КОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ

Предлагаемая полезная модель относится к области схем управления и может найти свое применение для удаленного и ручного управления осветительными приборами.
В уровне техники широко известны решения, направленные на местное (ручное) и удаленное управление осветительными приборами, которые имеют входы управления. В целях повышения универсальности разработан ряд стандартов (в частности, DMX-512), позволяющих по одной линии связи управлять множеством каналов, что позволяет создавать световые картины и элементы оформления самой различной сложности.
В качестве аналога предлагаемого решения рассмотрена система и способ управления освещением по патентному документу RU 2476038 C2, 20.02.2013.
Известная система освещения содержит модуль внешнего ввода и один или более модулей освещения, каждый из которых содержит один или более модулей светоизлучающих элементов, и ведомый блок управления, функционально соединенный с ними для возбуждения упомянутых одного или более модулей светоизлучающих элементов. Каждый упомянутый ведомый блок управления соединен с возможностью осуществления связи с упомянутым модулем внешнего ввода для приема внешнего ввода от него посредством интерфейса управления, при этом интерфейс управления сконфигурирован с возможностью преобразования упомянутого внешнего ввода в соответствии с предварительно заданным внутренним протоколом управления, функционирующим посредством упомянутого ведомого блока управления для возбуждения упомянутого одного или более модулей светоизлучающих элементов в соответствии с ним.
К недостаткам системы можно отнести необходимость использования множества блоков (ведущий, ведомые) и множества преобразователей интерфейсов, что усложняет построение такой системы. Несмотря на указание на использование стандарта DMX (USITT DMX512/1990 Digital Data transmission Standard for Dimmers and Controllers, "Recommended Practice for DMX512", 1994), известная система раскрыта в обобщенном виде, использование контроллера DMX (фиг. 15) показано лишь на уровне функций, не раскрыты решения, обеспечивающие надежность и стабильность работы такого контроллера.
Предложенная полезная модель направлена на преодоление указанных недостатков уровня техники.
Полезная модель позволяет обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности работы контроллера как при местном, так и при удаленном управлении.
Для достижения указанного результата предлагается контроллер управления освещением, выполненный на базе микроконтроллера AVR ATmega8A, содержащий контакты для подключения к шине DMX512, приемопередатчик RS-485 для приема сигналов управления по шине DMX512, связанный с микроконтроллером энкодер со встроенной тактовой кнопкой для местного управления, кварцевый резонатор для задания тактовой частоты микроконтроллера, связанный с микроконтроллером трехразрядный LED-индикатор, контакты питания, контакты для программирования микроконтроллера и выходные контакты для управления осветительными устройствами, при этом контакты для подключения к шине DMX512 связаны с приемопередатчиком RS-485 через группы встречно включенных стабилитронов, контакты питания связаны с микроконтроллером и приемопередатчиком RS-485 через диод защиты от обратной полярности и интегральный стабилизатор напряжения, а выходные контакты для управления осветительными устройствами связаны с микроконтроллером через сдвоенный операционный усилитель и фильтры нижних частот второго порядка.
Для более полного раскрытия сущности полезной модели в описании даны отсылки на поясняющие чертежи, согласно которым представлены:
Фиг. 1 - принципиальная схема контроллера.
Фиг. 2 - осциллограммы выходных сигналов.
Если не упомянуто иное, далее условные обозначения в описании совпадают с обозначениями на чертежах.
Контроллер располагается на отдельной плате и имеет напряжение питания 12-15 В. Контроллер выполнен на базе микроконтроллера ATMEGA8А, тактовая частота 16 МГц. При этом предусматривается, что все элементы контроллера размещаются в едином корпусе.
В предпочтительном варианте осуществления полезная модель с соответствующим программным обеспечением предназначена для ручного и удаленного (в соответствии с протоколом DMX512) управления осветительными приборами c двумя группами светоизлучателей - «теплого» 3000 К и «холодного» 5600 К, имеющих входы управления 0-10 В.
Для этого контроллер имеет два управляющих канала (Фиг. 1, выходы А1 и А2), которые работают независимо или синхронно в соответствии с выбранным режимом и учетом предварительных установок пользователя (кривая регулирования, скорость нарастания).
Для управления выходными сигналами и режимами используется энкодер вращения (03) (далее ЭК) со встроенной тактовой кнопкой (далее КЭК) а также трехразрядный семисегментный светодиодный индикатор (BS1) для отображения параметров работы контроллера.
