一种柔性启动节能路灯的制作方法

本实用新型属于照明自动控制技术领域，具体来说是一种柔性启动节能路灯。

背景技术：

当前城镇道路的路灯包括高压钠灯、普通LED路灯和其它灯具，其中钠灯

和普通LED路灯在通电的情况下，都是全功率的运行，以至于在夜深人静的后半夜都无法自行降低功率，造成能源浪费。且普通LED路灯从关闭到启动的过程中没有设置过渡状态，在比较黑暗的道路上，路灯突然全亮，瞬间会让人的眼睛感到很不适应。此外，现有路灯的LED灯板大多不带温度传感器，在炎热的夏季LED灯板的温度会很高，如不做出相应的处理，LED会加速老化，容易产生光衰。因LED灯珠损坏的状态大部分为开路, 而市场上的LED灯板一般采用先串后并的方式，灯珠在这种方式下工作，一旦其中的一个LED开路损坏，则整串LED灯珠将会不亮，导致路灯的亮度下降。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供一种柔性启动节能路灯，可直接取代钠灯和普通LED，达到柔性启动和节能的目的，且灯珠板电路优化，其中一个LED开路损坏不会影响到其它的LED不亮。

一种柔性启动节能路灯，其特征在于，包括36V直流开关电源、5V稳压模块、3.3V稳压模块、充电模块、钮扣锂电池、实时时钟模块、亮度传感器、红外线传感器、单片机模块、LED恒流驱动模块1、LED灯板1模块、LED灯板1温度传感器、LED恒流驱动模块2、 LED灯板2模块、 LED灯板2温度传感器；其中36V直流开关电源与5V稳压模块、LED恒流驱动模块1、LED恒流驱动模块2电连接，5V稳压模块与充电模块、3.3V稳压模块电连接，充电模块与钮扣锂电池电连接，钮扣锂电池与实时时钟模块电连接；单片机模块与3.3V稳压模块、实时时钟模块、亮度传感器、红外线传感器、LED恒流驱动模块1、LED恒流驱动模块2、LED灯板1温度传感器、LED灯板2温度传感器电连接；LED恒流驱动模块1与LED灯板1模块电连接，LED恒流驱动模块2与LED灯板2模块电连接。

进一步地，LED灯板1模块由120颗1～2W的LED灯珠和2位接线端子组成，LED灯珠采用先并后串的连接方式。

进一步地， LED灯板2模块由60颗1～2W的LED灯珠和2位接线端子组成，LED灯珠采用先并后串的连接方式。

本实用新型柔性启动节能路灯会跟据当前的综合条件（实时时钟模块的数据，亮度数据，灯板温度数据，红外线传感器数据）输出不同的功率。在任何时间段，都可以通过外部红外遥控来控制灯的开关和功率，用于路灯的检测及参数调整。白天路灯默认是关闭的，但在天色比较暗的情况下，亮度传感器会触发路灯的开启。灯板温度传感器，在灯板温度达到70度以上时，相应的灯板的功率会下降30%，当温度下降到安全值后相应的灯板会恢复之前的功率。LED灯板采用先并后串的方式相结合，具有在灯珠开路损坏的情况下不影响其它的灯珠正常工作的优点。本实用新型设有充电模块、钮扣锂电池和实时时钟模块，即使主电源断电的情况下，实时时钟模块一样能正常的工作。

开机时，由单片机控制按事先设定的调光曲线在5秒内灯光由最暗达到预先设定值，并能根据季节、节假日、时间、自动调整调光曲线，以达到高效节能的目的。能跟据LED灯板的温度，自动调整功率，起到了LED灯具过温保护，防止LED灯珠因过热而造成光衰、损坏。

本实用新型的优点：具有柔性缓慢启动、节能、无需专人管理等特点，不会对眼睛造成伤害，且检测和调试方便。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理方框图

图2是本实用新型的主电路原理图

图3是LED灯板1的结构示意图

图4是LED灯板2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施阐述如下：

如图1所示，一种柔性启动节能路灯，包括36V直流开关电源、5V稳压模块、3.3V稳压模块、充电模块、钮扣锂电池、实时时钟模块、亮度传感器、红外线传感器、单片机模块、LED恒流驱动模块1、LED灯板1模块、LED灯板1温度传感器、LED恒流驱动模块2、 LED灯板2模块、 LED灯板2温度传感器；其中36V直流开关电源与5V稳压模块、LED恒流驱动模块1、LED恒流驱动模块2电连接，5V稳压模块与充电模块、3.3V稳压模块电连接，充电模块与钮扣锂电池电连接，钮扣锂电池与实时时钟模块电连接；单片机模块与3.3V稳压模块、实时时钟模块、亮度传感器、红外线传感器、LED恒流驱动模块1、LED恒流驱动模块2、LED灯板1温度传感器、LED灯板2温度传感器电连接；LED恒流驱动模块1与LED灯板1模块电连接，LED恒流驱动模块2与LED灯板2模块电连接。

