CN207560383U - 一种基于led可见光通信的照明装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种基于LED可见光通信的照明装置，该光照明装置包括：LED照明灯具(1)、驱动电源(2)、光通信发射端(3)、光通信接收端(4)和智能控制器(5)；其中驱动电源(2)的电源输出端接LED照明灯具(1)驱动LED照明灯具(1)，智能控制器(5)带有RS485接口和WIFI接口，通过RS485实现光通信发射端(3)、光通信接收端(4)和智能控制器(5)间信号的传输，通过WIFI实现相互间的连接，构成一个整体。通过系统设计、全局控制的设计思想，实现照明系统的集中化智能控制和管理。数字化网络化的智能控制系统能最大限度地节约用电，减少维护保养费用，该LED照明光通信系统能使建筑物的照明用电节约50％以上，达到国内领先水平。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种基于LED可见光通信的照明系统领域。
背景技术
近几年来，被誉为“绿色照明”的半导体LED照明技术发展迅猛。LED属于典型的绿色照明光源，与传统照明设备相比，LED具有使用电压低、功耗低、寿命低等优点。LED另外的突出优点是响应灵敏度高、调制性能好、发射功率大，适合用作中短距离高速无线光通信系统的光源。利用半导体LED器件高速点灭的发光响应特性，将信号调制到LED可见光上进行传输，使可见光通信与LED照明相结合，构建LED照明光通信系统。
LED可见光通信照明系统是由LED照明技术、LED驱动控制技术、光感应技术、智能控制技术、通讯技术等组成的一套对照明系统进行智能控制的方案，完整地实现对光源亮度、色温、场景、开关、时间等因素进行组合控制，不仅体现了照明的功能性，更能达到节能环保、智能便捷的目的。LED可见光通信照明系统从大的方面可分为硬件部分和软件部分，硬件部分包括LED照明设备、LED驱动电源、传感器、控制电路、中央控制器(智能控制器)等，软件部分涉及系统控制程序。
LED可见光通信照明系统能根据环境光照的强弱来改变自身亮度，从而产生节能效果。脉宽调制(调制脉冲宽度)通过调节脉冲的占空比，来调节电压、电流、功率。PWM调光可以提供高质量的白光，应用简单，效率高，实现起来比较容易，可以应用在LED照明光通信系统中。
发明内容
技术问题：本实用新型主要解决的技术问题是提出一种基于LED可见光通信的照明装置，该装置不仅能提供区域照明，而且可以通过单片机技术实现智能监测、智能控制，可以根据周围环境的亮度，自行调节灯具的亮度，也可以人为控制灯具的亮度。
技术方案：本实用新型是一种基于LED可见光通信的照明装置，该光照明装置包括：LED照明灯具、驱动电源、光通信发射端、光通信接收端和智能控制器；其中驱动电源的电源输出端接LED照明灯具驱动LED照明灯具，智能控制器带有RS485接口和WIFI接口，通过RS485实现光通信发射端、光通信接收端和智能控制器间信号的传输，通过WIFI实现相互间的连接，构成一个整体。
其中，
所述的驱动电源带PWM调光功能，包括顺序串联连接的EMI滤波电路、整流电路、有源功率因数校正APFC电路、隔离变压器、输出驱动电路、PWM调光电路，驱动LED照明灯具。
所述的光通信发射端包括顺序串联连接的USB接口、USB-UART桥电路、C8051控制电路、低通滤波电路。
所述的光通信接收端包含顺序串联连接的信号调理电路、C8051控制电路、USB-UART桥电路、USB接口。
所述的智能控制器，其信号输入模块实现相应传感器信号输入单片机数据通道，在控制系统软件中，分别将红外线探测器的信号与声音传感器的信号经过整流放大处理后处理成开关数据，然后输入到处理器中进行运算；经过整流放大的环境补光，光强大探测系统产生的信号分两路，一路为布尔值，并与前两路信号处理后产生的输出进行运算，由此产生决定灯具开关的开关信号；另外一路将环境数据A/D转换，然后作为系统调节亮度的控制信号编码输出到系统的输出模块，通过控制LED发光亮度而实现智能照明。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1.通过系统设计、全局控制的设计思想，实现照明系统的集中化智能控制和管理。数字化网络化的智能控制系统能最大限度地节约用电，减少维护保养费用，该LED照明光通信系统能使建筑物的照明用电节约50％以上，达到国内领先水平。
2.创新性地设计LED数字化自动调光，不仅可以人为地设置光照亮度，还可以根据环境情况自行调整光照亮度，通过信息技术实现对调光系统的数字化，实现调光的智能控制。