Контроллер имеет два способа управления:
- Ручной режим ММ (manual mode) - управление выходными сигналами с помощью вращения ЭК;
- Дистанционный режим RM (remote mode) - управление по протоколу DMX512 от удаленного пульта управления. Предварительная установка DMX512-адресов каждого канала осуществляется вручную с помощью ЭК.
Переход от ручного управления MM к дистанционному RM и обратно осуществляется длительным нажатием на кнопку энкодера (более 2 с, но менее 5 с).
Переключение между каналами А1 и А2 при ручном управлении и просмотр/установка адресов осуществляется кратковременным нажатием на КЭК, изменение значений выходных сигналов в ручном режиме и установке DMX-адресов осуществляется вращением ЭК при соответствующем выборе канала и режима.
Например, ниже представлены режимы управления двухканальным светильником. Предусмотрено два режима работы в ручном и дистанционном управлении.
0
Режим «bcL» /«bt» 1» выбирается в меню пользователя (указано далее).
Режим 1 «bcL» (bicolorLevel).
В данном режиме обеспечивается независимое управление каналами «теплого» и «холодного» излучателей, что также относится к отличительным особенностям полезной модели. Управление яркостью светодиодов (LED TminK и LED TmaxK) осуществляется независимо друг от друга по каналам 1 и 2 соответственно, выполняя переключения между каналами, как в режиме ручного, так и дистанционного (по установленным DMX адресам каналов 1 и 2) управления.
0
0
Режим 2 «bt» (bicolor T) Температура/Яркость.
Канал 1. Цветовая температура.
Диапазон цветовой температуры - Тmin…Tmax.
Отображение информации на семисегментном индикаторе:
Тmin (3000 К) => T h;hot;
Tmax (5600 К)=> T c;CLd.
В диапазоне регулирования -50…+50, 0 средняя точка (условно 4300 К).
Алгоритм регулирования для каждого из режимов представлен ниже.
Режим 1 «bcL».
В режиме регулирования цветовой температуры:
Uout1=Hi1⋅X1+Lo1 и Uout2=Hi2⋅(Х2)+Lo2 соответственно, где X1, Х2 коэффициенты пропорциональности яркости каждого канала (X1, Х2 <= 0…1) устанавливается с помощью ЭК.
0
Режим 2 «bt».
В режиме регулирования цветовой температуры:
Uout1=Hi1⋅X⋅Y+Lo1 и Uout2=Hi2⋅(1-X) Y+Lo2 соответственно, где X, Y коэффициенты пропорциональности цветности и общей яркости (X, Y <= 0…1) устанавливается с помощью ЭК.
При:
Тmin (3000К) => T h; значении Lo2=0;
Tmax (5600К)=> T c; значении Lo1=0,
где Lo1, Lo2 - Значение начального смещения для каждого канала, Hi1, Hi2 - Значение максимального выходного значения для каждого канала. Значения Lo1, Lo2, Hi1, Hi2 устанавливаются в инженерном меню контроллера.
0
Символьное обозначение номеров каналов и режимов работы «bcL b2c» /«bt» (MM/RM) отображается на LED-индикаторе в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1.
Режим
Номер канала
Поз.1 (точка)
Поз.2 (точка)
Поз3. (точка)
Режим bcL b2cММРучное управление
Канал1 Выходы: Аналог 1 ШИМ 1Управление уровнем яркости канал 1
0/1
0/1
Канал2 Выходы: Аналог 2 ШИМ 2Управление уровнем яркости канал 2
0/1
0/1
Режим bcL b2cRMУправление ДМХ
Адрес ДМХ1Управление уровнем яркости канал 1
1
1
Адрес ДМХ2Управление уровнем яркости канал 2
1
1
Режим bt<sup>0</sup>ММРучное управление
Канал1 Выходы: Аналог 1 ШИМ1Установка цветовой температуры
0/1
0/1
Канал2 Выходы: Аналог 2 ШИМ 2Установка общего уровня яркости
0/1
Режим bt<sup>0</sup>RMУправление ДМХ
Адрес ДМХ1Установка цветовой температуры
1
0
1
Адрес ДМХ2Установка общего уровня яркости
1
Примечание: 0-не горит; 1-горит; 0\1-мигает (частота 2 Гц)
Запись установленных выходных значение (ММ) и DMX-адресов (RM) производится при переходе к следующему каналу/режиму или через 5 с, если не производилось никаких действий.
