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CN111556617A - 带检测功能的总线通讯led控制板及其控制系统 - Google Patents

带检测功能的总线通讯led控制板及其控制系统 Download PDF

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CN111556617A CN202010469796.0A CN202010469796A CN111556617A CN 111556617 A CN111556617 A CN 111556617A CN 202010469796 A CN202010469796 A CN 202010469796A CN 111556617 A CN111556617 A CN 111556617A
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盛环
侯建谊
刘晓淼
潘斌斌
傅文隆
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Abstract

本发明公开了一种带检测功能的总线通讯LED控制板及其控制系统，包括MUC主控芯片、LED驱动模块、检测电路、总线通讯模块和进行供电的电源模块；所述MUC主控芯片接收控制指令控制LED驱动模块输出驱动电源；所述检测电路对LED驱动模块输出驱动电源的电压和电流进行采样处理后发送给MUC主控芯片；所述MUC主控芯片将采样信号处理为监测数据进行上传。本发明对LED光源板老化进行预警；高精度的完成光照强度、色温、闪烁的调节；在控制系统的管理下实现远程控制光源，实现光源的统一管理。

Description

带检测功能的总线通讯LED控制板及其控制系统
技术领域
本发明涉及一种LED控制板及其控制系统，尤其涉及一种带检测功能的总线通讯LED控制板及其控制系统。
背景技术
现有LED灯的控制板往往是通过面板或者手机APP控制，需要对大量灯光进行分别控制时，往往需要逐个去操作，用户使用起来非常繁琐。
LED控制板和LED光源板是保证LED灯稳定发光的重要部件，LED控制板和LED光源板都存在老化、短路、断路等影响LED灯正常工作的故障现象。现有的LED控制板没有对工作状态的实时检测，通常依靠感光元件检测LED光源是否发生故障或老化问题，依靠感光元件检测的缺点是容易受到外界光的干扰以及精度不高，还有就是依靠设定时间来提醒更换光源板，如LED芯片厂家给出的2万小时，但是LED在不同的工作环境下老化速度不同，准确度不高。在工业照明领域，对照明的稳定性要求较高，现有的LED控制板往往都是灯光出现肉眼可见的故障后才会进行光源的更换，稳定性达不到要求。因此，设计一种带检测功能的总线通讯LED控制板及其控制系统，实现LED灯的统一控制和实时状态检测是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带检测功能的总线通讯LED控制板及其控制系统，解决现有LED控制板无法实现统一管理以及LED驱动和LED光源板无法进行实时状态检测的问题。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种带检测功能的总线通讯LED控制板，包括MUC主控芯片、LED驱动模块、检测电路、总线通讯模块和进行供电的电源模块；所述MUC主控芯片通过总线通讯模块接收控制指令，并根据控制指令控制LED驱动模块输出驱动电源到LED负载接线端子；所述检测电路对LED驱动模块输出驱动电源的电压和电流进行采样处理，并将采样信号发送给MUC主控芯片；所述MUC主控芯片将采样信号处理为监测数据通过总线通讯模块进行上传。
进一步地，所述检测电路包含分压电阻R1、电压采样电阻R2、电流采样电阻R3以及运算放大电路，所述分压电阻R1、电压采样电阻R2和电流采样电阻R3依次串联，所述分压电阻R1的正极连接到LED驱动模块输出端的正极，所述电压采样电阻R2的负极连接到LED驱动模块输出端的负极；所述分压电阻R1的正极连接到LED负载接线端子的正极，所述电流采样电阻R3的负极连接到LED负载接线端子的负极；所述运算放大电路包括运算放大器F1和F2，所述运算放大器F1采集电压采样电阻R2两端的压差UR2，所述运算放大器F2采集电流采样电阻R3两端的压差UR3，所述运算放大器F1和F2的输出端连接到MUC主控芯片。
进一步地，所述检测电路监测的LED驱动模块的输出电压Uout的计算公式为：
Figure BDA0002513922660000021
