一種集控式led燈組調光系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種集控式LED燈組調光系統，管理計算機通過主控板向LED燈組上的驅動板發出調光指令；在驅動板上，驅動MCU收到調光指令后發送給脈寬調制及檢測模塊，脈寬調制及檢測模塊將所述調光指令轉換成PWM信號，并基于所述PWM信號對LED驅動模塊上的電子開關的打開時間占空比進行控制以生成PWM驅動信號，發送給發光板。本發明所述系統替代專門的恒流源模塊，實現對LED亮度的精確控制，方便的實現對單燈亮度的調節，能顯著降低LED照明系統產品設計生產以及用戶的使用成本，具有光能利用率高、節能減排等功能；不僅能應用于光學引導裝置中，可以推廣到其它大型LED照明系統智能化控制等領域。
【專利說明】一種集控式LED燈組調光系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電控制【技術領域】，尤其涉及一種集控式LED (Light EmittingDiode,發光二極管)燈組調光系統。
【背景技術】
[0002]在現有的光學引導裝置中，常使用鹵鎢燈作為光源，雖然其發光強度大，但由于鹵鎢燈發出的光為白熾光，而光學引導裝置需要使用單色光，這就需要增加濾光片進行濾光，然后再耦合進傳光纖束中從發光面出光；在整個發光系統的設計中90%以上的能量都以熱和其他波段的光的形式耗費；由于鹵鎢燈工作時功率大，能耗高，同時要保證其發光強度，因此使用壽命較短，維護成本很高；另外，采用鹵鎢燈作為光源時通常直徑都大于100mm，需要設計較大的透鏡系統把光耦合進傳輸光纖，并且鹵鎢燈發光平行性較差，不利于光束整形。因此，采用鹵鎢燈加上濾光片的方式，在光能效率和濾光片帶寬設計兩個方面很難均衡。
[0003]目前，LED發光技術越來越廣泛的使用，LED具有單色性好、光電轉換效率高等優點，但是，在大功率LED芯片驅動中，由于LED發光效率與電壓不是線性關系，在對光照度值要求較高的場所一般采用專門的恒流源進行驅動，造成了設計復雜且制造成本較高。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，提供一種集控式LED燈組調光系統，采用普通外部電源給LED供電的情況下，精確、靈活的調整LED的點亮效果。
[0005]本發明采用的技術方案是，所述集控式LED燈組調光系統，包括:管理計算機、主控板和若干LED燈組，其中，LED燈組包括:驅動板及與其連接的發光板，驅動板包括:驅動MCU (Micro Controller Unit，微控制單元)、脈寬調制及檢測模塊、LED驅動模塊，LED驅動模塊包括:連接在外部電源與發光板之間的電子開關；
[0006]管理計算機通過主控板向LED燈組上的驅動板發出調光指令；
[0007]在驅動板上，驅動MCU收到調光指令后發送給脈寬調制及檢測模塊，脈寬調制及檢測模塊將所述調光指令轉換成PWM (Pulse Width Modulation,脈寬調制)信號，并基于所述PWM信號對LED驅動模塊上的電子開關的打開時間占空比進行控制以生成PWM驅動信號，發送給發光板。
[0008]進一步的，管理計算機與主控板之間以及主控板與LED燈組之間通過RS485全雙工串行接口通信；發光板上包含由LED串聯形成的LED鏈路。
[0009]進一步的，所述發光板針對收到的PWM驅動信號，向驅動板的脈寬調制及檢測模塊發送PWM回路信號，脈寬調制及檢測模塊基于PWM回路信號檢測出所述發光板上LED鏈路的狀態；
[0010]主控板依次向各LED燈組下發狀態查詢指令，當某一 LED燈組的驅動板收到查詢指令后，驅動板上的驅動MCU將所述查詢指令發送給脈寬調制及檢測模塊，脈寬調制及檢測模塊收到所述查詢指令后，將所述LED燈組各發光板上LED鏈路的狀態反饋給主控板。
[0011]進一步的，當各發光板上的LED鏈路的數量相同時，在自動調整工作模式下，主控板基于預先設定的一致性亮度需求，在LED燈組上某發光板的部分LED鏈路出現故障時，通過向LED燈組上的驅動板發出調光指令，將該LED燈組上其余發光板的相應LED鏈路關閉；在人工調整工作模式下，在LED燈組上某發光板的部分LED鏈路出現故障時，由用戶在管理計算機上進行控制，通過主控板向驅動板發送調光指令，將該LED燈組上其余發光板的相應LED鏈路關閉。