自动控光，效果丰富，功能强大。基于LED可见光通信的照明系统具有对LED光源进行控光的功能，光效、色温、显色指数能智能化地控制，达到最佳效果，可以根据有人无人状况、天气状况自动控制照明环境。
自动化照明控制，集中管理，节约能源。基于LED可见光通信的照明系统具有编程功能，可设置时间、亮度、照度控制参数，通过计算机系统集中管理和控制。由于使用了自动化照明控制，LED可见光通信照明系统只需一台计算机就可对整个照明区域实现合理的能源管理，不仅减少了不必要的耗电开支，同时也降低了用户的运行维护费用，在节能发面比传统照明控制节电30％以上。
管理和维护方便，节省费用。具有智能探测和智能控制功能，定时发送信号检测照明系统的故障并分析事故发生的位置，通过手机app自如地控制照明区域灯光的变化。控制器定时检测照明线路，当某个灯具不能正常照明时，控制器报警并显示故障灯具的位置。LED照明光通信系统将人为的开关转换成智能化管理，不仅使照明管理者能将其高素质的管理意识运用于系统中，同时大大减少照明系统运行维护费用。
具有智能时钟功能。可以通过定时/计数器模块、实时时钟模块和开门狗模块，编写照明设备的时间控制程序，将照明区域内的照明设备分为若干组别，通过时间区域程序设置菜单，设定这些照明设备的起停程序。每天照明系统按计算机预先编制好的时间程序，自动的控制各个照明区域的照明。
设备智能化控制，减少破坏，延长寿命。在LED照明光通信系统中，由于可通过系统合理地设置电压限制，可以避免或降低电网电压及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具、延长灯具寿命的作用。
驱动电源中的PWM调光电路可以控制PWM信号，使输出电流发生变化来控制LED灯具的亮度。
附图说明
图1：带PWM调光功能驱动电源硬件结构图；
图2：驱动电源EMI滤波电路；
图3：驱动电源整流滤波电路；
图4：驱动电源APFC电路原理图；
图5：驱动电源PWM调光电路原理图；
图6：光通信发射机结构图；
图7：光通信接收机结构图；
图8：本实用新型的总体结构示意图，其中有：LED照明灯具1、驱动电源2、光通信发射端3、光通信接收端4、智能控制器5。
具体实施方式
本实用新型公开一种基于LED可见光通信的照明装置，包括：LED照明灯具、驱动电源、光通信发射机、光通信接收机和智能控制器。
所述驱动电源带PWM调光功能，主要包含EMI滤波电路、整流电路、有源功率因数校正(APFC)电路、隔离变压器、输出驱动电路、LED灯组、PWM调光电路等。
进一步地：所述EMI滤波电路中，C1和C2采用薄膜电容器，容量设置为0.1uF，主要用来抑制串模干扰。为了减少漏电流，C3和C4的电容值不得大于0.1uF，此处设置为2.2nF，C3和C4的中点接地并接于输出端，这样可以很好地抑制共模干扰。电容的耐压值不低于250VAC。电感L3对串模信号不起作用，只对共模信号表现出很大的感抗，使共模信号很难经过，故L3被称为共模扼流圈。另外，如想改善低频信号衰减的特性，应该适量地增加电感值。
进一步地：所述整流滤波电路采用桥式整流滤波电路，四个二极管组成整流桥。电容C5和C6构成滤波电路，22uF的C5滤低频，0.1uF的C6滤高频。输出的交流纹波与电容有关，电容容量增大，输出的交流纹波减少。
进一步地：所述APFC电路中，采用ST公司的L6562A功率因数校正电路的芯片，APFC电路如下图所示。所述APFC电路，整流桥输出的直流电通过电阻R3给L6562A的VCC引脚的电解电容充电，当电解电容上的电压大于L6562A的启动电压时，L6562A启动；在L6562A芯片的ZCD引脚和变压器绕组间需加入限流电阻；L6562A工作在临界导通状态，在功率开关管关断的时候，发生开关损耗；
进一步地：所述PWM调光电路可以控制PWM信号，使输出电流发生变化来控制LED灯具的亮度。PT4205构成PWM调光电路，电路主要由芯片PT4205、电流采样电阻R15和滤波电感L4组成。上电后，驱动电源的输出电压加载在引脚VIN上，为PT4205提供供电电源，PT4205通过检测电流采样电阻R15的大小变换获得电压，经内部比较器得到恒定输出电流，滤波电感L4对输出电流滤波，减少输出电流的纹波。PWM信号添加在PT4205的3脚(DIM)可以实现调光功能，当3脚(DIM)电压小于0.3V时，LED电流为0；电压大于2.5V时，电流最大。
所述光通信发射端包含USB接口、USB-UART桥电路、C8051控制电路、低通滤波电路。
