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LED景观照明控制系统设计分析与运用

  • 发布日期:2007-01-31 浏览次数684

 1 引言

     LED景观照明智能控制系统是为了满足日益增多的城市景观照明的需求和“绿色照明工程”的要求而设计的新型控制系统。它包括PC机接口、主控制器、若干驱动器、连接这些模块的双芯总线以及用于景观功能和参数 设置的专用管理软件。系统通过PC机的专用管理软件,对景观照明的跑、跳、亮、闪、淡入、淡出等功能及参数进行设置。主控制器(下位机)根据相应的参数设置对驱 动器发布控制命令以实现景观照明的脱机控制。控制指令数据由电压信号的脉宽来表示,由总线串行传输。系统主要用于城市大型建筑的景观照明。

     2 系统结构及控制方法系统采用主从控制方式,包括一个主控制器、若干驱动器和PC接口。主从式控制器采用总线连接(如图1所示)。主控制器接入220V交流电,通过变换向主模块供电,并通过总线向驱动器供电。总线采用全两线制方式,承担双重作用,一方面传递控制信号,一方面向驱动器供电。主模块通过向驱动器的地址发布命令来实现对其的控制。具有单一地址和成组地址两种形式,景观效果通过主模块向各驱动器发布地址命令和成组地址命令来实现。通过这种控制方式,利用PC机能够很容易实现景观照明的在线方案调整,达到柔性控制。驱动器内有三路输出,分别控制红色、绿色、蓝色三种颜色的LED灯,通过三种基色灯的组合,可以形成白色(红、绿、蓝)、红色、黄色、浅蓝(绿、蓝)、绿色、蓝色、粉红等七种颜色。

     3 主控制器硬件设计主控制器负责接收PC机传来的景观照明控制方案及功能参数,将其变换为响应的控制命令数据,并将其调制到总线上,通过总线发送给各个驱动器(如图1所示)。其由电源电路、RS-232接口电路、MCU及外围电路、总线输出电路四部分组成。电源电路为主模块和总线提供电源,各驱动器中的控制器不再外接电源,而是采用直接从总线获取的方式,驱动器控制的LED灯具另备电源。RS-232接口电路采用MAX232专用芯片,实现PC机与主控制器中MCU之间的数据通信的电平转换。主控制器中的MCU采用Microchip公司的PIC16F63,初始设置数据及控制方案数据存储于外围存储器中。主控制器通过RS-232接口将PC机传来的控制信息和方案存在存储器中,然后脱离PC机,通过调用存储器中的控制方案和参  数独立完成控制工作。如变换方案,只需要再次设置参数即可。总线收发电路的设计比较重要,其一方面要为总线上的驱动器提供工作电流,另一方面又要传输控制指令,同时还要保证总线系统的本身安防问题。图2是总线电路的原理图。图中Q1、Q2与Q3、Q4是两对互补的大功率晶体三极管;Q5、Q6是普通晶体三极管;U1、U2是比较器;MCU-OUT是连接到MCU的引脚。当MCU输出信号为低电平时,U1A输出0V,U1B输出30V。这样使得Q2与Q6、Q3导通,Q1、Q5与Q4截止,这时电流从30V电源流出,经过Q6、Q3流向总线的BUS-2,经过各驱动器模块后,从BUS-1流回,最后经过Q2流入地,扣除晶体管的压降,BUS-1与BUS-2之间的电压为-24V。当MCU输出信号为高电平时,U1A输出30V,U1B输出0V。这样使得Q5、Q1与Q4导通,Q6、Q3与Q2截止,这时电流从30V电源流出,经过Q5、Q1流向总线的BUS-1,经过各驱动器模块后,从BUS-2流回,最后经过Q4流入地,扣除晶体管的压降,BUS-1与BUS-2之间的电压为+24V。这样当MCU发出信号在0~5V变化时,引起了总线电压-24V、+24V的变化,从而实现总线信号变换。景观照明控制系统采用两线制的总线作为系统传输介质,一旦这两根线发生短路,就会对整个系统产生毁灭性的破坏,甚至引起火灾。因此,在总线收发电路的硬件设计中,考虑到防止总线短路的办法,即总线一旦发生短路,将U1A和U1B的输出置成相同电压,这样总线上就没有电流通过了,大大增强了系统的安全性。图2中R2和C1构成了一个低通滤波器,所以当系统控制类模块和驱动类模块瞬间短路时,在采样电阻R12上形成的电压不会影响U2A反相端的输入,从而也不会影响U2A的输出。正常情况下,稳压管ZD1产生12V的电压,通过R3、R4的分压,使得U2A同相端的电压大于反相端的电压,U2A的输出为30V。但是,如果总线发生短路,会在采样电阻R12上产生长时间的电压,这就会影响U2A反相端的输入,从而使得U2A的输出变为0V。此时产生两种情况,电流从R1、LED和D1流向U2A的输出引脚,LED会亮起来以提醒用户总线发生了短路;由于电流从R5、R6和D2流向U2A的输出引脚,12V稳压管ZD1不再起稳压的作用,U1A的同相端和U1B的反相端的电压受到影响,通过电阻R7、R8和R9的分压,使得无论MCU-OUT引脚的电压为何值,U

 

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