技术领域
[0001] 本
发明涉及照明控制领域,具体涉及隧道灯智能模拟控制器。
背景技术
[0002] 隧道灯控制器是为隧道照明而设计的智能
开关装置。安装隧道灯控制器后,可使巡道人员在良好的照明状态下工作,同时有效地避免长明灯,节约
电能。现有的隧道灯控制器,一般包括电源模
块、
微控制器MCU模块、调光模块、4-20MA
电流转DC0-5V
电压模块、市电掉电检测模块、继电器控
制模块、时钟模块、MAX485通信模块和
液晶屏显示模块。由电源模块为整个控制器供电;微控制器MCU模块分别与4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块进行双向连接;调光模块和继电器
控制模块分别连接于微控制器MCU模块的相应输出端。
[0003] 其中,4-20MA电流转DC0-5V电压模块的作用是将光照
传感器的照度转化而来的4-20MA的电流转化为DC0-5V电压。调光模块的作用是将微控制器MCU模块输出的PWM波
信号转化为0-10V电压信号。但这种隧道灯控制器,4-20MA电流转DC0-5V电压模块中存在如下问题:(1)模块中仅仅使用一个取样
电阻,把电流转换成电压,取样电阻可以根据公式R=U/I求出,这种方式虽然简单,但存在
缺陷,由于输入的电流是4-20Ma,所以输出不可能有0V,因此达不到0-5V的要求;(2)有些是使用集成IC芯片,直接把4-20mA转为0-5V,不过成本非常高。调光模块存在如下问题:0-10V调光,大部分都是使用模拟
电路调光,即通过调节电阻的阻值,使输出的电压发生变化,模拟调光的输出调光
精度比较低。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种隧道灯智能模拟控制器,其可以成本较低的方式实现4-20MA电流转DC0-5V电压模块0-5V的输出要求,而且,调光模块的输出调光精度比较高。
[0005] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:隧道灯智能模拟控制器,电源模块、微控制器MCU模块、调光模块、4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、继电器控制模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块。由电源模块为整个控制器供电;微控制器MCU模块分别与4-20MA电流转DC0-5V电压模块、市电掉电检测模块、时钟模块、MAX485通信模块和液晶屏显示模块进行双向连接;调光模块和继电器控制模块分别连接于微控制器MCU模块的相应输出端;
4-20MA电流转直流0-5V电压模块由VCC电源、
放大器U1、稳压管U2和电阻R1-R6组成,其中,R6的阻值为250Ω,VCC电源为DC9V电压,稳压管U2与电阻R3、R4、R5构成降压电路,把VCC电源的DC9V电压转化为DC5V电压,DC5V电压经过电阻R1与放大器U1的输入端的负极连接,光照度传感器I1输出的4-20MA电流与放大器U1的输入端的正极连接,电阻R2作为反馈电阻,与放大器U1的输出端和输入端的负极连接,放大器U1输出的0-5V电压连接到微控制器MCU模块的ADC端口;
调光模块包括光耦U15、
三极管Q2和电压集成放大器U6,微控制器MCU模块的PWM0口输出0-5V的PWM波信号,经过光耦U15隔离,转换为0-3.3V的PWM波信号,PWM波经过三极管Q2放大,经过依次相串接的电阻R30和R31输入到电压集成放大器U6,电容C32、C33并联于电阻R31的两端,电容C35连接在电压集成放大器U6的第8脚,电阻R32、R33与电压集成放大器U6的第6脚连接,电阻R33的另一脚和电容C34连接到电压集成放大器U6的第7脚,电阻R32另一端和电容C34另一端连接到接地端,由电阻R32、R33决定调光模块的电压放大倍数。
[0006] 上述微控制器MCU模块采用新唐的NUC100系列的
单片机。
[0007] 采用上述方案后,本发明的隧道灯智能模拟控制器,4-20MA电流转直流0-5V电压模块只由6个电阻、1个可调稳压三极管TL431,放大器LM358组成,这些元件都非常便宜,因此成本很低。如果输入是4mA的电流,对应输出为0V,如果输入是20mA,对应输出为5V,输入电流与
输出电压成正比关系,可实现4-20MA电流转DC0-5V电压模块0-5V的输出要求。 当光照度传感器输出4mA电流时,由于R6的阻值为250Ω,因此输入到放大器U1的正向电压为1V,与负相电压相抵消,因此输出为0V,当光照度传感器输出大于4mA电流时,放大器U1作为跟随器,输出对应的电压,因此,调光模块的输出调光精度比较高。
附图说明
[0008] 图1为本发明的系统
框图;图2为图1中电源模块的电路原理图;
图3为图1中微控制器MCU模块的管脚功能分布示意图;
图4为图1中4-20MA电流转DC0-5V电压模块的电路原理图;
图5为图1中调光模块的电路原理图;
图6为图1中继电器控制模块的电路原理图;
图7为图1中市电掉电检测模块的电路原理图;
图8为图1中MAX485通信模块的电路原理图;
图9为图1中时钟模块的电路原理图。
具体实施方式
[0009] 本发明的隧道灯智能模拟控制器,如图1所示,包括电源模块1、微控制器MCU模块2、调光模块3、4-20MA电流转DC0-5V电压模块4、市电掉电检测模块5、继电器控制模块6、时钟模块7、MAX485通信模块8和液晶屏显示模块9。由电源模块1为整个控制器供电;微控制器MCU模块2分别与4-20MA电流转DC0-5V电压模块4、市电掉电检测模块5、时钟模块7、MAX485通信模块8和液晶屏显示模块9进行双向连接;调光模块3和继电器控制模块
