一種集控式led燈組調(diào)光系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，管理計算機通過主控板向LED燈組上的驅(qū)動板發(fā)出調(diào)光指令；在驅(qū)動板上，驅(qū)動MCU收到調(diào)光指令后發(fā)送給脈寬調(diào)制及檢測模塊，脈寬調(diào)制及檢測模塊將所述調(diào)光指令轉(zhuǎn)換成PWM信號，并基于所述PWM信號對LED驅(qū)動模塊上的電子開關(guān)的打開時間占空比進行控制以生成PWM驅(qū)動信號，發(fā)送給發(fā)光板。本發(fā)明所述系統(tǒng)替代專門的恒流源模塊，實現(xiàn)對LED亮度的精確控制，方便的實現(xiàn)對單燈亮度的調(diào)節(jié)，能顯著降低LED照明系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)以及用戶的使用成本，具有光能利用率高、節(jié)能減排等功能；不僅能應(yīng)用于光學(xué)引導(dǎo)裝置中，可以推廣到其它大型LED照明系統(tǒng)智能化控制等領(lǐng)域。
【專利說明】一種集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種集控式LED (Light EmittingDiode,發(fā)光二極管)燈組調(diào)光系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的光學(xué)引導(dǎo)裝置中，常使用鹵鎢燈作為光源，雖然其發(fā)光強度大，但由于鹵鎢燈發(fā)出的光為白熾光，而光學(xué)引導(dǎo)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(fā)光面出光；在整個發(fā)光系統(tǒng)的設(shè)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(fā)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(shè)計較大的透鏡系統(tǒng)把光耦合進傳輸光纖，并且鹵鎢燈發(fā)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(shè)計兩個方面很難均衡。
[0003]目前，LED發(fā)光技術(shù)越來越廣泛的使用，LED具有單色性好、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，但是，在大功率LED芯片驅(qū)動中，由于LED發(fā)光效率與電壓不是線性關(guān)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(qū)動，造成了設(shè)計復(fù)雜且制造成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，采用普通外部電源給LED供電的情況下，精確、靈活的調(diào)整LED的點亮效果。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，所述集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，包括:管理計算機、主控板和若干LED燈組，其中，LED燈組包括:驅(qū)動板及與其連接的發(fā)光板，驅(qū)動板包括:驅(qū)動MCU (Micro Controller Unit，微控制單元)、脈寬調(diào)制及檢測模塊、LED驅(qū)動模塊，LED驅(qū)動模塊包括:連接在外部電源與發(fā)光板之間的電子開關(guān)；
[0006]管理計算機通過主控板向LED燈組上的驅(qū)動板發(fā)出調(diào)光指令；
[0007]在驅(qū)動板上，驅(qū)動MCU收到調(diào)光指令后發(fā)送給脈寬調(diào)制及檢測模塊，脈寬調(diào)制及檢測模塊將所述調(diào)光指令轉(zhuǎn)換成PWM (Pulse Width Modulation,脈寬調(diào)制)信號，并基于所述PWM信號對LED驅(qū)動模塊上的電子開關(guān)的打開時間占空比進行控制以生成PWM驅(qū)動信號，發(fā)送給發(fā)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(fā)光板上包含由LED串聯(lián)形成的LED鏈路。
[0009]進一步的，所述發(fā)光板針對收到的PWM驅(qū)動信號，向驅(qū)動板的脈寬調(diào)制及檢測模塊發(fā)送PWM回路信號，脈寬調(diào)制及檢測模塊基于PWM回路信號檢測出所述發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)；
[0010]主控板依次向各LED燈組下發(fā)狀態(tài)查詢指令，當某一 LED燈組的驅(qū)動板收到查詢指令后，驅(qū)動板上的驅(qū)動MCU將所述查詢指令發(fā)送給脈寬調(diào)制及檢測模塊，脈寬調(diào)制及檢測模塊收到所述查詢指令后，將所述LED燈組各發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)反饋給主控板。
[0011]進一步的，當各發(fā)光板上的LED鏈路的數(shù)量相同時，在自動調(diào)整工作模式下，主控板基于預(yù)先設(shè)定的一致性亮度需求，在LED燈組上某發(fā)光板的部分LED鏈路出現(xiàn)故障時，通過向LED燈組上的驅(qū)動板發(fā)出調(diào)光指令，將該LED燈組上其余發(fā)光板的相應(yīng)LED鏈路關(guān)閉；在人工調(diào)整工作模式下，在LED燈組上某發(fā)光板的部分LED鏈路出現(xiàn)故障時，由用戶在管理計算機上進行控制，通過主控板向驅(qū)動板發(fā)送調(diào)光指令，將該LED燈組上其余發(fā)光板的相應(yīng)LED鏈路關(guān)閉。
