ＬＥＤ景觀照明控制系統設計
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上傳人：admin 上傳時間： 2007-02-08 瀏覽次數： 191 |
關鍵詞 LED 景觀照明 圖案控制 在線調試
1 引言
ＬＥＤ景觀照明智能控制系統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計的新型控制系統。它包括ＰＣ機接口、主控制器、若干驅動器、連接這些模塊的雙芯總線以及用于景觀功能和參數 設置的專用管理軟件。系統通過ＰＣ機的專用管理軟件，對景觀照明的跑、跳、亮、閃、淡入、淡出等功能及參數進行設置。主控制器（下位機）根據相應的參數設置對驅動器發布控制命令以實現景觀照明的脫機控制?？刂浦噶顢祿呻妷盒盘柕拿}寬來表示，由總線串行傳輸。系統主要用于城市大型建筑的景觀照明。
2 系統結構及控制方法
系統采用主從控制方式，包括一個主控制器、若干驅動器和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，并通過總線向驅動器供電?？偩€采用全兩線制方式，承擔雙重作用，一方面傳遞控制信號，一方面向驅動器供電。
主模塊通過向驅動器的地址發布命令來實現對其的控制。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動器發布地址命令和成組地址命令來實現。
通過這種控制方式，利用ＰＣ機能夠很容易實現景觀照明的在線方案調整，達到柔性控制。
驅動器內有三路輸出，分別控制紅色、綠色、藍色三種顏色的ＬＥＤ燈，通過三種基色燈的組合，可以形成白色（紅、綠、藍）、紅色、黃色、淺藍（綠、藍）、綠色、藍色、粉紅等七種顏色。
3 主控制器硬件設計
主控制器負責接收ＰＣ機傳來的景觀照明控制方案及功能參數，將其變換為響應的控制命令數據，并將其調制到總線上，通過總線發送給各個驅動器（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，各驅動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，驅動器控制的ＬＥＤ燈具另備電源。ＲＳ－２３２接口電路采用ＭＡＸ２３２專用芯片，實現ＰＣ機與主控制器中ＭＣＵ之間的數據通信的電平轉換。主控制器中的ＭＣＵ采用Ｍicrochip公司的ＰＩＣ１６Ｆ６３，初始設置數據及控制方案數據存儲于外圍存儲器中。主控制器通過ＲＳ－２３２接口將ＰＣ機傳來的控制信息和方案存在存儲器中，然后脫離ＰＣ機，通過調用存儲器中的控制方案和參數獨立完成控制工作。如變換方案，只需要再次設置參數即可。
總線收發電路的設計比較重要，其一方面要為總線上的驅動器提供工作電流，另一方面又要傳輸控制指令，同時還要保證總線系統的本身安防問題。
圖２是總線電路的原理圖。圖中Ｑ１、Ｑ２與Ｑ３、Ｑ４是兩對互補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ＭＣＵ輸出信號為低電平時，Ｕ１Ａ輸出０Ｖ，Ｕ１Ｂ輸出３０Ｖ。這樣使得Ｑ２與Ｑ６、Ｑ３導通，Ｑ１、Ｑ５與Ｑ４截止，這時電流從３０Ｖ電源流出，經過Ｑ６、Ｑ３流向總線的ＢＵＳ-２，經過各驅動器模塊后，從ＢＵＳ-１流回，最后經過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ＭＣＵ輸出信號為高電平時，Ｕ１Ａ輸出３０Ｖ，Ｕ１Ｂ輸出０Ｖ。這樣使得Ｑ５、Ｑ１與Ｑ４導通，Ｑ６、Ｑ３與Ｑ２截止，這時電流從３０Ｖ電源流出，經過Ｑ５、Ｑ１流向總線的ＢＵＳ-１，經過各驅動器模塊后，從ＢＵＳ-２流回，最后經過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ＭＣＵ發出信號在０～５Ｖ變化時，引起了總線電壓－２４Ｖ、＋２４Ｖ的變化，從而實現總線信號變換。
