CN102395231A - 直流高压供电led路灯***及其控制信号传输接收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流高压供电LED路灯***及其控制信号传输接收方法，其中***包括中央直流电源机柜及其电线连接的LED路灯，方法包括：中央直流电源机柜通过电线以第一高压供电；中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第一持续时长供电并传输数据“1”；中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第二持续时长供电并传输数据“0”。这种***及其控制信号传输接收方法，相较现有技术，具有供电和控制合一的特点，大大节省LED照明***新建和维护成本，进一步还提高了整体寿命和可靠性。

Description

直流高压供电LED路灯***及其控制信号传输接收方法
技术领域
本发明涉及LED照明，具体涉及一种直流高压供电LED路灯***及其控制信号传输接收方法。
背景技术
与传统路灯相比，LED路灯具有使用寿命长、节能等优点。以往的LED路灯都采用交流（AC）供电，每盏LED路灯都需要至少一个用于将AC转换为直流（DC）的开关电源，才能让LED路灯正常工作。但由于这种电源本身寿命短，经常性损坏，这就给LED路灯带来了维护上的难题，简介影响了LED路灯的使用寿命。
直流高压供电，也就是采用集中供电的形式，直接给LED路灯输送250V高压直流电，而LED路灯上就无需配备单独的开关电源。目前为止，还没有出现专门针对这种直流高压供电LED路灯的控制方式。在需要对这种LED路灯进行控制时，只能采用以往针对交流供电LED路灯的办法，在路灯供电***之外增加控制***来实现，这就需要在每盏LED路灯上安装一个信号接收装置，以及一个集中控制这些信号接收和执行装置的设备。这类方式造成了人力和材料成本的增加，同时在以后的维护中，也需要为这些装置投入维护力量。
另外，中国发明“LED路灯控制器”，申请号200910105774.X，公开一种采用通用分组无线服务（GPRS）和紫蜂（ZigBee）无线通讯传输数据的控制方式的LED路灯控制器，实现LED路灯远程控制，它也是独立控制***和网络的一种。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，提供一种直流高压供电LED路灯***及其控制信号传输接收方法，无须专门装置和线路实现远程控制。
本发明的第一个技术问题这样解决：提供一种直流高压供电LED路灯***，包括：
中央直流电源机柜，通过电线与LED路灯电连接，包括依次电连接的主控芯片、数模转换模块和电源模块，用于以第一高压向LED路灯供电，或者以第二高压和第一持续时长向LED路灯供电和传输数据“1”，或者以第二高压和第二持续时长向LED路灯供电和传输数据“0”；
LED路灯，包括依次电连接的电压转换模块、电压采样模块和单片机，用于根据接收的所述传输数据控制自身发光。
本发明的另一个技术问题这样解决：提供一种直流高压供电LED路灯***控制信号传输接收方法，包括以下步骤：
中央直流电源机柜通过电线以第一高压向LED路灯供电；
中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第一持续时长向LED路灯供电和传输数据“1”；
中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第二持续时长向LED路灯供电和传输数据“0”。
本发明的一个优选实施例中，还包括：每个传输数据之间，中央直流电源机柜在设定保护时间长度内通过电线以第一高压向LED路灯供电；每个字节可对应一个具体指令，字节之间有距离，每个数据之间也有距离（保护时间长度）。
本发明的一个优选实施例中，所述电线的连接结构包括但不限制于是总线或星型网。
本发明的一个优选实施例中，还包括：中央直流电源机柜的处理器通过中央直流电源机柜的数摸转换模块控制中央直流电源机柜的电源模块以第一高压或第二高压输出。
本发明的一个优选实施例中，还包括：中央直流电源机柜的处理器通过外部指令接收接口或外部指令接收装置获取LED路灯控制指令。
本发明的一个优选实施例中，还包括：中央直流电源机柜的处理器根据内部存储运行的控制程序调用对应LED路灯控制指令。