进一步地：所述USB接口，发射机接入PC等数据发送设备，提供系统5V的电源电压，并将待发数据发送给发射机。
进一步地：所述USB-UART桥电路采用Silicon Lab公司的CP2104实现USB和UART通信协议转换，将PC机发送的数据送入单片机控制电路，实现PC机等数据发送设备和发射机的通信。
进一步地：所述C8051控制电路的核心器件为高速、低功耗、内置10位D/A的Intel公司的C8051单片机。数据接收设备发送来的数据信息在C8051单片机控制下输出4进制脉冲位置调制信号。
进一步地：所述低通滤波电路采用通带约为30KHz的低通滤波器，用于消除寄生信号的干扰。
所述光通信接收端包含信号调理电路、C8051控制电路、USB-UART桥电路、USB接口。
进一步地：所述信号调理电路由信号转换与限幅电路、带通滤波电路和信号放大电路组成。变化的光信号由发光二极管检测出来后，首先经过第一级运放电路实现电流电压信号的转换，且在第一级运放电路中加入限幅电路，从而实现对强光信号的检测。转换得到的电压信号通过带通滤波器滤除干扰信号后，输入约15dB增益的放大电路进行放大，放大后的信号输出到单片机控制电路进行信号解调。
进一步地：所述C8051单片机中10位A/D对接收信号进行抽样判决，从而实现4PPM调制信号的解调。
进一步地：所述USB-UART桥电路采用CP2104实现USB和UART通信协议转换，实现接收机与PC机等数据接收设备的通信。
接收机通过USB接口与PC机等数据接收设备相连，提供5V电源电压，并将接收数据发送给PC机等数据接收设备显示。
所述LED照明光通信系统软件设计采用模块化设计思想，以主程序为核心设置功能模块子程序以简化设计结构。运行过程中，通过主程序调用各功能模块子程序，因此灯具控制实时要求不高，循环控制即可满足要求。
LED照明光通信系统工作软件主要完成以下功能：信号输入模块实现相应传感器信号输入单片机数据通道，在控制系统软件中，分别将红外线探测器的信号与声音传感器的信号经过整流放大处理后处理成开关数据，然后输入到处理器中进行运算；经过整流放大的环境补光，光强大探测系统产生的信号分两路，一路为布尔值，并与前两路信号处理后产生的输出进行运算，由此产生决定灯具开关的开关信号；另外一路将环境数据A/D转换，然后作为系统调节亮度的控制信号编码输出到系统的输出模块，达到控制LED发光亮度的目的，实现智能照明。
Claims (4)
1.一种基于LED可见光通信的照明装置，其特征在于该照明装置包括：LED照明灯具(1)、驱动电源(2)、光通信发射端(3)、光通信接收端(4)和智能控制器(5)；其中驱动电源(2)的电源输出端接LED照明灯具(1)驱动LED照明灯具(1)，智能控制器(5)带有RS485接口和WIFI接口，通过RS485实现光通信发射端(3)、光通信接收端(4)和智能控制器(5)间信号的传输，通过WIFI实现相互间的连接，构成一个整体。
2.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的照明装置，其特征在于所述的驱动电源(2)带PWM调光功能，包括顺序串联连接的EMI滤波电路、整流电路、有源功率因数校正APFC电路、隔离变压器、输出驱动电路、PWM调光电路，驱动LED照明灯具(1)。
3.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的照明装置，其特征在于所述的光通信发射端(3)包括顺序串联连接的USB接口、USB-UART桥电路、C8051控制电路、低通滤波电路。
4.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的照明装置，其特征在于所述的光通信接收端(4)包含顺序串联连接的信号调理电路、C8051控制电路、USB-UART桥电路、USB接口。
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Cited By (1)
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| CN110366298A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-10-22 | 湖北省电力装备有限公司 | 一种具有可见光通信的智能灯杆系统 |
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