其中，UR2为R2两端的压差，R1为分压电阻R1的阻值，R2为电压采样电阻R2的阻值，Ad为运算放大电路的增益倍数；LED驱动模块的输出电流Iout的计算公式为：
Figure BDA0002513922660000022
其中，UR3为R3两端的压差，R3为电流采样电阻R3的阻值。
进一步地，所述MUC主控芯片发出PWM信号控制LED驱动模块；所述LED驱动模块根据PWM信号的占空比输出相同占空比的恒流驱动电源。
进一步地，所述电源模块输入端设有EMC电路，所述EMC电路抑制和消除电源模块的强电磁干扰；所述电源模块为AC/DC转换电源或者DC/DC转换电源。
进一步地，所述LED负载接线端子连接到LED光源板的接线端子来驱动LED光源板。
进一步地，所述MUC主控芯片中部署有固件程序，所述固件程序包括初始化模块、数据交互模块、LED控制模块及检测模块；所述初始化模块在MUC主控芯片上电时进行初始化设置，具体包括：MUC主控芯片引脚初始化、串口初始化、协议初始化以及LED控制板逻辑参数加载；所述数据交互模块对收到的控制指令进行分析处理；所述LED控制模块根据数据交互模块对控制指令的分析调制PWM信号的输出，包括灯光的开关、明暗、色温以及闪烁频率的调解；所述检测模块对电压和电流采样信号进行采样、滤波和记录处理后得到监测数据；所述数据交互模块将检测模块的监测数据上传。
本发明为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种控制系统，包括可编程控制器和人机交互界面，所述可编程控制器通过总线通讯连接到多个LED控制板的总线通讯模块，并通过总线通讯模块与LED控制板进行数据指令交互；所述可编程控制器通过LED控制板对LED控制板连接的LED光源板进行控制，包括LED光源板的启动停止、运行模式、状态监测及故障报警；所述人机交互界面进行数据的输入和显示。
进一步地，所述人机交互界面在LED光源板使用前获取LED光源板的初始化数据并传输给可编程控制器，包括LED光源板在不同发光亮度值时的初始伏安特性；所述LED控制板实时监测输出到LED光源板的电压和电流，并将电压和电流作为监测数据发送到可编程控制器；所述可编程控制器根据电压和电流值得到实时伏安特性，所述可编程控制器将实时伏安特性与初始伏安特性进行比对；当检测到LED光源板的实时伏安特性对比初始伏安特性偏差范围在10％-80％时，认定LED控制板和/或LED光源板老化，人机交互界面发出建议更换灯具设备信息；当检测到LED光源板的实时伏安特性对比始伏安特性偏差范围超过80％时，认定LED控制板和/或LED光源板故障，人机交互界面发出声光报警信息，提醒立即更换灯具设备，若有备用灯具，则立即启用备用灯具。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的带检测功能的总线通讯LED控制板及其控制系统，LED控制板采用检测电阻检测LED驱动输出两端的电流及电压，控制系统根据电流电压计算LED光源板的伏安特性，与出厂时不同亮度下的伏安特性曲线对比，根据伏安特性曲线的偏离情况判断LED光源是否出现老化、短路断路及部分短路断路现象，在出现短路、断路时发出报警，对LED光源板老化进行预警，避免出现光照强度不够或光源故障现象；采用了MUC主控芯片，能高精度的完成光照强度、色温、闪烁的调节；采用总线通讯具有布线少、抗干扰能力强、通讯距离远、集中化控制、响应速度快的优点；在控制系统的管理下实现远程控制光源，实现光源的统一管理；实时监测光源板状态，给出维护建议，在照明稳定性有着较高要求的应用领域发挥作用。
附图说明
图1为本发明实施例中带检测功能的总线通讯LED控制板架构图；
图2为本发明实施例中检测电路原理图；
图3为本发明实施例中固件程序流程图；
图4为本发明实施例中控制系统架构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明实施例中带检测功能的总线通讯LED控制板架构图。
请参见图1，本发明实施例的带检测功能的总线通讯LED控制板，包括MUC主控芯片、LED驱动模块、检测电路、总线通讯模块和进行供电的电源模块；所述MUC主控芯片通过总线通讯模块与控制系统进行协议转换和数据指令交互；所述MUC主控芯片通过总线通讯模块接收到控制系统发来的控制指令，并根据控制指令控制LED驱动模块输出驱动电源到LED负载接线端子；所述检测电路对LED驱动模块输出驱动电源的电压和电流进行采样处理，并将采样信号发送给MUC主控芯片；所述MUC主控芯片将采样信号处理为监测数据通过总线通讯模块上传到控制系统。