本发明的一个优选实施例中，还包括：所述LED路灯通过内置电压检测和计时单元接收获取所述传输数据。
本发明的一个优选实施例中，还包括：所述LED路灯通过内置电压检测采样单元和单片机接收、处理和获取所述传输数据。
本发明的一个优选实施例中，包括以下步骤：
中央直流电源机柜的处理器获取或调用LED路灯控制指令；
中央直流电源机柜的处理器通过中央直流电源机柜的数摸转换模块控制中央直流电源机柜的电源模块以第一高压或第二高压输出；
中央直流电源机柜通过电线以第一高压向LED路灯供电；
中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第一持续时长向LED路灯供电和传输数据“1”；
中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第二持续时长向LED路灯供电和传输数据“0”；
所述LED路灯通过内置的电压检测和计时单元或内置的电压检测采样单元和单片机接收获取对应的所述传输数据。
本发明的直流高压供电LED路灯***及其控制信号传输接收方法，采用电压和时间变化远程传输控制信号，与现有技术相比较，具有供电和控制合一的特点，大大节省LED照明***新建和维护成本，进一步还提高了整体寿命和可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1是本发明具体实施例的LED路灯***结构示意图；
图2是图1中LED路灯的电结构示意图；
图3是图1所示LED路灯***对应的控制流程示意图；
图4是图1中DAC模块输出电信号时序示意图；
图5是图1中电源模块输出电信号时序示意图；
图6是图2中单片机获取电信号时序示意图；
图7是图2中单片机依状态机模型处理电信号的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明具体实施例的直流高压供电LED路灯***包括中央直流电源机柜、多个直流供电LED路灯，以及连接中央直流电源机柜与直流供电LED路灯的电线，其中：
1、中央直流电源机柜包括：控制器、至少一个电源模块；
2、直流供电LED路灯包括：LED光源模块、电压转换电路、ADC模块、MCU、恒流电路；
3、电线：直接采用现有交流电线即可，方便路灯工程改造。
控制器包括：指令接收装置、主控芯片（MCU）、数模转换（DAC）模块。其工作原理是：
外部指令接收装置用于接收外部控制信号，并将该信号通过串口发送给MCU；MCU分析信号，并按照DAC模块规定的数据格式定时发送数据给DAC模块，DAC模块将从MCU接收到的数据转换成模拟信号发送给电源模块，电源模块根据此控制信号改变自身的输出电压，通过电线输送到各个直流供电LED路灯。
直流供电LED路灯：电压转换模块将电线中传输来的高压模拟信号转换成低压模拟信号，送给模数转换（ADC）模块，ADC模块通过AD采样提取出模拟信号，并将此信号转换成数字信号，发送给单片机，单片机对此数字信号进行分析后，控制恒流电路；ADC模块又称电压采样模块。
如图2所示，本发明具体实施例的LED路灯包括电压转换模块、ADC模块、单片机、恒流模块和LED光源，所述电压转换模块与直流高压电力线电连接；ADC模块又称电压采样模块。其工作原理是：
LED路灯的电压转换电路首先将从电源模块接收到的DC220V-DC250V高压信号转换成2.7V-3.3V低压信号，然后交给ADC模块处理，ADC模块采用定时采样的方式，采样周期为T，把采集到的模拟信号转换成数字信号交给单片机处理，单片机这样按约定规律处理：LED路灯上电瞬间，ADC模块检测到的电压为高电平，因此，单片机设置signal=1，signal是一个布尔型的变量，用来标识单片机在处理ADC模块采集到的电压值是低电平状态还是高电平状态。ADC模块采集M次电压值交给单片机（M>20，是一个整型变量），单片机将这M个电压值按从小到大顺序排列，并去除4个最大值和4个最小值，取剩下的(M-8)次电压值的平均值存入数组VOL[0]，数组VOL是一个长度为4的一维数组，用来保存单片机在处理信号过程中的平均电压值。单片机按此规律再得到3个平均电压值，分别存入VOL[1]、VOL[2]和VOL[3]。
