一种强弱电一体化控制设备

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种强弱电一体化控制设备。

背景技术

在高压调光灯具照明应用中，由于强电会对弱电信号产生比较大的干扰，从而影响控制系统的稳定性，因此工程施工布线需要分别铺设强电电源线和弱电信号线，由此导致了施工难度大、成本高的问题发生。

目前的传统的布线方式可参见附图1，需要将每个灯具先分别连接配电箱，然后再分别连接网络信号分配器，导致整个布线过程中需要更多更长的线材和接头，一旦设备数量过多，就会显著提升施工和材料成本，施工周期显著延长。

因此亟待一种可显著减少布线数量、提高施工速度、降低成本的强弱电一体化控制设备。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种强弱电一体化控制设备。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种强弱电一体化控制设备包括信号继电器、电源继电器、MCU控制电路及检测电路；所述信号继电器输入端与信号线电连接；所述电源继电器输入端与电源线电连接；所述信号继电器和电源继电器输出端合并成通信线与负载灯具电连接；所述MCU控制电路的端口分别与电源继电器以及信号继电器的输出控制端电连接；所述检测电路与MCU控制电路的端口电连接，用于检测通信线的电压是否大于设定电压，若电压大于设定电压，则通过MCU控制电路控制电源继电器断开；所述电源继电器与电源线之间设有去干扰电路，通过去干扰电路防止电源线对信号线产生干扰。

工作原理及有益效果：1、与现有技术相比，本方案通过MCU控制电路根据检测电路检测电源线和信号线合并后的通信线的电压来调节电源继电器的断开和导通，可避免灯具信号线和电源线错误连接导致灯具损坏，防止源线和信号线误连接，从而只需要将电源线和信号线接入到本设备中，本设备可直接安装在配电箱内，通过一根通信线连接灯具即可，显著减少了线路的数量，降低了布线难度；

2、通过去干扰电路解决了强电对弱电干扰的问题，因此通过本装置可无需将强电源线和弱信号线分别铺设，只需要单独的通信线即可，大大降低了施工难度和成本。

进一步地，所述去干扰电路包括从电源线到电源继电器输出端依次设置的第一安规电容、压敏电阻、第一共模电感、浪涌保护接地安规电容、第二共模电感及第二安规电容，所述第二安规电容与电源继电器电连接。通过去干扰电路，实现了AC 220V的通断电控制以及电源去干扰的效果，通过压敏电阻实现过压保护功能，共模电感实现滤波去干扰功能。

进一步地，所述信号继电器通过RDM中继隔离放大电路连接信号线，所述RDM中继隔离放大电路包括485进口电路和485出口电路，所述MCU控制电路上的端口分别连接485进口电路和485出口电路，通过所述信号继电器断开和导通485出口电路的A线和B线。目前由于RDM协议传输速度比较高，且双向通信，因此需要通过控制高速切换收发485进口电路和485出口电路中的485的收发状态。如果先通过MCU解码再转发，RDM应答速度可能无法跟上，导致RDM中继失败。本方案中继的时候，MCU并没有做解码，转发还是通过485进口电路和485出口电路自动转发的，MCU参与了485的收发转换控制，因此通过MCU和485配合的方式，可极大地提高RDM中继稳定性。

进一步地，所述485进口电路和485出口电路上均设有信号端口保护电路，每个所述信号端口保护电路至少包括多个防雷管、保险丝以及瞬态二极管。此方案，通过信号端口保护电路可对两个端口进行有效地保护，防雷管提供雷击浪涌保护，保险丝提供过流保护，瞬态二极管提供过压保护。

进一步地，所述MCU控制电路上还连接有故障指示灯，当检测电路检测到485出口电路的A线、B线上的电压大于设定电压时，断开电源继电器并打开故障指示灯，若超过设定时间未检测到故障，则导通信号继电器。此方案先通过一个故障检测机制来检测通信线上存在的故障，在发现错误后马上报警，而一定时间内未发生故障则导通信号继电器，可有效地避免灯具信号线和电源线错误连接导致灯具损坏的问题发生。

进一步地，所述检测电路包括与MCU控制电路的端口电连接的交流采样芯片以及与通信线电连接的分压电路，所述分压电路另一端与交流采样芯片的端口电连接，并用于将高压转换成交流采样芯片的电压范围。此方案，当485和电源线短路的时候，就会有电压，因为电源线是220V，不是低压电，进入内部信号电路可能会把电路烧坏，因此可通过分压电路来解决这个问题。