具体地，本发明实施例的带检测功能的总线通讯LED控制板，MUC主控芯片发出PWM信号控制LED驱动模块；所述LED驱动模块根据PWM信号的占空比输出相同占空比的恒流驱动电源。所述LED负载接线端子连接到LED光源板的接线端子来驱动LED光源板。
优选地，本发明实施例的带检测功能的总线通讯LED控制板，电源模块输入端设有EMC电路，所述EMC电路抑制和消除电源模块的强电磁干扰；所述电源模块为AC/DC转换电源或者DC/DC转换电源。
请参见图2，本发明实施例的带检测功能的总线通讯LED控制板，检测电路包含分压电阻R1、电压采样电阻R2、电流采样电阻R3以及运算放大电路，所述分压电阻R1、电压采样电阻R2和电流采样电阻R3依次串联，所述分压电阻R1的正极连接到LED驱动模块输出端的正极，所述电压采样电阻R2的负极连接到LED驱动模块输出端的负极；所述分压电阻R1的正极连接到LED负载接线端子的正极，所述电流采样电阻R3的负极连接到LED负载接线端子的负极；所述运算放大电路包括运算放大器F1和F2，所述运算放大器F1采集电压采样电阻R2两端的压差UR2，所述运算放大器F2采集电流采样电阻R3两端的压差UR3，所述运算放大器F1和F2的输出端连接到MUC主控芯片。
检测电路监测的LED驱动模块的输出电压Uout的计算公式为：
Figure BDA0002513922660000051
其中，UR2为R2两端的压差，R1为分压电阻R1的阻值，R2为电压采样电阻R2的阻值，Ad为运算放大电路的增益倍数；
LED驱动模块的输出电流Iout的计算公式为：
Figure BDA0002513922660000052
其中，UR3为R3两端的压差，R3为电流采样电阻R3的阻值。
请参见图3，本发明实施例的带检测功能的总线通讯LED控制板，MUC主控芯片中部署有固件程序，固件程序包括初始化模块、数据交互模块、LED控制模块及检测模块；所述初始化模块在MUC主控芯片上电时进行初始化设置，具体包括：MUC主控芯片引脚初始化、串口初始化、协议初始化以及LED控制板逻辑参数加载；所述数据交互模块对收到的控制指令进行分析处理；所述LED控制模块根据数据交互模块对控制指令的分析调制PWM信号的输出，包括灯光的开关、明暗、色温以及闪烁频率的调解；所述检测模块对电压和电流采样信号进行采样、滤波和记录处理后得到监测数据；所述数据交互模块将检测模块的监测数据上传。
请参见图4，本发明实施例的控制系统，包括可编程控制器和人机交互界面，所述可编程控制器通过总线通讯连接到多个LED控制板的总线通讯模块，并通过总线通讯模块与LED控制板进行数据指令交互；所述可编程控制器通过LED控制板对LED控制板连接的LED光源板进行控制，包括LED光源板的启动停止、运行模式、状态监测及故障报警；所述人机交互界面进行数据的输入和显示。
具体地，本发明实施例的控制系统，人机交互界面在LED光源板使用前获取LED光源板的初始化数据并传输给可编程控制器，包括LED光源板在不同发光亮度值时的初始伏安特性；所述LED控制板实时监测输出到LED光源板的电压和电流，并将电压和电流作为监测数据发送到可编程控制器；所述可编程控制器根据电压和电流值得到实时伏安特性，所述可编程控制器将实时伏安特性与初始伏安特性进行比对；当检测到LED光源板的实时伏安特性对比初始伏安特性偏差范围在10％-80％时，认定LED控制板和/或LED光源板老化，人机交互界面发出建议更换灯具设备信息；当检测到LED光源板的实时伏安特性对比始伏安特性偏差范围超过80％时，认定LED控制板和/或LED光源板故障，人机交互界面发出声光报警信息，提醒立即更换灯具设备，若有备用灯具，则立即启用备用灯具。
综上所述，本发明实施例的带检测功能的总线通讯LED控制板及其控制系统，LED控制板采用检测电阻检测LED驱动输出两端的电流及电压，控制系统根据电流电压计算LED光源板的伏安特性，与出厂时不同亮度下的伏安特性曲线对比，根据伏安特性曲线的偏离情况判断LED光源是否出现老化、短路断路及部分短路断路现象，在出现短路、断路时发出报警，对LED光源板老化进行预警，避免出现光照强度不够或光源故障现象；采用了MUC主控芯片，能高精度的完成光照强度、色温、闪烁的调节；采用总线通讯具有布线少、抗干扰能力强、通讯距离远、集中化控制、响应速度快的优点；在控制系统的管理下实现远程控制光源，实现光源的统一管理；实时监测光源板状态，给出维护建议，在照明稳定性有着较高要求的应用领域发挥作用。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种带检测功能的总线通讯LED控制板，其特征在于，包括MUC主控芯片、LED驱动模块、检测电路、总线通讯模块和进行供电的电源模块；所述MUC主控芯片通过总线通讯模块接收控制指令，并根据控制指令控制LED驱动模块输出驱动电源到LED负载接线端子；所述检测电路对LED驱动模块输出驱动电源的电压和电流进行采样处理，并将采样信号发送给MUC主控芯片；所述MUC主控芯片将采样信号处理为监测数据后通过总线通讯模块进行上传。