[0012]進一步的，所述調(diào)光指令的類型包括:用于控制各LED鏈路亮度的亮度調(diào)整指令、用于控制各LED鏈路開啟或者關(guān)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(diào)制及檢測模塊包括:PWM產(chǎn)生模塊、與門、和狀態(tài)檢測模塊，其中，
[0014]PWM產(chǎn)生模塊基于所述亮度調(diào)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(tài)檢測模塊，用于基于PWM回路信號檢測出所述發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)。
[0017]進一步的，所述LED驅(qū)動模塊，還包括:用于驅(qū)動電子開關(guān)的電子開關(guān)驅(qū)動電路。
[0018]進一步的，所述電子開關(guān)為功率場效應(yīng)管，所述電子開關(guān)驅(qū)動電路為功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路。
[0019]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點:
[0020]本發(fā)明所述集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，替代專門的恒流源模塊，實現(xiàn)對LED亮度的精確控制，方便的實現(xiàn)對單燈亮度的調(diào)節(jié)，能顯著降低LED照明系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)以及用戶的使用成本，具有光能利用率高、節(jié)能減排等功能；不僅能應(yīng)用于光學(xué)引導(dǎo)裝置中，可以推廣到其它大型LED照明系統(tǒng)智能化控制等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例的集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)組成示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例管理計算機的具體組成示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例的主控板的具體組成示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例的LED燈組上的驅(qū)動板的具體組成示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動模塊的具體組成示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實施例的發(fā)光板的具體組成連接示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明實施例的脈寬調(diào)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(fā)明為達成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明進行詳細說明如后。
[0029]本發(fā)明實施例的一種集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，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(qū)動板及與其對應(yīng)連接的m個發(fā)光板，m、n≥1，m和η的數(shù)量可以根據(jù)需要靈活設(shè)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(diào)整模塊、閃爍頻率調(diào)整模塊、鏈路控制模塊、狀態(tài)監(jiān)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(diào)整模塊用于根據(jù)用戶的需要產(chǎn)生亮度調(diào)整指令，用于調(diào)整LED燈組的亮度，根據(jù)不同的燈組數(shù)量配置相應(yīng)的亮度調(diào)整按鈕及輸入框，調(diào)整亮度時既可以按亮度增減按鈕調(diào)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(diào)整模塊用于產(chǎn)生閃爍頻率控制指令，用于調(diào)整LED燈組的閃爍頻率，根據(jù)不同的燈組數(shù)量配置相應(yīng)的閃爍頻率輸入框，調(diào)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(chǎn)生鏈路控制指令，用于控制LED燈組發(fā)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(guān)閉。
[0034]狀態(tài)監(jiān)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(tài)、以及監(jiān)視整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當系統(tǒng)中某一組成模塊或功能單元出現(xiàn)故障時，在相應(yīng)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(xiàn)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(qū)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(qū)動板的具體組成示意圖，如圖4所示,驅(qū)動板包括:驅(qū)動MCU、脈寬調(diào)制及檢測模塊、LED驅(qū)動模塊以及與主控板進行通信的通信接口模塊，LED驅(qū)動模塊包括:連接在外部電源與發(fā)光板之間的電子開關(guān)、電子開關(guān)的驅(qū)動電路，LED驅(qū)動模塊的具體組成如圖5所示。
