ＬＥＤ景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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上傳人：admin 上傳時(shí)間： 2007-02-08 瀏覽次數(shù)： 191 |
關(guān)鍵詞 LED 景觀照明 圖案控制 在線調(diào)試
1 引言
ＬＥＤ景觀照明智能控制系統(tǒng)是為了滿足日益增多的城市景觀照明的需求和綠色照明工程的要求而設(shè)計(jì)的新型控制系統(tǒng)。它包括ＰＣ機(jī)接口、主控制器、若干驅(qū)動(dòng)器、連接這些模塊的雙芯總線以及用于景觀功能和參數(shù) 設(shè)置的專用管理軟件。系統(tǒng)通過ＰＣ機(jī)的專用管理軟件，對(duì)景觀照明的跑、跳、亮、閃、淡入、淡出等功能及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。主控制器（下位機(jī)）根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置對(duì)驅(qū)動(dòng)器發(fā)布控制命令以實(shí)現(xiàn)景觀照明的脫機(jī)控制。控制指令數(shù)據(jù)由電壓信號(hào)的脈寬來表示，由總線串行傳輸。系統(tǒng)主要用于城市大型建筑的景觀照明。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法
系統(tǒng)采用主從控制方式，包括一個(gè)主控制器、若干驅(qū)動(dòng)器和ＰＣ接口。主從式控制器采用總線連接（如圖１所示）。主控制器接入２２０Ｖ交流電，通過變換向主模塊供電，并通過總線向驅(qū)動(dòng)器供電。總線采用全兩線制方式，承擔(dān)雙重作用，一方面?zhèn)鬟f控制信號(hào)，一方面向驅(qū)動(dòng)器供電。
主模塊通過向驅(qū)動(dòng)器的地址發(fā)布命令來實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。具有單一地址和成組地址兩種形式，景觀效果通過主模塊向各驅(qū)動(dòng)器發(fā)布地址命令和成組地址命令來實(shí)現(xiàn)。
通過這種控制方式，利用ＰＣ機(jī)能夠很容易實(shí)現(xiàn)景觀照明的在線方案調(diào)整，達(dá)到柔性控制。
驅(qū)動(dòng)器內(nèi)有三路輸出，分別控制紅色、綠色、藍(lán)色三種顏色的ＬＥＤ燈，通過三種基色燈的組合，可以形成白色（紅、綠、藍(lán)）、紅色、黃色、淺藍(lán)（綠、藍(lán)）、綠色、藍(lán)色、粉紅等七種顏色。
3 主控制器硬件設(shè)計(jì)
主控制器負(fù)責(zé)接收ＰＣ機(jī)傳來的景觀照明控制方案及功能參數(shù)，將其變換為響應(yīng)的控制命令數(shù)據(jù)，并將其調(diào)制到總線上，通過總線發(fā)送給各個(gè)驅(qū)動(dòng)器（如圖1所示）。其由電源電路、ＲＳ－２３２接口電路、ＭＣＵ及外圍電路、總線輸出電路四部分組成。
電源電路為主模塊和總線提供電源，各驅(qū)動(dòng)器中的控制器不再外接電源，而是采用直接從總線獲取的方式，驅(qū)動(dòng)器控制的ＬＥＤ燈具另備電源。ＲＳ－２３２接口電路采用ＭＡＸ２３２專用芯片，實(shí)現(xiàn)ＰＣ機(jī)與主控制器中ＭＣＵ之間的數(shù)據(jù)通信的電平轉(zhuǎn)換。主控制器中的ＭＣＵ采用Ｍicrochip公司的ＰＩＣ１６Ｆ６３，初始設(shè)置數(shù)據(jù)及控制方案數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于外圍存儲(chǔ)器中。主控制器通過ＲＳ－２３２接口將ＰＣ機(jī)傳來的控制信息和方案存在存儲(chǔ)器中，然后脫離ＰＣ機(jī)，通過調(diào)用存儲(chǔ)器中的控制方案和參數(shù)獨(dú)立完成控制工作。如變換方案，只需要再次設(shè)置參數(shù)即可。
總線收發(fā)電路的設(shè)計(jì)比較重要，其一方面要為總線上的驅(qū)動(dòng)器提供工作電流，另一方面又要傳輸控制指令，同時(shí)還要保證總線系統(tǒng)的本身安防問題。
