景觀燈用控制器的設(shè)計(jì)

        摘要：由單片機(jī)、電池管理及景觀燈驅(qū)動(dòng)模塊等組成的景觀燈控制器，單片機(jī)通過(guò)控制各功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池和景觀燈的管理。由檢測(cè)單元了解風(fēng)力機(jī)和太陽(yáng)能板的運(yùn)行狀態(tài)，管理蓄電池充放電、風(fēng)機(jī)泄荷及其顯示指示.地址撥盤(pán)設(shè)置節(jié)點(diǎn)地址.數(shù)傳模塊把存儲(chǔ)好的設(shè)備數(shù)據(jù)傳送給街區(qū)主節(jié)點(diǎn)控制器，再由主節(jié)點(diǎn)控制器把數(shù)據(jù)傳送的監(jiān)控中。 城市面積的日益增大，各個(gè)景觀照明亮化集中控制和管理也變的越來(lái)越困難，往往有不少城市的景觀亮化或景區(qū)的亮化在平常時(shí)節(jié)不開(kāi)啟，只在周末或國(guó)家規(guī)定的節(jié)假日開(kāi)啟，這又造成了維護(hù)人員的困難加大。聚英電子公司研發(fā)的景觀燈控制系統(tǒng)(景觀照明集中控制系統(tǒng))，采用RTU6640融合了通信技術(shù)，智能控制技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)傳感器檢測(cè)技術(shù)，微電腦芯片技術(shù)，采用移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，由上位機(jī)管理軟件、信號(hào)中繼器、ADSL網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行終端組成。

        引言

        當(dāng)前城市景觀燈的突出問(wèn)題：耗費(fèi)常規(guī)能源、 電纜布線(xiàn)費(fèi)用和工程浩大。隨著新能源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)、大功率LED等技術(shù)的發(fā)展，故采用太陽(yáng)能和風(fēng)能作為景觀燈的電源，選用大功率直流LED燈泡作為景觀燈的光源，以綜合降低景觀燈耗能。

        一、控制器的硬件結(jié)構(gòu)

        1.1 控制器的框架結(jié)構(gòu)

        圖1 景觀燈節(jié)點(diǎn)控制器結(jié)構(gòu)

        景觀燈節(jié)點(diǎn)控制器結(jié)構(gòu)如圖1。單片機(jī)通過(guò)控制各功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池和景觀燈的管理。檢測(cè)單元了解風(fēng)力機(jī)和太陽(yáng)能板的運(yùn)行狀態(tài)，管理蓄電池的充放電、風(fēng)機(jī)泄荷并由顯示單元作出指示。地址撥盤(pán)設(shè)置節(jié)點(diǎn)地址。數(shù)傳模塊把存儲(chǔ)好的設(shè)備數(shù)據(jù)傳送給該街區(qū)主節(jié)點(diǎn)控制器，再由主節(jié)點(diǎn)控制器把數(shù)據(jù)傳送的監(jiān)控中心。

        1.2主要功能模塊介紹

        1)單片機(jī)部分

        單片機(jī)是景觀控制器的核心，采用CYGNAL公司的C8051F020，其運(yùn)算速度快，內(nèi)存儲(chǔ)空間大，調(diào)試方便，具有工業(yè)級(jí)工作溫度范圍(一45～+85℃);片內(nèi)集成多通道12位和8位A/D轉(zhuǎn)換器，不必外加ADC芯片;片內(nèi)集成的2個(gè)增強(qiáng)型UART串口和1個(gè)SPI串行總線(xiàn)可用于控制器單片機(jī)和其從器件間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

        2)電池管理模塊

        蓄電池的充電方法很多，本控制器以具體蓄電池出廠充電特性曲線(xiàn)為依據(jù)，按照一定時(shí)間或階段蓄電池的可接受充電電流，控制器分階段調(diào)整實(shí)際的充電電流以近似擬合充電特性曲線(xiàn)，當(dāng)電池電壓達(dá)到控制點(diǎn)電壓時(shí)，電池轉(zhuǎn)為涓流充電。蓄電池管理模塊選擇Linear公司智能快速充電器LTC1325，

        采用單片機(jī)控制電池快速充電過(guò)程，如圖2。

        圖2 電池管理模塊

        工作原理：C8051F020與LTC1325通過(guò)指令字和狀態(tài)字進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)傳輸。其中控制字總長(zhǎng)22位，包括控制LTC1325的全部信息，狀態(tài)字表示測(cè)得的蓄電池的各種參數(shù)和充電器所處的狀態(tài)，總長(zhǎng)8位。指令通過(guò)串行接口送入LTC1325ADC對(duì)蓄電池的采集信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生10位讀數(shù)和芯片狀態(tài)字，送單片機(jī)式。在充電方式下，C805IF020根據(jù)返回的狀態(tài)字實(shí)時(shí)了解蓄電池的電壓、電流情況。然后選擇適合蓄電池狀態(tài)的充電率和充電電流，通過(guò)串行口發(fā)出指令給LTC1325使充電電流始終以近似擬合蓄電池的充電特性曲線(xiàn)，當(dāng)電池電壓達(dá)到控制點(diǎn)電壓時(shí)，電池轉(zhuǎn)為涓流充電。

        3)景觀燈驅(qū)動(dòng)模塊

        設(shè)計(jì)采用脈寬調(diào)制型恒流驅(qū)動(dòng)的方法調(diào)控大功率串聯(lián)LED的電流(圖3)。在外界環(huán)境變化時(shí)， 脈沖驅(qū)動(dòng)電流的峰值大小將發(fā)生變化，為使平均驅(qū)動(dòng)電流保持恒定，改變每個(gè)脈沖周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流的占空比使其在每個(gè)脈沖周期中的平均電流相等。

        CS700C/CS700I為三路高功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器，可驅(qū)動(dòng)350mA型和700mA型的LED，其工作電流可外接的電阻設(shè)定，工作電流可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。利用外接的場(chǎng)效應(yīng)管直接驅(qū)動(dòng)LED，可靠性高、散熱設(shè)計(jì)方便。外部輸入相應(yīng)的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)器能控制LED工作，通過(guò)外接濾波電容可使最小紋波< 5OmV，有效保障LED的工作壽命。

        PWMR-紅色PWM控制信號(hào)輸入端，低電平有效，3.3V TTL;

        PWMB：藍(lán)色PWM控制信號(hào)輸入端，低電平有效，3.3V TTL;

        PWMG：綠色PWM控制信號(hào)輸入端，低電平有效，3.3V TTL：

        選擇CS700C/CS700I為三路高功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器目的是：能在外界環(huán)境變化，如電源電壓發(fā)生跳變或照明LED光源參數(shù)有～定偏差的情況下， 為半導(dǎo)體照明LED提供恒定的平均驅(qū)動(dòng)電流，以確保其亮度和色彩沒(méi)有偏移;通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流的占空比可靈活的變換LED的色彩。

        圖3 景觀燈驅(qū)動(dòng)模塊

        二、軟件部分

        軟件系統(tǒng)采用功能模塊化設(shè)計(jì)，雖然會(huì)稍微增加軟件代碼的長(zhǎng)度，但是這有利于軟件的維護(hù)、管理和移植。

        三、結(jié)語(yǔ)

        采用新型能源和大功率直流LED燈泡設(shè)計(jì)的城市景觀燈的風(fēng)光互補(bǔ)型控制器，可降低景觀燈的耗能，具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值。