如图2所示， 36V的直流电通过接线端子P1接入，经过保险管F1（6A/250V）进行限流保护，经过Z1（SMBJ60A）进行过压保护后分为两部分，一部分输向5V稳压模块，一部分输向LED恒流驱动模块1和2。

5V稳压模块由贴片自恢复保险丝F2（0.5A/60V）、二极管D1、输入滤波电源C8、C9、稳压芯片U1(TD1501HS50)、续流二级管D2、电感L1、5V输出滤波电容C5、C7组成，向3.3V稳压模块和充电模块提供5V电源。

3.3V稳压模块由输入滤波电容C6、稳压芯片U2(AMS1117-3.3)、输出滤波电容C1、C2、C3、C4组成，R2与LED1组成3.3V电源指示灯。

充电模块由充电芯片U5(CN3058)、R29（最大充电电流设置，I= 1800／R29(4700欧)=0.38A）、R26(最高充电电压设置，V＝ 3.6＋3.04×10 -6 ×R29(150K)= 4.056V,钮扣锂电池的电压为3.6V)、充电指灯限流电阻R28、充电指标灯LED3、充电完成指标灯LED4、充电滤波电容C20、C21、 贴片自恢复保险丝F3（0.5A/30V）、3.6V钮扣锂电池组成。

实时时钟模块由分压二极管D5、D8、滤波电容C26、C25、实时时钟芯片U7(DS1338)、晶振Y2、I2C数据线上拉电阻R32、R33组成。

LED恒流驱动模块1由电源输入滤波电容C11、C12,恒流驱动芯片U3(LM3409HV)、电流采样电阻R8、R9、R10组成。MOSFET管Q1(IRFR5305)、续流二极管D3、电感L2、电容C16与电阻R17、R20用来设定关闭时间，电阻R4、R5设置芯片输入欠压锁定电压，电阻R16为PWM信号下拉电阻，用于单片机还未启动的时候恒流输出关闭，电阻R24用于LED灯板未接的情况下，形成一个直流回路。LED灯板由输出滤波电容C18,LED灯板接线端子PLED1组成。Q1在芯片内部的PWM开关信号的控制下，不断的开启和关闭。在Q1开启的情况下，36V电流经C11、C12滤波，经过电流采样电阻R8、R9、R10，经过Q1,经过电感L2向电容C18充电，电容C18上的电压达到LED灯板开启的电压后，LED灯板开启，LED灯珠被点亮。在Q1关闭时，电感L2所储的能量经过续流二极管D3向 LED灯板放电和向C18充电，电容C18所储蓄的能量也向LED灯板放电。（因R24电阻非常的大，所消耗的能量可以忽略不计）当电容两端的电压低于LED灯板的开启电压时，LED灯珠关断。当Q1开关的频率足够快，在C18的电压还未低于LED灯板的开启电压时，如Q1打开，电源经过电阻，Q1、L2向C18充电，Q1开启的时间越长，C18所充的电能就会越多，电压会越高，LED灯板就会持续点亮。在开关频率一定的情况下，通过更改Q1的导通时间即PWM的占空比，C18两端会得到一个较平滑的直流电压。改变LED灯板的电压，LED灯板的功率也随之发生改变。

LED恒流驱动模块2由电容C13、C14、C15、C17、C19,电阻R6、R7、R18、R19、R21、R25、R12、R13(R13未使用)，恒流芯片U4(LM3409HV)，MOS管Q2(IRFR5305)，电感L3，续流二极管D4，灯板接线端子PLED2组成，工作原理同LED恒流驱动模块1。

LED灯板1温度传感器由分压电阻R40、滤波电容C29、接敏电阻接线端子P6(通过导线连接到灯板的热敏电阻RT1(NTC 10K欧)组成。当温度升高时，热敏电阻的电阻值会下降，则热敏电阻两端的电压也会下降。反之，当温度下降时，热敏电阻两端的电阻值会上升，热敏电阻两端的电压也会上升。单片机通过AD采样热敏电阻两端电压的变化，计算出当前的温度，并做出相应的处理。