经过1个采样周期T之后，单片机使VOL[0]=VOL[1]，VOL[1]=VOL[2]，VOL[2]=VOL[3]，ADC模块再次采集M次电压值，交给单片机，单片机按照上述方式得到这些电压的平均值，存入数组变量VOL[3]。每经过1个采样周期，单片机就按照此方式更新VOL数组的值。并比较这四个值：如果数组VOL的4个元素之间的差值在误差范围之内，单片机则判定是“电压平稳状态”；如果VOL[0]-VOL[1]>Differ，VOL[1]-VOL[2]>Differ，VOL[2]-VOL[3]>Differ（Differ的值要根据具体的t1时间值而定）,单片机则判定为“电压下降沿状态”，此时，设置信号标志位Signal_Flag=0，Signal_Flag是单片机为了识别信号电平变化而设置的一个临时变量；如果VOL[1]-VOL[0]>Differ，VOL[2]-VOL[1]>Differ，VOL[3]-VOL[2]>Differ，单片机则判定为“电压上升沿状态”，并设置信号标志位Signal_Flag=1。
在上述过程中，单片机上电时默认signal的值为1，之后单片机会根据“电压平稳状态”、“电压下降沿状态”和“电压上升沿状态”来判定signal的值。若单片机判定了是“电压平稳状态”，此时Signal_Flag的值为0，表明此电压平稳状态是刚刚经过了一个电压下降沿，因此，单片机判定signal=0；如果单片机在判定了电压平稳状态时，siganl_Flag的值为1，表明此电压平稳状态是刚刚经过了一个电压上升沿，因此，单片机判定signal=1。单片机根据signal的0或1状态，可以得出如图6所示的波形。
以下过程中，单片机根据signal的0或1状态，利用状态机思想，最终分析出控制信号：
单片机上电时默认siganl=1，state=1，state是单片机为了标识信号分析过程中的步骤而设置的一个变量。如图7所示，当单片机从state=1检测到siganl为0，并且状态1持续的时间满足要求，则使state=2，并清空数据缓冲区；当单片机从state=2检测到signal为1，则使state=3，此时单片机会根据状态2持续的时间，判断是数据位0还是数据位1，并存入数据缓冲区；单片机依此规律判断状态2的持续时间，得到数据位，当单片机中的程序运行到第8个状态2时，如果检测到siganl=1，则进入状态4。之后跟踪状态4的持续时间，当这个时间超过一定的值时，表明数据字节传输完毕，单片机处理该字节。
单片机在按照上述规律处理完指定个数的数据字节之后，通过操作恒流驱动电路来操作LED光源模块，来完成信号接收后的执行操作。
如图3所示，本发明具体实施例的LED路灯***控制信号传输接收方法，具体流程包括以下步骤：
301）上电开始；
302）中央直流电源机柜的MCU控制电源模块以DC250V输出；
303）判断是否收到指令接收装置通过串口转发给MCU的外部调光指令信号？是进入下一步，否则返回步骤302）；
304）MCU提取该信号，按字节处理，按照DAC模块的接收格式将数据发送给DAC模块处理，并使DAC模块输出如图4所示的模拟信号给电源模块。
其中， 
t0≥1.5P，t1=0.6P+200mP，t2=0.5P+200mP，t3=0.5P+200mP,t4=1.5P+200mP
注:P为一个单位的时间，典型值为1P=1秒。
这样，MCU在向电源模块输出一条控制信号时，会使DAC模块依次输出下面的电压值：DAC模块先输出5V的电压，并且持续时间为t0；DAC模块再输出从5V到4.4V的、随时间呈线性变化的电压值，这个过程需要的时间为t1；DAC模块再输出持续时间为t0的，电压值为4.4V的电压（4.4V电压为低电压，低电压持续时间为t2表示要传输的数据为二进制数0，低电压持续时间为t4表示要传输的数据为二进制数1）；DAC模块再输出从4.4V到5V随时间呈线性变化的电压，这个时间为t1；……DAC模块按照此规律输出6次持续时间为t2的4.4V低电压之后，再按照同样的规律，输出2次持续时间为t4的4.4V低电压；DAC模块再输出从4.4V到5V持续变化的电压，并在电压升到5V之后，输出持续时间为t0的5V高电压。此时，DAC模块已将一个字节的数据（8个数据位）传输给了电源模块。如果控制器的MCU判断指令信号还没有发送完毕，则会按照上述方式，进行下一个字节的传输。否则，控制器的MCU会让DAC模块持续输出5V的电压。