进一步地，所述分压电路上设有多个串联的电阻。电阻的组织大于等于150KΩ，可有效地防止电路被烧坏的情况发生。

进一步地，所述通信线为5芯电缆线，分别包括零线、火线、A线、B线及接地线，其中所述零线和火线为去干扰电路的零线和火线，A线和B线为485出口电路的A线、B线。采用通过的5芯电缆线可直接与多种设备连接，无需其他转接设备。

进一步地，所述RDM中继隔离放大电路的控制方法包括以下步骤：

S100、MCU控制电路控制485进口电路和485出口电路均为接收模式，此时MCU控制电路上的DE1和DE2端口均为低电平，其中DE1为485进口电路端口，DE2为485出口电路端口；

S200、MCU控制电路控制开启485进口电路和485出口电路的进出接收信号的中断检测，其中485进口电路连接MCU控制电路的INT1端口，485出口电路连接MCU控制电路的INT2端口；

S300、当485进口电路接收数据时，INT1端口收到中断信号，DE1端口保持低电平，DE2端口为高电平，同时开启50μs计时，在下次收到终端信号时，重新开始50μs计时；

S400、当DE2端口为高电平时，且计时时间到，表示数据转发完成，DE2端口输出为低电平，485出口电路切换为接收模式。

采用上述步骤，可稳定高效地实现RDM中继的功能。

进一步地，S310、当DE2端口为高电平时，开启INT1端口信号检测，当INT1端口信号为低电平时，重新开始50μs计时。采用上述步骤，可避免RDM头时序176μs，超过50μs低电平,而没有进入中断。

附图说明

图1是现有技术的布线示意图；

图2是采用本发明方案的布线示意图；

图3是本发明的结构框架图；

图4是本发明MCU控制电路一种实施例的电路示意图；

图5是485进口电路一种实施例的电路示意图；

图6是485出口电路一种实施例的电路示意图；

图7是RDM中继隔离放大电路剩余部分的电路示意图；

图8是检测电路一种实施例的部分电路示意图；

图9是RDM中继隔离放大的原理示意图；

图10是RDM时序图；

图11是去干扰电路一种实施例的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

图1为现有传统的布线方式，每个灯具先通过单独电源适配器和电源线连接，再通过信号线单独和网络信号分配器连接，多个灯具之间还需要较多的接头来接线，需要较多的布线，大大增加了材料成本，现场施工极为麻烦，后期发生故障维护也极为不方便。

为此，请参阅图3，本强弱电一体化控制设备包括信号继电器K1、电源继电器K2、MCU控制电路及检测电路，其中信号继电器和电源继电器均选用市面上可购买到的产品，而MCU控制电路主要是MCU和连接在MCU上的故障指示灯组成，MCU为市面上可购买到的单片机，其端口可见附图4所示，分别包括SCS、SCK、SDI、SDO、INT1、INT2、TXD、485OUT_CTRL、DE1、DE2及POWOUT_CTRL。

在本实施例中，将上述方案运用在实际施工中，请参阅图2，每个灯具通过单独的电源适配器直接接到本强弱电一体化控制设备中，本强弱电一体化控制设备只需要分别连接网络信号分配器和配电箱即可，可直接放置在弱电箱中。相比图1，可见图3中的电源线和信号线的长度可以明显缩短，尤其是可以节省很多对接头，也减少了很多打孔施工的步骤，更加方便走线和施工，后期维护方便。

由于RDM协议传输速度比较高，且双向通信，因此需要通过控制高速切换收发485进口电路和485出口电路中的485的收发状态。如果先通过MCU解码再转发，RDM应答速度可能无法跟上，导致RDM中继失败。本方案中继的时候，MCU并没有做解码，转发还是通过485进口电路和485出口电路中的485自动转发的，MCU参与了485的收发转换控制。