LED灯板2温度传感器由分压电阻R41、滤波电容C30、 接敏电阻接线端子P7、及LED灯板上的热敏电阻RT2组成，工作原理同LED灯板1温度传感器。

亮度传感器由限流电阻R39、滤波电容C31和亮度传感器Q3组成。当光照到光敏三极管后，光信号转成三极管的基极电流，基极电流经过放大后输出到单片机AD采样引脚，单片机再根据当前的信号做进一步的处理。

红外线传感器由红外线接收芯片HX1838B和滤波电容C28组成。红外芯片接收到的数据通过第1脚输出到单片机，单片机通过红外译码后，根据相应的指令做出相应的处理。

单片机模块由程序下载端子P2、运行指示灯LED2、指示灯限流电阻R27、复位电容C24、晶振Y1、晶振负载电容C22、C23、32位单片机STM32F030K6组成。STM32F030K6内核为ARM 32位 Cortex-M0 CPU,运行频率达48MHz，单片机自带32KBytes Flash，4KBytes RAM，带有CRC计算单元，内部8MHz RC带*6锁相环倍频，内部带32KHz RC振荡器，带日历型RTC集成闹钟，提供可编程电压检测器，5通道 DMA控制器，1×12 位, 1.0微秒ADC (10个采样通道), 26个高速I/O口，全部可映射为外部中断输入。4个16位定时器，一个 16位7通道高级控制定时器用于6通道 PWM 输出，带死区时间发生器和紧急刹车功能，一个16位4通道输入捕获或输出比较通道可用于4路PWM输出。两个16位1通道输入捕获或输出比较通道，独立窗口看门狗定时器, 24位向下计数SysTick 定时器 ，1个SPI接口支持4到16位可编程字长，一个I2C接口，一个USART串口，P24位端子用于给单片机下载程序。灯板的热敏电阻在温度的变化下，电阻值随之变化，电阻两端的电压也随之变化，单片机根据热敏电阻两端的电压计算出当前灯板的温度，根据当前所采集到的灯板的温度，如果超过70度，则单片机会将相应的LED灯板的功率下调30%。当灯板温度低于60度时，单片机再恢复灯板的功率。光敏三极管的输出电压信号输入到单片机AD采集通道，单片机根据亮度信号，来判断当前的亮度，在正常的运行状态下决定是否开关灯。红外线传感器输入到单片机28脚，单片机采用中断的方式译码，单片机的红外线指令数据根据所使用的红外线遥控器预先固定到单片机的Flash, 单片机根据收到的红外线数据进行译码,判断数据是测试命令还是参数，这样就能很方便的使用红外遥控器进行测试和修改灯具的运行参数。 单片机使用TIM1第一通道输出PWM信号，控制第一路恒流驱动模块1，第四通道输出PWM信号，控制第二路恒流驱动模块2。通过改变PWM信号的占空比，来调整恒流驱动模块的输出功率。单片机在刚开始启动时,占空比为0，恒流驱动模块无输出，LED灯板不亮。然后占空比慢慢增大，恒流驱动模块的输出功率也随道慢慢增大，LED灯板随之慢慢变亮，在4秒左右的时间，灯具从不亮运行到指定的亮度，实现了柔性启动。单片机通过预先设定的节能方案，每秒钟通过I2C接口从实时时钟芯片读取一次当前的日期和时间，根据读取到的日期和时间计算出灯具当前需运行的功率，再将灯具的功率数据转成PWM信号，输出到LED灯板恒流驱动模块的控制端，LED灯板恒流模块根据PWM信号，输出相应的功率，实现了按需求深度节能调光。

如图3所示， LED灯板1模块由120颗1～2W的大功率LED灯珠和2位接线端子组成，该LED灯珠最大电流超过750mA，在设计时只作1W使用，每颗LED灯珠的工作电流为300 mA。 LED损坏后的状态大部分为开路状态，所以采用先并后串的工作方式，如D1开路损坏，则3.6A的电流平分到剩下的11颗灯珠上，每颗LED灯珠的电流大约为330 mA,远低于600 mA，同一并联的LED灯珠依然工作在安全的状态下，只有一颗LED灯珠不亮，其它的LED灯珠不受影响。如果采用先串后并的工作方式,即D1～D10 一串，D11～D20 一串……D111～D120一串，然后所有的灯串进行并联，当D1开路损坏，则D1～D10十颗LED灯珠都不会亮。

如图4所示，LED灯板2模块由60颗LED1～2W的大功率LED灯珠和2位接线端子组成。接线方式和原理同LED灯板1模块。

以上描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型的电路结构设计、元器件布局、以及它的结构特征、外观形状及尺寸大小等均不是本实用新型的关键技术，也不是本实用新型要求保护的关键性技术内容，因不影响本实用新型具体实施过程和实用新型目的的实现，故不在说明书中一一说明。