[0012]進一步的，所述調光指令的類型包括:用于控制各LED鏈路亮度的亮度調整指令、用于控制各LED鏈路開啟或者關閉的鏈路控制指令、用于控制各LED鏈路閃爍頻率的閃爍頻率控制指令。
[0013]進一步的，所述脈寬調制及檢測模塊包括:PWM產生模塊、與門、和狀態檢測模塊，其中，
[0014]PWM產生模塊基于所述亮度調整指令生成初始PWM信號；
[0015]初始PWM信號、所述鏈路控制指令以及所述閃爍頻率控制指令通過與門處理后輸出PWM信號；
[0016]狀態檢測模塊，用于基于PWM回路信號檢測出所述發光板上LED鏈路的狀態。
[0017]進一步的，所述LED驅動模塊，還包括:用于驅動電子開關的電子開關驅動電路。
[0018]進一步的，所述電子開關為功率場效應管，所述電子開關驅動電路為功率場效應管驅動電路。
[0019]采用上述技術方案，本發明至少具有下列優點:
[0020]本發明所述集控式LED燈組調光系統，替代專門的恒流源模塊，實現對LED亮度的精確控制，方便的實現對單燈亮度的調節，能顯著降低LED照明系統產品設計生產以及用戶的使用成本，具有光能利用率高、節能減排等功能；不僅能應用于光學引導裝置中，可以推廣到其它大型LED照明系統智能化控制等領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明實施例的集控式LED燈組調光系統組成示意圖；
[0022]圖2為本發明實施例管理計算機的具體組成示意圖；
[0023]圖3為本發明實施例的主控板的具體組成示意圖；
[0024]圖4為本發明實施例的LED燈組上的驅動板的具體組成示意圖；
[0025]圖5為本發明實施例的LED驅動模塊的具體組成示意圖；
[0026]圖6為本發明實施例的發光板的具體組成連接示意圖；
[0027]圖7為本發明實施例的脈寬調制及檢測模塊的具體組成示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為更進一步闡述本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明進行詳細說明如后。
[0029]本發明實施例的一種集控式LED燈組調光系統，如圖1所示，包括以下組成部分:管理計算機、主控板和η個LED燈組，其中，LED燈組包括:m個驅動板及與其對應連接的m個發光板，m、n≥1，m和η的數量可以根據需要靈活設置。
[0030]圖2為管理計算機的具體組成示意圖，如圖2所示，管理計算機包括:亮度調整模塊、閃爍頻率調整模塊、鏈路控制模塊、狀態監控顯示模塊和通信接口模塊，這些模塊的具體功能如下:
[0031]亮度調整模塊用于根據用戶的需要產生亮度調整指令，用于調整LED燈組的亮度，根據不同的燈組數量配置相應的亮度調整按鈕及輸入框，調整亮度時既可以按亮度增減按鈕調光也可以直接在輸入框中輸入需要的亮度等級。
[0032]閃爍頻率調整模塊用于產生閃爍頻率控制指令，用于調整LED燈組的閃爍頻率，根據不同的燈組數量配置相應的閃爍頻率輸入框，調整閃爍頻率時可以直接在輸入框中輸入需要的閃爍頻率值。
[0033]鏈路控制模塊用于產生鏈路控制指令，用于控制LED燈組發光板的鏈路的亮滅，通過選擇按鈕可直接控制鏈路打開或鏈路關閉。
[0034]狀態監控顯示模塊用于顯示LED燈組通過主控板上報的LED鏈路狀態、以及監視整個系統的工作狀態，當系統中某一組成模塊或功能單元出現故障時，在相應的診斷框中標紅顯示，正常時以綠框的形式顯示。
[0035]通信接口模塊為RS485全雙工串行接口，管理計算機通過通信接口模塊實現與主控板的通信。
[0036]圖3為主控板的具體組成示意圖，如圖3所示，主控板包括:主控MCU、通信接口模塊和串口擴展芯片，本實施例中，主控板需要通過串口擴展芯片與多個LED燈組的驅動板進行通信，若只與一個LED燈組通信，則不需要用到串口擴展芯片。