具体地，信号继电器K1输入端通过RDM中继隔离放大电路连接信号线，信号继电器K1输出端连接通信线，RDM中继隔离放大电路包括485进口电路和485出口电路，所述MCU控制电路上的端口分别连接485进口电路和485出口电路，通过所述信号继电器断开和导通485出口电路的A线和B线。目前由于RDM协议传输速度比较高，且双向通信，因此需要通过控制高速切换收发485的收发状态。如果先通过MCU解码再转发，RDM应答速度可能无法跟上，导致RDM中继失败。本方案中继的时候，MCU并没有做解码，转发还是通过485进口电路和485出口电路自动转发的，MCU参与了485进口电路和485出口电路中的485的收发转换控制，因此通过MCU和485配合的方式，可极大地提高RDM中继稳定性。485也叫RS-485，它的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，也就是A线和B线。485进口电路和485出口电路中分别具有一个485，见图6和图5中的U10和U9。

以下附图由于大小问题，因此分为多个附图展示。

在本实施例中，请参阅图5，此图展示的是485进口电路的一部分，请参阅图6，此图展示的是485出口电路的一部分，两者均设有信号端口保护电路，每个所述信号端口保护电路至少包括多个防雷管、保险丝以及瞬态二极管，还有其他部件，均在附图中以专业符号表示，如485进口电路的防雷管为D1、D2、D3，保险丝为F1、F2，瞬态二极管为T2、T4，具体设置见附图。此方案，通过信号端口保护电路可对两个端口进行有效地保护，防雷管提供雷击浪涌保护，保险丝提供过流保护，瞬态二极管提供过压保护。

在图5中芯片U9的DI端口连接TXDA，DE和RE端口连接DEA，R0端口连接RXDA，图6中芯片U10的DI端口连接TXDB，DE和RE端口连接DEB，R0端口连接RXDB，RDM中继隔离放大电路的剩余部分参见图7，图中的RXDB线对应图6中的RXDB，DEB对应DEB，其余符号同样操作，此部分通过与MCU连接实现输出灯具测试信号和中继功能的切换。

请再次参阅图4，MCU控制电路上还连接有故障指示灯LED1，当检测电路检测到A线、B线上的电压大于设定电压时，断开电源继电器K2并打开故障指示灯，若超过设定时间未检测到故障，则导通信号继电器。此方案先通过一个故障检测机制来检测通信线上存在的故障，在发现错误后马上报警，而一定时间内未发生故障则导通信号继电器K1，可有效地避免灯具信号线和电源线错误连接导致灯具损坏的问题发生。A线为图6中的485 OUTA，B线为图6中的485 OUTB。

在本实施例中，MCU控制电路的控制代码如下：

初始化中启动：

R485ON_OUT=0; //关闭485输出

PWON_OUT=1; //开启电源

主循环中调用：

if((getad_val1>=SET_V)||(getad_val2>=SET_V)) //A线、B线上电压大于设定电压

{

R485ON_OUT=0;

PWON_OUT=0; //有故障断开电源

time_s_count=0; //秒计时开启

err_state=1; //设置故障标志

ERR_LED_ON(); //开启故障指示灯

}

else

{

if((time_s_count>=10)&&(err_state==0)) //超过10秒没有检测到故障

{

R485ON_OUT=1; //开启输出

}

}，其中1代表开，0代表关。

请参阅图8，具体地，检测电路包括与MCU控制电路的端口电连接的交流采样芯片以及与通信线电连接的分压电路，所述分压电路另一端与交流采样芯片的端口电连接，并用于将高压转换成交流采样芯片的电压范围，分压电路上设有多个串联的电阻。电阻的组织大于等于150KΩ，可有效地防止电路被烧坏的情况发生。当485和电源线短路的时候，就会有电压，因为电源线是220V，不是低压电，进入内部信号电路可能会把电路烧坏，因此可通过分压电路来解决这个问题。在图8中，电阻R23连接图6中的485 OUTB，电阻R24连接图6中的485 OUTA，REF对应图4中的REF，V1P对应V1P，V1N对应V1N，V2P对应V2P，V2N对应V2N，交流采样芯片U11为常见的AD采样芯片，因此在图4中的信号继电器K1在MCU的控制下，用于485信号回路的切断，刚上电时，先把信号切断。让外部线路和内部线路不通。检测电路就是用来检测外部信号线路有没有和电源线短路。只有判断外部信号线路正常的时候，也就是没有和电源线短路，才把信号继电器K1导通。