圖２是總線電路的原理圖。圖中Ｑ１、Ｑ２與Ｑ３、Ｑ４是兩對(duì)互補(bǔ)的大功率晶體三極管；Ｑ５、Ｑ６是普通晶體三極管；Ｕ１、Ｕ２是比較器；ＭＣＵ-ＯＵＴ是連接到ＭＣＵ的引腳。
當(dāng)ＭＣＵ輸出信號(hào)為低電平時(shí)，Ｕ１Ａ輸出０Ｖ，Ｕ１Ｂ輸出３０Ｖ。這樣使得Ｑ２與Ｑ６、Ｑ３導(dǎo)通，Ｑ１、Ｑ５與Ｑ４截止，這時(shí)電流從３０Ｖ電源流出，經(jīng)過Ｑ６、Ｑ３流向總線的ＢＵＳ-２，經(jīng)過各驅(qū)動(dòng)器模塊后，從ＢＵＳ-１流回，最后經(jīng)過Ｑ２流入地，扣除晶體管的壓降，ＢＵＳ-１與ＢＵＳ-２之間的電壓為－２４Ｖ。
當(dāng)ＭＣＵ輸出信號(hào)為高電平時(shí)，Ｕ１Ａ輸出３０Ｖ，Ｕ１Ｂ輸出０Ｖ。這樣使得Ｑ５、Ｑ１與Ｑ４導(dǎo)通，Ｑ６、Ｑ３與Ｑ２截止，這時(shí)電流從３０Ｖ電源流出，經(jīng)過Ｑ５、Ｑ１流向總線的ＢＵＳ-１，經(jīng)過各驅(qū)動(dòng)器模塊后，從ＢＵＳ-２流回，最后經(jīng)過Ｑ４流入地，扣除晶體管的壓降，ＢＵＳ-１與ＢＵＳ-２之間的電壓為＋２４Ｖ。這樣當(dāng)ＭＣＵ發(fā)出信號(hào)在０～５Ｖ變化時(shí)，引起了總線電壓－２４Ｖ、＋２４Ｖ的變化，從而實(shí)現(xiàn)總線信號(hào)變換。
景觀照明控制系統(tǒng)采用兩線制的總線作為系統(tǒng)傳輸介質(zhì)，一旦這兩根線發(fā)生短路，就會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生毀滅性的破壞，甚至引起火災(zāi)。因此，在總線收發(fā)電路的硬件設(shè)計(jì)中，考慮到防止總線短路的辦法，即總線一旦發(fā)生短路，將Ｕ１Ａ和Ｕ１Ｂ的輸出置成相同電壓，這樣總線上就沒有電流通過了，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。圖２中Ｒ２和Ｃ１構(gòu)成了一個(gè)低通濾波器，所以當(dāng)系統(tǒng)控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類模塊瞬間短路時(shí)，在采樣電阻Ｒ１２上形成的電壓不會(huì)影響Ｕ２Ａ反相端的輸入，從而也不會(huì)影響Ｕ２Ａ的輸出。正常情況下，穩(wěn)壓管ＺＤ１產(chǎn)生１２Ｖ的電壓，通過Ｒ３、Ｒ４的分壓，使得Ｕ２Ａ同相端的電壓大于反相端的電壓，Ｕ２Ａ的輸出為３０Ｖ。但是，如果總線發(fā)生短路，會(huì)在采樣電阻Ｒ１２上產(chǎn)生長時(shí)間的電壓，這就會(huì)影響Ｕ２Ａ反相端的輸入，從而使得Ｕ２Ａ的輸出變?yōu)椋埃?。此時(shí)產(chǎn)生兩種情況，電流從Ｒ１、ＬＥＤ和Ｄ１流向Ｕ２Ａ的輸出引腳，ＬＥＤ會(huì)亮起來以提醒用戶總線發(fā)生了短路；由于電流從Ｒ５、Ｒ６和Ｄ２流向Ｕ２Ａ的輸出引腳，１２Ｖ穩(wěn)壓管ＺＤ１不再起穩(wěn)壓的作用，Ｕ１Ａ的同相端和Ｕ１Ｂ的反相端的電壓受到影響，通過電阻Ｒ７、Ｒ８和Ｒ９的分壓，使得無論ＭＣＵ-ＯＵＴ引腳的電壓為何值，Ｕ１Ａ和Ｕ１Ｂ的輸出總為相同電壓值，這樣總線上就沒有電流流過了。此時(shí)采樣電阻Ｒ１２上的電壓就幾乎為零，這樣可使收發(fā)電路又恢復(fù)了正常工作狀態(tài)，ＬＥＤ熄滅，如果此時(shí)總線還處在短路的狀態(tài)，收發(fā)電路仍然會(huì)將總線鎖定，ＬＥＤ點(diǎn)亮。如此往復(fù)，只要總線處在短路的狀態(tài)，一方面由于總線鎖定的功能，使得總線上沒有長時(shí)間的大電流流過，達(dá)到了系統(tǒng)即使在總線短路的情況下，也能不受損壞的目的；另一方面，ＬＥＤ會(huì)時(shí)亮?xí)r滅，提醒用戶總線發(fā)生短路了。當(dāng)總線脫離了短路后，由前面介紹的收發(fā)電路工作原理可知，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)到正常工作的狀態(tài)，即硬件電路有自我保護(hù)功能，因此系統(tǒng)有完備的自治性能。