2.如权利要求1所述的带检测功能的总线通讯LED控制板，其特征在于，所述检测电路包含分压电阻R1、电压采样电阻R2、电流采样电阻R3以及运算放大电路，所述分压电阻R1、电压采样电阻R2和电流采样电阻R3依次串联，所述分压电阻R1的正极连接到LED驱动模块输出端的正极，所述电压采样电阻R2的负极连接到LED驱动模块输出端的负极；所述分压电阻R1的正极连接到LED负载接线端子的正极，所述电流采样电阻R3的负极连接到LED负载接线端子的负极；所述运算放大电路包括运算放大器F1和F2，所述运算放大器F1采集电压采样电阻R2两端的压差UR2，所述运算放大器F2采集电流采样电阻R3两端的压差UR3，所述运算放大器F1和F2的输出端连接到MUC主控芯片。
3.如权利要求2所述的带检测功能的总线通讯LED控制板，其特征在于，所述检测电路监测的LED驱动模块的输出电压Uout的计算公式为：
Figure FDA0002513922650000011
其中，UR2为R2两端的压差，R1为分压电阻R1的阻值，R2为电压采样电阻R2的阻值，Ad为运算放大电路的增益倍数；
LED驱动模块的输出电流Iout的计算公式为：
Figure FDA0002513922650000012
其中，UR3为R3两端的压差，R3为电流采样电阻R3的阻值。
4.如权利要求1所述的带检测功能的总线通讯LED控制板，其特征在于，所述MUC主控芯片发出PWM信号控制LED驱动模块；所述LED驱动模块根据PWM信号的占空比输出相同占空比的恒流驱动电源。
5.如权利要求1所述的带检测功能的总线通讯LED控制板，其特征在于，所述电源模块输入端设有EMC电路，所述EMC电路抑制和消除电源模块的强电磁干扰；所述电源模块为AC/DC转换电源或者DC/DC转换电源。
6.如权利要求1所述的带检测功能的总线通讯LED控制板，其特征在于，所述LED负载接线端子连接到LED光源板的接线端子来驱动LED光源板。
7.如权利要求1所述的带检测功能的总线通讯LED控制板，其特征在于，所述MUC主控芯片中部署有固件程序，所述固件程序包括初始化模块、数据交互模块、LED控制模块及检测模块；所述初始化模块在MUC主控芯片上电时进行初始化设置，具体包括：MUC主控芯片引脚初始化、串口初始化、协议初始化以及LED控制板逻辑参数加载；所述数据交互模块对收到的控制指令进行分析处理；所述LED控制模块根据数据交互模块对控制指令的分析调制PWM信号的输出，包括灯光的开关、明暗、色温以及闪烁频率的调解；所述检测模块对电压和电流采样信号进行采样、滤波和记录处理后得到监测数据；所述数据交互模块将检测模块的监测数据上传。
8.一种控制系统，用于控制如权利要求1-7任一项所述的带检测功能的总线通讯LED控制板，其特征在于，包括可编程控制器和人机交互界面，所述可编程控制器通过总线通讯连接到多个LED控制板的总线通讯模块，并通过总线通讯模块与LED控制板进行数据指令交互；所述可编程控制器通过LED控制板对LED控制板连接的LED光源板进行控制，包括LED光源板的启动停止、运行模式、状态监测及故障报警；所述人机交互界面进行数据的输入和显示。
9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述人机交互界面在LED光源板使用前获取LED光源板的初始化数据并传输给可编程控制器，包括LED光源板在不同发光亮度值时的初始伏安特性；所述LED控制板实时监测输出到LED光源板的电压和电流，并将电压和电流作为监测数据发送到可编程控制器；所述可编程控制器根据电压和电流值得到实时伏安特性，所述可编程控制器将实时伏安特性与初始伏安特性进行比对；当检测到LED光源板的实时伏安特性对比初始伏安特性偏差范围在10％-80％时，认定LED控制板和/或LED光源板老化，人机交互界面发出建议更换灯具设备信息；当检测到LED光源板的实时伏安特性对比始伏安特性偏差范围超过80％时，认定LED控制板和/或LED光源板故障，人机交互界面发出声光报警信息，提醒立即更换灯具设备，若有备用灯具，则立即启用备用灯具。
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