[0038]外部電源經(jīng)過限流電阻和電子開關(guān)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(lián)后總壓降為10V，再加上限流電阻及電子開關(guān)的壓降，故外部電源選擇12V直流電源，通過調(diào)整限流電阻的壓降，將LED兩端電壓調(diào)整到一個合適的值。LED的亮度由電子開關(guān)來控制，電子開關(guān)工作在周期性打開關(guān)斷狀態(tài)，電子開關(guān)打開時，LED上有正向電流流過，LED發(fā)光，反之，LED不工作。當電子開關(guān)的開關(guān)頻率達到一定值時，比如IkHZ或更高，人眼視覺上LED處于連續(xù)光工作狀態(tài)，電子開關(guān)打開時間的占空比越大，LED亮度越高，這樣，就可以通過調(diào)整電子開關(guān)工作的占空比來調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度。這里，優(yōu)選的，電子開關(guān)為功率場效應(yīng)管，則電子開關(guān)驅(qū)動電路為功率場效應(yīng)管驅(qū)動電路。之所以選用功率場效應(yīng)管作為電子開關(guān)，因為功率場效應(yīng)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(qū)動功率場效應(yīng)管，本領(lǐng)域公知的，增加一級驅(qū)動電路，從而實現(xiàn)PWM信號對LED亮度的調(diào)節(jié)。
[0039]圖6為發(fā)光板的具體組成連接示意圖，發(fā)光板上包含由LED串聯(lián)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(lián)4個LED為例繪制的發(fā)光板組成連接情況，發(fā)光板上LED鏈路的數(shù)量以及每條鏈路上的LED數(shù)量可以根據(jù)需要進行靈活調(diào)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(diào)光系統(tǒng)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(qū)動板發(fā)出調(diào)光指令；
[0043]在驅(qū)動板上，驅(qū)動MCU收到調(diào)光指令后發(fā)送給脈寬調(diào)制及檢測模塊，脈寬調(diào)制及檢測模塊將所述調(diào)光指令轉(zhuǎn)換成PWM信號，并基于該PWM信號對LED驅(qū)動模塊上的電子開關(guān)的打開時間占空比進行控制以生成PWM驅(qū)動信號，發(fā)送給發(fā)光板，用于改變發(fā)光板上LED的點売效果。
[0044]發(fā)光板針對收到的PWM驅(qū)動信號，向驅(qū)動板的脈寬調(diào)制及檢測模塊發(fā)送PWM回路信號，脈寬調(diào)制及檢測模塊基于PWM回路信號檢測出所述發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)。
[0045]主控板依次向各LED燈組下發(fā)狀態(tài)查詢指令，當某一 LED燈組的驅(qū)動板收到狀態(tài)查詢指令后，驅(qū)動板上的驅(qū)動MCU將所述狀態(tài)查詢指令發(fā)送給脈寬調(diào)制及檢測模塊，脈寬調(diào)制及檢測模塊收到所述狀態(tài)查詢指令后，將所述LED燈組各發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)反饋給主控板。
[0046]當各發(fā)光板上的LED鏈路的數(shù)量相同時，在自動調(diào)整工作模式下，主控板基于預(yù)先設(shè)定的一致性亮度需求，在LED燈組上某發(fā)光板的部分LED鏈路出現(xiàn)故障時，通過向LED燈組上的驅(qū)動板發(fā)出調(diào)光指令，將該LED燈組上其余發(fā)光板的相應(yīng)LED鏈路關(guān)閉。在人工調(diào)整工作模式下，在LED燈組上某發(fā)光板的部分LED鏈路出現(xiàn)故障時，由用戶在管理計算機上進行控制，通過主控板向驅(qū)動板發(fā)送調(diào)光指令，將該LED燈組上其余發(fā)光板的相應(yīng)LED鏈路關(guān)閉。
[0047]所述調(diào)光指令的類型包括:用于控制各LED鏈路亮度的亮度調(diào)整指令、用于控制各LED鏈路開啟或者關(guān)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(fā)的調(diào)光指令至少包括所述亮度調(diào)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(diào)制及檢測模塊的具體組成示意圖，如圖7所示，脈寬調(diào)制及檢測模塊包括:PWM產(chǎn)生模塊、與門、和狀態(tài)檢測模塊，其中，
[0049]PWM產(chǎn)生模塊基于所述亮度調(diào)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(diào)制后輸出最終用于控制電子開關(guān)的PWM信號。
[0051]狀態(tài)檢測模塊，用于基于PWM回路信號檢測出所述發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)，基于主控板發(fā)來的狀態(tài)查詢指令反饋LED鏈路的狀態(tài)信息。