4 驅(qū)動(dòng)器硬件設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)接收主控制器通過總線發(fā)來的控制信號(hào)，程序?qū)邮盏降男盘?hào)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，通過負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路，使ＬＥＤ照明燈執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。其中包括電源電路、ＭＣＵ及外圍電路、負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路?？偩€２４ＶＡＣ通過橋式整流、穩(wěn)壓、濾波，提供驅(qū)動(dòng)器所需的５Ｖ直流工作電源。驅(qū)動(dòng)器ＭＣＵ采用ＰＩＣ１６Ｆ６３，驅(qū)動(dòng)器的地址由ＲＢ口外接的八位撥動(dòng)開關(guān)設(shè)置（如圖３所示）。因此主控制器每條總線可以控制２５６個(gè)驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)主控制器最多可以接八條總線，這樣做的目的是為了便于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制方案?？偩€上的傳輸信號(hào)經(jīng)過Ｒ１２、Ｑ２的電平變換后，由ＭＣＵ進(jìn)行處理，ＭＣＵ的ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３為負(fù)載輸出口，圖中的雙與門芯片用來實(shí)現(xiàn)單路ＰＷＭ到三路的轉(zhuǎn)換，以便實(shí)現(xiàn)ＬＥＤ燈的淡入、淡出功能。
5 ＰＣ管理軟件設(shè)計(jì)
景觀照明控制ＰＣ機(jī)管理軟件采用可視化軟件ＶＢ編寫，實(shí)現(xiàn)景觀照明的跑、跳、亮、閃、淡入和淡出等動(dòng)作參數(shù)設(shè)置，并能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)、關(guān)閉、循環(huán)等方式的操作，通過ＲＳ－２３２接口與主控制器進(jìn)行通信，可以在線實(shí)現(xiàn)照明方案的變換和參數(shù)的設(shè)置，而不需要改變硬件的設(shè)置。同時(shí)采用運(yùn)行程式下載的方式，可以避免電腦死機(jī)或出問題時(shí)系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行。其流程圖如圖４所示。
6 結(jié)束語
遠(yuǎn)遠(yuǎn)的街燈明了，好像閃著無數(shù)的明星；天上的明星現(xiàn)了，好像點(diǎn)著無數(shù)的街燈?，F(xiàn)代城市的美麗夜景，體現(xiàn)著城市的文化品位，它需要科學(xué)地統(tǒng)籌、精巧地策劃和完美設(shè)計(jì)，以達(dá)到人與環(huán)境的和諧。采用新型ＬＥＤ光源作為景觀照明是必然的趨勢，未來的ＬＥＤ必將成為綠色照明的主體，開發(fā)針對(duì)這一光源的控制系統(tǒng)有著廣泛的發(fā)展前景?！?/FONT>
參考文獻(xiàn)
1 童白詩.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 北京：高等教育出版社，１９８１
2 閻石.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 北京：高等教育出版社，１９８１
３ 范逸之.陳立元.《Ｖｉｓｕａｌ?。拢幔螅椋闩cＲＳ－２３２串行通信控制》 北京：清華大學(xué)出版社，２００２
４ 竇振中.汪立森.《ＰＩＣ系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)例》北京：北京航空航天大學(xué)出版社，１９９９
2 閻石.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 北京：高等教育出版社，１９８１
３ 范逸之.陳立元.《Ｖｉｓｕａｌ?。拢幔螅椋闩cＲＳ－２３２串行通信控制》 北京：清華大學(xué)出版社，２００２
４ 竇振中.汪立森.《ＰＩＣ系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)例》北京：北京航空航天大學(xué)出版社，１９９９
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