就形成了一控多和双控两种控制方式。无论从写字间的那个门进出， 都可以方便的控制所有的灯。此后，由于单位变动，该写字间将由两个单位使 用，中间使用隔墙隔断。这时系统布线无需改动，只要将地址包含关系改变一 下。其中S1控制驱动器A1～4，S3控制驱动器C1～4，S2控制驱动器B1～4，S4控制 驱动器D1～4。这样单位1通过S1、S2可方便的控制本单位使用的A1～4和B1～4灯组， 单位2通过S3、S4可方便的控制本单位使用的C1～4和D1～4灯组。从这个简单应用 可看出本发明的灵活与便利。\n虽然以上已经根据各特定实施例描述了本发明，但是，本发明不准备被约束 或限制在这里公开的实施例中。