[0052]本發(fā)明實施例的關(guān)鍵創(chuàng)新在點至少包括:量化LED亮度調(diào)整值，通過PWM脈寬調(diào)制及檢測模塊實現(xiàn)高精度的亮度控制。以軟件控制的形式實現(xiàn)LED燈組內(nèi)部對應(yīng)鏈路的串行連接，保證發(fā)光板出光亮度的一致性。
[0053]與現(xiàn)有的技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0054]1.調(diào)光方便，可任意調(diào)整LED燈組的亮度、頻率、鏈路等。
[0055]2.以軟串聯(lián)的形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)慣用的硬件串聯(lián)的方法，維護使用方便。
[0056]3.信息化程度高，系統(tǒng)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(yīng)當可對本發(fā)明為達成預(yù)定目的所采取的技術(shù)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(fā)明加以限制。
【權(quán)利要求】
1.一種集控式發(fā)光二極管LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，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(qū)動板及與其連接的發(fā)光板，驅(qū)動板包括:驅(qū)動微控制單元MCU、脈寬調(diào)制及檢測模塊、LED驅(qū)動模塊，LED驅(qū)動模塊包括:連接在外部電源與發(fā)光板之間的電子開關(guān)； 管理計算機通過主控板向LED燈組上的驅(qū)動板發(fā)出調(diào)光指令； 在驅(qū)動板上，驅(qū)動MCU收到調(diào)光指令后發(fā)送給脈寬調(diào)制及檢測模塊，脈寬調(diào)制及檢測模塊將所述調(diào)光指令轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制PWM信號，并基于所述PWM信號對LED驅(qū)動模塊上的電子開關(guān)的打開時間占空比進行控制以生成PWM驅(qū)動信號，發(fā)送給發(fā)光板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，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(fā)光板上包含由LED串聯(lián)形成的LED鏈路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)光板針對收到的PWM驅(qū)動信號，向驅(qū)動板的脈寬調(diào)制及檢測模塊發(fā)送PWM回路信號，脈寬調(diào)制及檢測模塊基于PWM回路信號檢測出所述發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)； 主控板依次向各LED燈組下發(fā)狀態(tài)查詢指令，當某一 LED燈組的驅(qū)動板收到查詢指令后，驅(qū)動板上的驅(qū)動MCU將所述查詢指令發(fā)送給脈寬調(diào)制及檢測模塊，脈寬調(diào)制及檢測模塊收到所述查詢指令后，將所述LED燈組各發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)反饋給主控板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，當各發(fā)光板上的LED鏈路的數(shù)量相同時，在自動調(diào)整工作模式下，主控板基于預(yù)先設(shè)定的一致性亮度需求，在LED燈組上某發(fā)光板的部分LED鏈路出現(xiàn)故障時，通過向LED燈組上的驅(qū)動板發(fā)出調(diào)光指令，將該LED燈組上其余發(fā)光板的相應(yīng)LED鏈路關(guān)閉；在人工調(diào)整工作模式下，在LED燈組上某發(fā)光板的部分LED鏈路出現(xiàn)故障時，由用戶在管理計算機上進行控制，通過主控板向驅(qū)動板發(fā)送調(diào)光指令，將該LED燈組上其余發(fā)光板的相應(yīng)LED鏈路關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)光指令的類型包括:用于控制各LED鏈路亮度的亮度調(diào)整指令、用于控制各LED鏈路開啟或者關(guān)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(jù)權(quán)利要求5所述的集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，所述脈寬調(diào)制及檢測模塊包括=PWM產(chǎn)生模塊、與門、和狀態(tài)檢測模塊，其中， PWM產(chǎn)生模塊基于所述亮度調(diào)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(tài)檢測模塊，用于基于PWM回路信號檢測出所述發(fā)光板上LED鏈路的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，所述LED驅(qū)動模塊，還包括:用于驅(qū)動電子開關(guān)的電子開關(guān)驅(qū)動電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集控式LED燈組調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，所述電子開關(guān)為功率場效應(yīng)管，所述電子開關(guān)驅(qū)動電路為功率場效應(yīng)管驅(qū)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)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