（注：图4所示波形表示控制器的MCU要传输给电源模块的数据为十六进制数0x03，也就是二进制数0000 0011，在实际应用时，控制器的MCU会根据要传输的数据，来确定传输时‘0’和‘1’的个数和顺序，从而确定4.4V低电压的持续时间t2和t4。）
305）电源模块在接收到上述DAC模块输出的信号时，会同时改变自身的输出电压，并且电源模块的输出电压与DAC模块的输出电压成正比例关系。DAC模块输出的5V电压对应电源模块的输出电压为250V，DAC模块输出的4.4V电压对应电源模块的输出电压为220V，电压通过电线传输给LED路灯，具体如图5所示。
306） LED路灯的电压转换电路首先将从电源模块接收到的DC220V-DC250V高压信号转换成2.7V-3.3V低压信号，然后交给ADC模块处理，ADC模块采用定时采样的方式，采样周期为T，把采集到的模拟信号转换成数字信号交给单片机处理，单片机在按照约定规律处理完指定个数的数据字节之后，通过操作恒流驱动电路来操作LED光源模块，来完成信号接收后的执行操作。

Claims (10)

1.一种直流高压供电LED路灯***，其特征在于，包括：
中央直流电源机柜，通过电线与LED路灯电连接，包括依次电连接的主控芯片、数模转换模块和电源模块，用于以第一高压向LED路灯供电，或者以第二高压和第一持续时长向LED路灯供电和传输数据“1”，或者以第二高压和第二持续时长向LED路灯供电和传输数据“0”；
LED路灯，包括依次电连接的电压转换模块、电压采样模块和单片机，用于根据从所述电线接收的所述传输数据控制自身发光。
2.一种直流高压供电LED路灯***控制信号传输接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
中央直流电源机柜通过电线以第一高压向LED路灯供电；
中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第一持续时长向LED路灯供电和传输数据“1”；
中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第二持续时长向LED路灯供电和传输数据“0”。
3.根据权利要求1所述的控制信号传输接收方法，其特征在于，还包括：每个传输数据之间，中央直流电源机柜在设定保护时间长度内通过电线以第一高压向LED路灯供电。
4.根据权利要求1所述的控制信号传输接收方法，其特征在于，所述电线的连接结构是总线或星型网。
5.根据权利要求1所述的控制信号传输接收方法，其特征在于，还包括：中央直流电源机柜的处理器通过中央直流电源机柜的数摸转换模块控制中央直流电源机柜的电源模块以第一高压或第二高压输出。
6.根据权利要求1所述的控制信号传输接收方法，其特征在于，还包括：中央直流电源机柜的处理器通过外部指令接收接口或外部指令接收装置获取LED路灯控制指令。
7.根据权利要求1所述的控制信号传输接收方法，其特征在于，还包括：中央直流电源机柜的处理器根据内部存储运行的控制程序调用对应LED路灯控制指令。
8.根据权利要求1所述的控制信号传输接收方法，其特征在于，还包括：所述LED路灯通过内置电压检测和计时单元接收获取所述传输数据。
9.根据权利要求1所述的控制信号传输接收方法，其特征在于，还包括：所述LED路灯通过内置电压检测采样单元和单片机接收、处理和获取所述传输数据。
10.根据权利要求1所述的控制信号传输接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
中央直流电源机柜的处理器获取或调用LED路灯控制指令；
中央直流电源机柜的处理器通过中央直流电源机柜的数摸转换模块控制中央直流电源机柜的电源模块以第一高压或第二高压输出；
中央直流电源机柜通过电线以第一高压向LED路灯供电；
中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第一持续时长向LED路灯供电和传输数据“1”；
中央直流电源机柜通过电线以第二高压和第二持续时长向LED路灯供电和传输数据“0”；
所述LED路灯通过内置的电压检测和计时单元或内置的电压检测采样单元和单片机接收获取对应的所述传输数据。
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