6分别连接于微控制器MCU模块2的相应输出端。
[0010] 如图2所示,电源模块1分为四部分,第一部分为:经过稳压模块U5将市电AC220V转为直流电压15V;第二部分为:将15V经过稳压模块UM4(L78M12)转化为12V;第三部分为:将12V经过稳压模块UM5(L78M05)转化为5V;第四部分为:将5V经过稳压模块UM13(SPX1117M3-3.3)转化为3.3V。
[0011] 微控制器MCU模块2采用新唐的NUC100系列的单片机,NUC100系列内嵌Cortex-M0核,最高
频率可达到50MHZ,具有32K字节的Flash
存储器,4K字节的SRAM和4K字节用于存储ISP引导代码的ROM,具有非常丰富的外设,如GPIO口、
定时器、I2C、PWM定时器、UART、SPI、看
门狗定时器、RTC、ADC、PDMA等。
[0012] 如图3所示,微控制器MCU模块2的第25、26、27、28脚输出PWM信号,控制调光模块3,第4、21、23、24脚分别控制继电器控制模块6的4路继电器的开关,第6、7脚与时钟模块7(DS1307)连接,第37、38、39、41脚连接按键,其余的管脚作用如图3所示。
[0013] 如图4所示,4-20MA电流转直流0-5V电压模块4由VCC电源、放大器U1、稳压管U2和电阻R1-R6组成,用以把光照传感器I1的照度信号转成的4-20MA电流转化为0-5V电压。其中,R6的阻值为250Ω,VCC电源为DC9V电压,稳压管U2与电阻R3、R4、R5构成降压电路,把VCC电源的DC9V电压转化为DC5V电压,DC5V电压经过电阻R1与放大器U1的输入端的负极连接,光照度传感器I1输出的4-20MA电流与放大器U1的输入端的正极连接,电阻R2作为反馈电阻,与放大器U1的输出端和输入端的负极连接,放大器U1输出的0-5V电压连接到微控制器MCU模块2的ADC端口(第32脚)。
[0014] 如图5所示,调光模块3包括光耦U15、三极管Q2和电压集成放大器U6,调光模块3的作用是将微控制器MCU模块2输出的PWM波信号转化为0-10V电压信号。微控制器MCU模块2的PWM0口输出0-5V的PWM波信号,经过光耦U15隔离,转换为0-3.3V的PWM波信号,PWM波经过三极管Q2放大,经过依次相串接的电阻R30和R31输入到电压集成放大器U6,电容C32、C33并联于电阻R31的两端,电容C35连接在电压集成放大器U6的第8脚,电阻R32、R33与电压集成放大器U6的第6脚连接,电阻R33的另一脚和电容C34连接到电压集成放大器U6的第7脚,电阻R32另一端和电容C34另一端连接到接地端,由电阻R32、R33决定调光模块的电压放大倍数,C32、C33、C34、C35为滤波电容。
[0015] 本发明的隧道灯智能模拟控制器,能根据洞口
亮度对洞内加强照明亮度进行
跟踪控制,具体是:洞口的光照度传感器I1将亮度转
化成4-20mA电流,4-20mA电流经过4-20MA电流转直流0-5V电压模块4转成成0-5V的电压,0-5V的电压经过调光模块3转换成0-10V电压,0-10V电压直接接到
灯具的调光
接口,控制灯具驱动电源的输出电流,从而控制灯具的亮度。
[0016] 本发明的隧道灯智能模拟控制器能够接受4~20mA的标准信号。4~20mA接口既可为3线制,亦可为2线制,即DC24/12V输出、电流信号输入和地线。
[0017] 如图3、6所示,继电器控制模块6连接于微控制器MCU模块2的第4、21、23、24脚,由微控制器MCU模块2的IO口控制继电器控制模块6的4路继电器在不同时间开启,时间间隔为3-5S,关闭继电器时,微控制器MCU模块2可控制继电器同时关闭。这样,当开启加强照明灯具时,由于加强照明灯具数量众多,不宣同时开启,采用分段陆续开启。四路继电器吸合时间间隔一般在3-5S。关灯时可同步关闭。继电器设有常开和常闭触点,可接AC220V或AC380V,低压侧为5v。
[0018] 如图7所示,市电掉电检测模块5通过将市电电压进行整流,降压、然后经过光耦U13隔离,由微控制器MCU模块2判断光耦U13是否导通,从而判断是否有市电。
[0019] 本发明的隧道灯智能模拟控制器具有掉电检测功能。系统电源来自EPS,掉电检测信号来自市电。当电源掉电后,由微控制器控制输出4V可调电压。
[0020] 当微控制器MCU模块2的IO口检测到市电掉电时,微控制器MCU模块2控制PWM0口输出相对于的PWM波,经过调光模块3之后,输出4V的电压,通过微控制器可以调节调光模块3中的电压集成放大器U6的电压放大倍数,从而可调整输出电压。
[0021] 本发明控制器与上位机
软件之间通过MAX485通信模块8进行通信,上位机软件发送出来的指令通过RS232串口模块再转MAX485通信模块8与控制器进行通信,上位机软件上可以设置开关灯时间、亮度等级等参数,MAX485通信模块8的原理如图8所示。
[0022] 时钟模块9具有
实时时钟并配有备用电源,在系统掉电或更换电源情况下依旧能够长时间地工作,使时钟不至于丢失。如图9所示,时钟模块9使用DS1307,DS1307是一款低功耗芯片,该芯片可提供年份、月份、日期、天数、小时、分、秒等信息,能够自动调整每一个月的天数,并具有润年补偿功能,时钟工作在12小时模式或者24小时模式由AM/PM标志位决定,芯片的地址和数据通过两线双向的
串行总线传输,具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟,芯片内有一个内置的电源感应电路,具有掉电检测和
电池切换功能。