[0037]圖4為LED燈組上的驅動板的具體組成示意圖，如圖4所示,驅動板包括:驅動MCU、脈寬調制及檢測模塊、LED驅動模塊以及與主控板進行通信的通信接口模塊，LED驅動模塊包括:連接在外部電源與發光板之間的電子開關、電子開關的驅動電路，LED驅動模塊的具體組成如圖5所示。
[0038]外部電源經過限流電阻和電子開關為LED供電，由于單個LED正常工作時壓降為
2.5V左右，4只LED串聯后總壓降為10V，再加上限流電阻及電子開關的壓降，故外部電源選擇12V直流電源，通過調整限流電阻的壓降，將LED兩端電壓調整到一個合適的值。LED的亮度由電子開關來控制，電子開關工作在周期性打開關斷狀態，電子開關打開時，LED上有正向電流流過，LED發光，反之，LED不工作。當電子開關的開關頻率達到一定值時，比如IkHZ或更高，人眼視覺上LED處于連續光工作狀態，電子開關打開時間的占空比越大，LED亮度越高，這樣，就可以通過調整電子開關工作的占空比來調節LED的發光亮度。這里，優選的，電子開關為功率場效應管，則電子開關驅動電路為功率場效應管驅動電路。之所以選用功率場效應管作為電子開關，因為功率場效應管的打開時間可以達到幾個納秒，PWM信號可以相對不失真的控制LED工作。由于PWM信號為TTL電平，無法直接驅動功率場效應管，本領域公知的，增加一級驅動電路，從而實現PWM信號對LED亮度的調節。
[0039]圖6為發光板的具體組成連接示意圖，發光板上包含由LED串聯形成的LED鏈路。在本實施例中，是以3條鏈路、每條鏈路上串聯4個LED為例繪制的發光板組成連接情況，發光板上LED鏈路的數量以及每條鏈路上的LED數量可以根據需要進行靈活調整。
[0040]管理計算機與主控板之間以及主控板與LED燈組之間通過RS485全雙工串行接口通信。
[0041]基于以上介紹的集控式LED燈組調光系統的各組成部分，下面介紹一下其工作過程:
[0042]管理計算機通過主控板向LED燈組上的驅動板發出調光指令；
[0043]在驅動板上，驅動MCU收到調光指令后發送給脈寬調制及檢測模塊，脈寬調制及檢測模塊將所述調光指令轉換成PWM信號，并基于該PWM信號對LED驅動模塊上的電子開關的打開時間占空比進行控制以生成PWM驅動信號，發送給發光板，用于改變發光板上LED的點売效果。
[0044]發光板針對收到的PWM驅動信號，向驅動板的脈寬調制及檢測模塊發送PWM回路信號，脈寬調制及檢測模塊基于PWM回路信號檢測出所述發光板上LED鏈路的狀態。
[0045]主控板依次向各LED燈組下發狀態查詢指令，當某一 LED燈組的驅動板收到狀態查詢指令后，驅動板上的驅動MCU將所述狀態查詢指令發送給脈寬調制及檢測模塊，脈寬調制及檢測模塊收到所述狀態查詢指令后，將所述LED燈組各發光板上LED鏈路的狀態反饋給主控板。
[0046]當各發光板上的LED鏈路的數量相同時，在自動調整工作模式下，主控板基于預先設定的一致性亮度需求，在LED燈組上某發光板的部分LED鏈路出現故障時，通過向LED燈組上的驅動板發出調光指令，將該LED燈組上其余發光板的相應LED鏈路關閉。在人工調整工作模式下，在LED燈組上某發光板的部分LED鏈路出現故障時，由用戶在管理計算機上進行控制，通過主控板向驅動板發送調光指令，將該LED燈組上其余發光板的相應LED鏈路關閉。
[0047]所述調光指令的類型包括:用于控制各LED鏈路亮度的亮度調整指令、用于控制各LED鏈路開啟或者關閉的鏈路控制指令、用于控制各LED鏈路閃爍頻率的閃爍頻率控制指令。每次下發的調光指令至少包括所述亮度調整指令，除此之外還可以包括所述鏈路控制指令和/或閃爍頻率控制指令。
[0048]圖7為脈寬調制及檢測模塊的具體組成示意圖，如圖7所示，脈寬調制及檢測模塊包括:PWM產生模塊、與門、和狀態檢測模塊，其中，
[0049]PWM產生模塊基于所述亮度調整指令生成初始PWM信號；
[0050]初始PWM信號、所述鏈路控制指令以及所述閃爍頻率控制指令通過與門處理后輸出PWM信號，即所述鏈路控制指令以及所述閃爍頻率控制指令對初始PWM信號進行調制后輸出最終用于控制電子開關的PWM信號。
[0051]狀態檢測模塊，用于基于PWM回路信號檢測出所述發光板上LED鏈路的狀態，基于主控板發來的狀態查詢指令反饋LED鏈路的狀態信息。