景觀照明控制系統采用兩線制的總線作為系統傳輸介質，一旦這兩根線發生短路，就會對整個系統產生毀滅性的破壞，甚至引起火災。因此，在總線收發電路的硬件設計中，考慮到防止總線短路的辦法，即總線一旦發生短路，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，大大增強了系統的安全性。圖２中Ｒ２和Ｃ１構成了一個低通濾波器，所以當系統控制類模塊和驅動類模塊瞬間短路時，在采樣電阻Ｒ１２上形成的電壓不會影響Ｕ２Ａ反相端的輸入，從而也不會影響Ｕ２Ａ的輸出。正常情況下，穩壓管ＺＤ１產生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，如果總線發生短路，會在采樣電阻Ｒ１２上產生長時間的電壓，這就會影響Ｕ２Ａ反相端的輸入，從而使得Ｕ２Ａ的輸出變為０Ｖ。此時產生兩種情況，電流從Ｒ１、ＬＥＤ和Ｄ１流向Ｕ２Ａ的輸出引腳，ＬＥＤ會亮起來以提醒用戶總線發生了短路；由于電流從Ｒ５、Ｒ６和Ｄ２流向Ｕ２Ａ的輸出引腳，１２Ｖ穩壓管ＺＤ１不再起穩壓的作用，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。此時采樣電阻Ｒ１２上的電壓就幾乎為零，這樣可使收發電路又恢復了正常工作狀態，ＬＥＤ熄滅，如果此時總線還處在短路的狀態，收發電路仍然會將總線鎖定，ＬＥＤ點亮。如此往復，只要總線處在短路的狀態，一方面由于總線鎖定的功能，使得總線上沒有長時間的大電流流過，達到了系統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會時亮時滅，提醒用戶總線發生短路了。當總線脫離了短路后，由前面介紹的收發電路工作原理可知，系統能自動恢復到正常工作的狀態，即硬件電路有自我保護功能，因此系統有完備的自治性能。
4 驅動器硬件設計
驅動器負責接收主控制器通過總線發來的控制信號，程序對接收到的信號執行相應的動作，通過負載驅動電路，使ＬＥＤ照明燈執行相應的動作。其中包括電源電路、ＭＣＵ及外圍電路、負載驅動電路?？偩€２４ＶＡＣ通過橋式整流、穩壓、濾波，提供驅動器所需的５Ｖ直流工作電源。驅動器ＭＣＵ采用ＰＩＣ１６Ｆ６３，驅動器的地址由ＲＢ口外接的八位撥動開關設置（如圖３所示）。因此主控制器每條總線可以控制２５６個驅動器，一個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現較復雜的控制方案。總線上的傳輸信號經過Ｒ１２、Ｑ２的電平變換后，由ＭＣＵ進行處理，ＭＣＵ的ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３為負載輸出口，圖中的雙與門芯片用來實現單路ＰＷＭ到三路的轉換，以便實現ＬＥＤ燈的淡入、淡出功能。
5 ＰＣ管理軟件設計
景觀照明控制ＰＣ機管理軟件采用可視化軟件ＶＢ編寫，實現景觀照明的跑、跳、亮、閃、淡入和淡出等動作參數設置，并能實現系統的啟動、關閉、循環等方式的操作，通過ＲＳ－２３２接口與主控制器進行通信，可以在線實現照明方案的變換和參數的設置，而不需要改變硬件的設置。同時采用運行程式下載的方式，可以避免電腦死機或出問題時系統無法繼續運行。其流程圖如圖４所示。
6 結束語
遠遠的街燈明了，好像閃著無數的明星；天上的明星現了，好像點著無數的街燈?，F代城市的美麗夜景，體現著城市的文化品位，它需要科學地統籌、精巧地策劃和完美設計，以達到人與環境的和諧。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，開發針對這一光源的控制系統有著廣泛的發展前景?！?/FONT>
參考文獻
1 童白詩.《模擬電子技術基礎》 北京：高等教育出版社，１９８１
2 閻石.《數字電子技術基礎》 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：清華大學出版社，２００２
４ 竇振中.汪立森.《ＰＩＣ系列單片機應用設計與實例》北京：北京航空航天大學出版社，１９９９
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