Канал 2. Яркость.
Установка общей яркости светильника производится регулировкой по каналу 2. При изменении общего уровня яркости сохраняется цветовая температура - баланс относительной яркости «теплого (Тmin) и холодного (Tmax)» каналов светодиодов.
В решении предусмотрена установку минимального (программная постоянная составляющая выходного сигнала («подставка»)) и максимального значений диапазона регулирования для каждого канала в диапазоне 0-255 условных единиц для компенсации технологических разбросов интегратор - драйвер - светодиод. При нулевых значениях выходного сигнала следует отключать «подставку» для гарантированного выключения драйвера светодиода.
В качестве примера рассмотрена возможность инверсии выходных сигналов (независимо для каждого канала), настройка доступна в инженерном меню контроллера. Для перехода в инженерное меню необходимо: - выключить напряжение питания; - нажать КЭК и одновременно включить питание; - отпустить КЭК.
На индикаторе появится PSt - запрос пароля (символы). С помощью вращения ЭК необходимо ввести пароль, подтвердить нажатием на кнопку ЭК (пароль изменить нельзя).
При переходе в установку параметра DIR/INV на индикаторе отображается символы
- di1\in1- для канала 1
- di2\in2- для канала 2.
С помощью ЭК устанавливается значение di[х]\in[x] - x-номер канала, di - прямой выход (заводская установка) или in - инверсный выход каждого канала соответственно. Подтверждение и переход к следующему параметру - нажатие КЭК.
Работа контроллера осуществляется следующим образом (см. Фиг. 1, корпус, а также печатная плата, на которой размещены компоненты, не показаны).
Питающее напряжение постоянного тока 12-15 В подается на контакты X1 контроллера, проходит через диод VD1 (для защиты от обратной полярности) на интегральный стабилизатор напряжения DA1 (05). Тактовая частота микроконтроллера 16 МГц задана кварцевым резонатором BQ1.
Стабилизированное напряжение +5В с DA1 питает микроконтроллер DD2 на базе AVR ATmega8A (32 вывода) (01) и приемопередатчик RS-485 DA2 на базе MAX487 (8 выводов) (02).
Микроконтроллер формирует два выходных сигнала задания в виде ШИМ импульсов с фиксированной частотой 3,9 кГц. Коэффициент заполнения импульсов меняется от 0 до 99,5% в зависимости от текущей настройки контроллера. На фиг. 2 приведены осциллограммы выходного сигнала с выводов 13 и 14 микроконтроллера при разной величине задания.
Далее сформированные сигналы подаются на фильтры нижних частот второго порядка (R24, C9, R20, C6 и R22, C10, R23, C8), где они преобразовываются в уровень постоянного напряжения 0-5В. После сглаживания, сигналы подаются на сдвоенный операционный усилитель DA3, усиливаются в 2,1 раза для нормализации уровня 0-10В и поступают на выходные контакты X3 А1 и А2, которые и управляют подключенными светильниками.
Индикация выполнена на базе семисегментного трехразрядного LED индикатора красного цвета свечения BS1 (04). Для работы LED они подключены через соответствующие сопротивления R3-R4, R6, R8-R9, R11-R12, R15.
Емкостные С1-С5, С7, С11, С12 и резистивные R5, R7, R10, R13, R14, R21, R16 элементы выполняют обычные в данном уровне техники функции по согласованию, фильтрации или обеспечению обратной связи.
Управление контроллером осуществляется энкодером SW1 со встроенной тактовой кнопкой. Подключение энкодера осуществляется через подтягивающие резисторы R17-79. Сигналы с энкодера обрабатываются управляющей программой микроконтроллера.
В режиме дистанционного управления контроллер подключается к шине DMX512 через контакты X2, при этом требуемые величины заданий поступают с внешнего устройства управления. Входы приемопередатчика DA2 защищены от статического электричества и наводок по шине DMX512 защитными стабилитронами VD2 и VD3, которые могут представлять собой группы встречно включенных или TVS стабилитронов.
Контакты X4 на плате предназначены для программирования самого микроконтроллера по SPI интерфейсу с помощью программатора и имеют соединения как с микроконтроллером, так и с BS1.
Проведенные испытания показали реализуемость стабильного независимого управления каналами излучателей и общую надежность предложенного контроллера.