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(xiàn)調(diào)試
1 引言
ＬＥＤ景觀照明智能控制系統(tǒng)是為了滿(mǎn)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(xiàn)以及用于景觀功能和參數(shù) 設(shè)置的專(zhuān)用管理軟件。系統(tǒng)通過(guò)ＰＣ機(jī)的專(zhuān)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(lái)表示，由總線(xiàn)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(xiàn)連接（如圖１所示）。主控制器接入２２０Ｖ交流電，通過(guò)變換向主模塊供電，并通過(guò)總線(xiàn)向驅(qū)動(dòng)器供電。總線(xiàn)采用全兩線(xiàn)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(guò)向驅(qū)動(dòng)器的地址發(fā)布命令來(lái)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)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(xiàn)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(guò)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(lái)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(xiàn)上，通過(guò)總線(xiàn)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(xiàn)輸出電路四部分組成。
電源電路為主模塊和總線(xiàn)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(xiàn)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(zhuān)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(guò)ＲＳ－２３２接口將ＰＣ機(jī)傳來(lái)的控制信息和方案存在存儲(chǔ)器中，然后脫離ＰＣ機(jī)，通過(guò)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(xiàn)收發(fā)電路的設(shè)計(jì)比較重要，其一方面要為總線(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)的本身安防問(wèn)題。
圖２是總線(xiàn)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(guò)Ｑ６、Ｑ３流向總線(xiàn)的ＢＵＳ-２，經(jīng)過(guò)各驅(qū)動(dòng)器模塊后，從ＢＵＳ-１流回，最后經(jīng)過(guò)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(guò)Ｑ５、Ｑ１流向總線(xiàn)的ＢＵＳ-１，經(jīng)過(guò)各驅(qū)動(dòng)器模塊后，從ＢＵＳ-２流回，最后經(jīng)過(guò)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(xiàn)電壓－２４Ｖ、＋２４Ｖ的變化，從而實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)信號(hào)變換。
景觀照明控制系統(tǒng)采用兩線(xiàn)制的總線(xiàn)作為系統(tǒng)傳輸介質(zhì)，一旦這兩根線(xiàn)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(xiàn)收發(fā)電路的硬件設(shè)計(jì)中，考慮到防止總線(xiàn)短路的辦法，即總線(xiàn)一旦發(fā)生短路，將Ｕ１Ａ和Ｕ１Ｂ的輸出置成相同電壓，這樣總線(xiàn)上就沒(méi)有電流通過(guò)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(lèi)模塊和驅(qū)動(dòng)類(lèi)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(guò)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(xiàn)發(fā)生短路，會(huì)在采樣電阻Ｒ１２上產(chǎn)生長(zhǎng)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)椋埃帧４藭r(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(lái)以提醒用戶(hù)總線(xiàn)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(guò)電阻Ｒ７、Ｒ８和Ｒ９的分壓，使得無(wú)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(xiàn)上就沒(méi)有電流流過(guò)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(xiàn)還處在短路的狀態(tài)，收發(fā)電路仍然會(huì)將總線(xiàn)鎖定，ＬＥＤ點(diǎn)亮。如此往復(fù)，只要總線(xiàn)處在短路的狀態(tài)，一方面由于總線(xiàn)鎖定的功能，使得總線(xiàn)上沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間的大電流流過(guò)，達(dá)到了系統(tǒng)即使在總線(xiàn)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(hù)總線(xiàn)發(fā)生短路了。當(dāng)總線(xiàn)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(guò)總線(xiàn)發(fā)來(lái)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(guò)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。總線(xiàn)２４ＶＡＣ通過(guò)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(kāi)關(guān)設(shè)置（如圖３所示）。因此主控制器每條總線(xiàn)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(xiàn)，這樣做的目的是為了便于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制方案。總線(xiàn)上的傳輸信號(hào)經(jīng)過(guò)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(mén)芯片用來(lái)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(xiě)，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(guò)ＲＳ－２３２接口與主控制器進(jìn)行通信，可以在線(xiàn)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(wèn)題時(shí)系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。其流程圖如圖４所示。
6 結(jié)束語(yǔ)
遠(yuǎn)遠(yuǎn)的街燈明了，好像閃著無(wú)數(shù)的明星；天上的明星現(xiàn)了，好像點(diǎn)著無(wú)數(shù)的街燈。現(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(shì)，未來(lái)的ＬＥＤ必將成為綠色照明的主體，開(kāi)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。
參考文獻(xiàn)
1 童白詩(shī).《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 Ｂａｓｉｃ與ＲＳ－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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