摘 要:文章詳細介紹了基于總線的大型LED景觀照明控制系統(tǒng)的基本原理和實現(xiàn)方法。重點講述大型景觀照明在線方案調整的控制方法及其系統(tǒng)的軟硬件設計。
1·引言
LED景觀照明智能控制系統(tǒng)是為了滿足日益增多的城市景觀照明的需求和“綠色照明工程”的要求而設計的新型控制系統(tǒng)。它包括ＰＣ機接口、主控制器、若干驅動器、連接這些模塊的雙芯總線以及用于景觀功能和參數(shù) 設置的專用管理軟件。系統(tǒng)通過ＰＣ機的專用管理軟件，對景觀照明的跑、跳、亮、閃、淡入、淡出等功能及參數(shù)進行設置。主控制器（下位機）根據(jù)相應的參數(shù)設置對驅動器發(fā)布控制命令以實現(xiàn)景觀照明的脫機控制?？刂浦噶顢?shù)據(jù)由電壓信號的脈寬來表示，由總線串行傳輸。系統(tǒng)主要用于城市大型建筑的景觀照明。
2·系統(tǒng)結構及控制方法
系統(tǒng)采用主從控制方式，包括一個主控制器、若干驅動器和ＰＣ接口。主從式控制器采用總線連接（如圖１所示）。主控制器接入２２０Ｖ交流電，通過變換向主模塊供電，并通過總線向驅動器供電?？偩€采用全兩線制方式，承擔雙重作用，一方面?zhèn)鬟f控制信號，一方面向驅動器供電。
主模塊通過向驅動器的地址發(fā)布命令來實現(xiàn)對其的控制。具有單一地址和成組地址兩種形式，景觀效果通過主模塊向各驅動器發(fā)布地址命令和成組地址命令來實現(xiàn)。
通過這種控制方式，利用ＰＣ機能夠很容易實現(xiàn)景觀照明的在線方案調整，達到柔性控制。
驅動器內有三路輸出，分別控制紅色、綠色、藍色三種顏色的ＬＥＤ燈，通過三種基色燈的組合，可以形成白色（紅、綠、藍）、紅色、黃色、淺藍（綠、藍）、綠色、藍色、粉紅等七種顏色。
3·主控制器硬件設計
主控制器負責接收ＰＣ機傳來的景觀照明控制方案及功能參數(shù)，將其變換為響應的控制命令數(shù)據(jù)，并將其調制到總線上，通過總線發(fā)送給各個驅動器（如圖1所示）。其由電源電路、ＲＳ－２３２接口電路、ＭＣＵ及外圍電路、總線輸出電路四部分組成。
電源電路為主模塊和總線提供電源，各驅動器中的控制器不再外接電源，而是采用直接從總線獲取的方式，驅動器控制的ＬＥＤ燈具另備電源。ＲＳ－２３２接口電路采用ＭＡＸ２３２專用芯片，實現(xiàn)ＰＣ機與主控制器中ＭＣＵ之間的數(shù)據(jù)通信的電平轉換。主控制器中的ＭＣＵ采用Ｍicrochip公司的ＰＩＣ１６Ｆ６３，初始設置數(shù)據(jù)及控制方案數(shù)據(jù)存儲于外圍存儲器中。主控制器通過ＲＳ－２３２接口將ＰＣ機傳來的控制信息和方案存在存儲器中，然后脫離ＰＣ機，通過調用存儲器中的控制方案和參數(shù)獨立完成控制工作。如變換方案，只需要再次設置參數(shù)即可。
總線收發(fā)電路的設計比較重要，其一方面要為總線上的驅動器提供工作電流，另一方面又要傳輸控制指令，同時還要保證總線系統(tǒng)的本身安防問題。
圖２是總線電路的原理圖。
圖中Ｑ１、Ｑ２與Ｑ３、Ｑ４是兩對互補的大功率晶體三極管；Ｑ５、Ｑ６是普通晶體三極管；Ｕ１、Ｕ２是比較器；ＭＣＵ-ＯＵＴ是連接到ＭＣＵ的引腳。
當ＭＣＵ輸出信號為低電平時，Ｕ１Ａ輸出０Ｖ，Ｕ１Ｂ輸出３０Ｖ。這樣使得Ｑ２與Ｑ６、Ｑ３導通，Ｑ１、Ｑ５與Ｑ４截止，這時電流從３０Ｖ電源流出，經(jīng)過Ｑ６、Ｑ３流向總線的ＢＵＳ-２，經(jīng)過各驅動器模塊后，從ＢＵＳ-１流回，最后經(jīng)過Ｑ２流入地，扣除晶體管的壓降，ＢＵＳ-１與ＢＵＳ-２之間的電壓為－２４Ｖ。
當ＭＣＵ輸出信號為高電平時，Ｕ１Ａ輸出３０Ｖ，Ｕ１Ｂ輸出０Ｖ。這樣使得Ｑ５、Ｑ１與Ｑ４導通，Ｑ６、Ｑ３與Ｑ２截止，這時電流從３０Ｖ電源流出，經(jīng)過Ｑ５、Ｑ１流向總線的ＢＵＳ-１，經(jīng)過各驅動器模塊后，從ＢＵＳ-２流回，最后經(jīng)過Ｑ４流入地，扣除晶體管的壓降，ＢＵＳ-１與ＢＵＳ-２之間的電壓為＋２４Ｖ。這樣當ＭＣＵ發(fā)出信號在０～５Ｖ變化時，引起了總線電壓－２４Ｖ、＋２４Ｖ的變化，從而實現(xiàn)總線信號變換。
景觀照明控制系統(tǒng)采用兩線制的總線作為系統(tǒng)傳輸介質，一旦這兩根線發(fā)生短路，就會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生毀滅性的破壞，甚至引起火災。因此，在總線收發(fā)電路的硬件設計中，考慮到防止總線短路的辦法，即總線一旦發(fā)生短路，將Ｕ１Ａ和Ｕ１Ｂ的輸出置成相同電壓，這樣總線上就沒有電流通過了，大大增強了系統(tǒng)的安全性。圖２中Ｒ２和Ｃ１構成了一個低通濾波器，所以當系統(tǒng)控制類模塊和驅動類模塊瞬間短路時，在采樣電阻Ｒ１２上形成的電壓不會影響Ｕ２Ａ反相端的輸入，從而也不會影響Ｕ２Ａ的輸出。正常情況下，穩(wěn)壓管ＺＤ１產(chǎn)生１２Ｖ的電壓，通過Ｒ３、Ｒ４的分壓，使得Ｕ２Ａ同相端的電壓大于反相端的電壓，Ｕ２Ａ的輸出為３０Ｖ。
但是，如果總線發(fā)生短路，會在采樣電阻Ｒ１２上產(chǎn)生長時間的電壓，這就會影響Ｕ２Ａ反相端的輸入，從而使得Ｕ２Ａ的輸出變?yōu)椋埃帧４藭r產(chǎn)生兩種情況，電流從Ｒ１、ＬＥＤ和Ｄ１流向Ｕ