[0052]本發明實施例的關鍵創新在點至少包括:量化LED亮度調整值，通過PWM脈寬調制及檢測模塊實現高精度的亮度控制。以軟件控制的形式實現LED燈組內部對應鏈路的串行連接，保證發光板出光亮度的一致性。
[0053]與現有的技術比較，本發明的優點是:
[0054]1.調光方便，可任意調整LED燈組的亮度、頻率、鏈路等。
[0055]2.以軟串聯的形式代替傳統慣用的硬件串聯的方法，維護使用方便。
[0056]3.信息化程度高，系統可擴展能力強。[0057]4.可靠性高、使用壽命長，降低了維護使用成本。
[0058]通過【具體實施方式】的說明，應當可對本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖示僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發明加以限制。
【權利要求】
1.一種集控式發光二極管LED燈組調光系統，其特征在于，包括:管理計算機、主控板和若干LED燈組，其中，LED燈組包括:驅動板及與其連接的發光板，驅動板包括:驅動微控制單元MCU、脈寬調制及檢測模塊、LED驅動模塊，LED驅動模塊包括:連接在外部電源與發光板之間的電子開關； 管理計算機通過主控板向LED燈組上的驅動板發出調光指令； 在驅動板上，驅動MCU收到調光指令后發送給脈寬調制及檢測模塊，脈寬調制及檢測模塊將所述調光指令轉換成脈寬調制PWM信號，并基于所述PWM信號對LED驅動模塊上的電子開關的打開時間占空比進行控制以生成PWM驅動信號，發送給發光板。
2.根據權利要求1所述的集控式LED燈組調光系統，其特征在于，管理計算機與主控板之間以及主控板與LED燈組之間通過RS485全雙工串行接口通信；發光板上包含由LED串聯形成的LED鏈路。
3.根據權利要求2所述的集控式LED燈組調光系統，其特征在于，所述發光板針對收到的PWM驅動信號，向驅動板的脈寬調制及檢測模塊發送PWM回路信號，脈寬調制及檢測模塊基于PWM回路信號檢測出所述發光板上LED鏈路的狀態； 主控板依次向各LED燈組下發狀態查詢指令，當某一 LED燈組的驅動板收到查詢指令后，驅動板上的驅動MCU將所述查詢指令發送給脈寬調制及檢測模塊，脈寬調制及檢測模塊收到所述查詢指令后，將所述LED燈組各發光板上LED鏈路的狀態反饋給主控板。
4.根據權利要求2所述的集控式LED燈組調光系統，其特征在于，當各發光板上的LED鏈路的數量相同時，在自動調整工作模式下，主控板基于預先設定的一致性亮度需求，在LED燈組上某發光板的部分LED鏈路出現故障時，通過向LED燈組上的驅動板發出調光指令，將該LED燈組上其余發光板的相應LED鏈路關閉；在人工調整工作模式下，在LED燈組上某發光板的部分LED鏈路出現故障時，由用戶在管理計算機上進行控制，通過主控板向驅動板發送調光指令，將該LED燈組上其余發光板的相應LED鏈路關閉。
5.根據權利要求3所述的集控式LED燈組調光系統，其特征在于，所述調光指令的類型包括:用于控制各LED鏈路亮度的亮度調整指令、用于控制各LED鏈路開啟或者關閉的鏈路控制指令、用于控制各LED鏈路閃爍頻率的閃爍頻率控制指令。
6.根據權利要求5所述的集控式LED燈組調光系統，其特征在于，所述脈寬調制及檢測模塊包括=PWM產生模塊、與門、和狀態檢測模塊，其中， PWM產生模塊基于所述亮度調整指令生成初始PWM信號； 初始PWM信號、所述鏈路控制指令以及所述閃爍頻率控制指令通過與門處理后輸出PWM信號； 狀態檢測模塊，用于基于PWM回路信號檢測出所述發光板上LED鏈路的狀態。
7.根據權利要求1所述的集控式LED燈組調光系統，其特征在于，所述LED驅動模塊，還包括:用于驅動電子開關的電子開關驅動電路。
8.根據權利要求8所述的集控式LED燈組調光系統，其特征在于，所述電子開關為功率場效應管，所述電子開關驅動電路為功率場效應管驅動電路。
【文檔編號】H05B37/02GK103702484SQ201310715399
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】周軍華, 楊炳德, 雷飚, 韓樹科, 范海震, 賈愛琴, 王藝, 史會麗, 李強, 張長江 申請人:中國電子科技集團公司第二十七研究所