结合以上，弱电部分电路，也就是485和MCU组成的结构如图9所示，该电路主要通过485相互转发，收发转换通过MCU来辅助控制的方法，其中RDM时序如图10所示，可见RDM时序有一个起始176μs低电平，然后是12μs高电平，然后是按字节（1位起始位，8位数据位，2位停止位）数据传输；通信速度是250KBPS，每个字节是44μs。由于起始位是低电平，传输完成后边为高电平。

结合上述特征，RDM中继的控制方法如下：

步骤一、MCU上电后控制进出两边的485模式均为接收模式,DE1为出口端的485控制，DE2为出口端的485控制信号,由于485低电平时为接收状态，此时DE1和DE2均为低电平；

步骤二、MCU 开启两边485的进出接收信号的中断检测，中断类型为下降沿有效,INT1为进口端的485接收到的信号中断，INT2为出口端的485接收到的信号中断；

步骤三、当进口端的485开始接受数据，即收到INT1中断信号时，DE1保持低电平，DE2保存高电平，即收到数据时，进口端的485为接收模式，出口为发送模式；同时开启50μs计时（保证一个字节44μs传输完成），下次收到中断信号时，重新开始50μs计时；

步骤四、当DE2为高电平时，主循环开启INT1信号检测，当INT1信号为低时，重新开始50μs计时，这样可以避免RDM头时序176μs，超过50μs低电平,而没有进入中断；

步骤五、当DE2为高电平，且计时时间到，表示数据转发完成，DE2输出为低电平，出口端的485切换为接收模式；

在本实施例中，实现的代码如下：

中断处理：

void GPABGH_IRQHandler(void)

{

if(GPIO_GET_INT_FLAG(PB,BIT4)) //出口端接收中断

{

PB14=1; //还在转发模式 DE1

de1_time=0; //重新开始计时

GPIO_CLR_INT_FLAG(PB,BIT4); //清中断标志

}

if(GPIO_GET_INT_FLAG(PB,BIT5)) //进口端接收中断

{

PB13=1; //还在转发模式 DE2

de2_time=0;//重新开始计时

GPIO_CLR_INT_FLAG(PB,BIT5); //清中断标志

}

}

主循环中执行：

if(PB4==0)

{

PB14=1; //还在转发模式

de1_time=0; //重新开始计时

}

else

{

if(de1_time>=5) //50μs计时时间到

{

de1_time=1;

PB14=0;

}

}

if(PB5==0)

{

PB13=1; //还在转发模式

de2_time=0;//重新开始计时

}

else

{

if(de2_time>=1)

{

de2_time=1;

PB13=0;

}

}。

当出口端的485开始接收数据，处理方法同进口端的485。

请参阅图11，具体地，电源继电器K2通过去干扰电路与电源线电连接，信号继电器K1和电源继电器K2输出端合并成通信线J3与负载灯具电连接，其中去干扰电路包括从电源线到电源继电器K2输出端依次设置的第一安规电容X1、压敏电阻RV、第一共模电感LP2、浪涌保护接地安规电容Y1和Y2、第二共模电感LP1及第二安规电容X2，连接关系见附图11。通过去干扰电路，实现了AC 220V的通断电控制以及电源去干扰的效果，通过压敏电阻RV实现过压保护功能，共模电感实现滤波去干扰功能，因此通过本装置可无需将强电源线和弱信号线分别铺设，大大降低了施工难度和成本，其中通信线为5芯电缆线，分别包括零线N、火线L、A线、B线及接地线，其中所述零线N和火线L为去干扰电路的零线N和火线L，A线和B线为485出口电路的A线、B线，也就是485 OUTA和485 OUTB，图中POWOUT_CTRL对应图4中的POWOUT_CTRL端口。采用通过的5芯电缆线可直接与多种设备连接，无需其他转接设备。

与现有技术相比，本方案通过MCU控制电路根据检测电路检测电源线和信号线合并后的通信线的电压来调节电源继电器K2的断开和导通，可避免灯具信号线和电源线错误连接导致灯具损坏，防止源线和信号线误连接，从而只需要将电源线和信号线接入到本设备中，本设备可直接安装在配电箱内，通过一根通信线连接灯具即可，显著减少了线路的数量，降低了布线难度。

本发明的设定时间和设定电压等需要具体数据值的设定值，均可通过实际需要或安全标准进行设定，因此并未限定具体数值。

本发明未详述部分为现有技术，未说明的部分也均在附图中表示，故本发明未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了专业术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。