一种用于智慧城市照明的led灯具控制电路
技术领域
1.本发明涉及照明设备控制技术领域，具体而言，涉及一种用于智慧城市照明的led灯具控制电路。
背景技术：
2.智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应，其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。
3.智慧城市照明系统通常设置在室外，包括供电系统、控制系统及照明系统，是必不可少的生活设施，基本遍布整个生活区域，由供电系统即供电站为照明系统供电。供电系统通常都需要安装多台led灯提供光源，以便于工作人员在夜间对站内设备进行定期或不定期的巡检；其中，主要是通过断路器开关直接控制led灯的通断，由于led灯在夜间长时间保持最大功率进行工作，从而导致led灯的电能成本较高。
技术实现要素：
4.本发明解决的问题是如何有效根据夜间光线强度自动调节led灯的亮度，降低led灯的电能成本。
5.为解决上述问题，本发明提供一种用于智慧城市照明的led灯具控制电路，包括电源转换电路、切换开关、光敏电阻、充放电开关电路、第一双向晶闸管和led灯，所述电源转换电路的输入端适于连接市电，所述电源转换电路的输出端的正极经所述led灯与所述切换开关的输入端连接，所述切换开关的第一输出端和所述电源转换电路的输出端的负极分别与所述第一双向晶闸管的两个阳极连接；
6.所述电源转换电路的输出端与所述光敏电阻和所述充放电开关电路连接，所述充放电开关电路的输入端和输出端分别与所述光敏电阻和所述第一双向晶闸管的控制极连接，以根据所述光敏电阻感应到光线强度产生的电阻值，控制所述第一双向晶闸管的导通角。
7.可选地，所述充放电开关电路包括偏置开关电路、充放电电容和放电电阻，所述偏置开关电路的输入端与所述光敏电阻连接，以根据所述光敏电阻产生的电阻值进行导通，所述充放电电容与所述偏置开关电路连接，以根据所述偏置开关电路的导通调整自身的充放电速度，所述放电电阻分别与所述充放电电容和所述第一双向晶闸管连接，以根据所述充放电电容的充放电速度产生脉冲电压并控制所述第一双向晶闸管的导通角。
8.可选地，所述偏置开关电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、单结晶体管、第一电位器和第二电位器，所述光敏电阻经所述第一电位器与所述电源转换电路的输出端的负极连接，所述第一三极管的基极与所述光敏电阻连接，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极通过所述第二电位器与所述第三
三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述单结晶体管的发射极连接，所述单结晶体管的基极分别与所述放电电阻和所述第一双向晶闸管连接。
9.可选地，还包括节能声控电路，所述节能声控电路包括声控电路、光控电路、逻辑控制电路和控制开关电路，所述逻辑控制电路的第一输入端和第二输入端分别与所述声控电路和所述光控电路连接，以接收所述声控电路将声音信号转换成的电信号，以及所述光控电路输出的高电平或低电平信号，所述逻辑控制电路的输出端与所述控制开关电路连接，以根据所述电信号以及高电平或低电平信号，驱动所述控制开关电路通断；所述控制开关电路经所述切换开关的第二输出端与所述led灯连接。
10.可选地，所述声控电路包括拾音器和放大电路，所述放大电路的输入端与所述拾音器电连接，以放大所述拾音器将声音信号转换成的电信号；所述放大电路的输出端与所述逻辑控制电路连接。
11.可选地，所述放大电路包括输入电阻、反馈电阻和三个串联连接的与非门，所述输入电阻与所述拾音器的输出端连接，所述反馈电阻并联在三个所述与非门两端，三个所述与非门的两端分别与所述输入电阻和所述逻辑控制电路连接。
12.可选地，所述节能声控电路还包括延时电路，所述延时电路包括第一二极管、第三电容、第五电阻和第五与非门，所述第一二极管的阳极与所述放大电路连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第五电阻的一端和所述第三电容连接，所述第五电阻的另一端经第五与非门与所述逻辑控制电路连接。
13.可选地，所述节能声控电路还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路设置于所述放大电路与所述第一二极管之间。
14.可选地，所述光控电路包括光敏三极管和时基芯片，所述时基芯片与所述光敏三极管连接，以根据所述光敏三极管感应到光线强度输出高电平或低电平；所述时基芯片的控制端与所述逻辑控制电路连接。
15.可选地，所述逻辑控制电路包括第四与非门和第六与非门，所述第六与非门的三端分别与所述时基芯片的控制端、所述第五与非门的输入端和所述第四与非门的输入端连接，所述第四与非门的输出端与所述控制开关电路连接。
16.与现有技术相比，本发明中电源转换电路可以将市电ac220v电压转换为直流电，当闭合切换开关和第一双向晶闸管导通时，电源转换电路可以给led灯进行供电；当供电站在夜间即光线强度比较弱时，光敏电阻无法得到光照，其阻值极大，从而使得充放电开关电路导通，并控制所述第一双向晶闸管全导通，进而使得led灯的两段被施加整个直流电压，此时led灯的亮度达到最亮；当供电站在夜间逐渐到天亮即光线强度增加时，此时光敏电阻上接收到一定的电阻值，从而使得充放电开关电路处于非饱和导通状态，并控制所述第一双向晶闸管非饱和导通，进而使得led灯的两段被施加部分直流电压，此时led灯的亮度不会达到最亮；换言之，led灯可以根据供电站场所内夜间的光线强度自动调整自身亮度，以使得led灯不会在夜间长时间保持最大功率工作，进而有效降低led灯的电能成本。
附图说明
17.图1为本发明实施例中led灯具控制电路的原理结构图之一；
18.图2为本发明实施例中led灯具控制电路的原理结构图之二。
19.附图标记说明：
20.1-电源转换电路；2-切换开关；3-光敏电阻；4-充放电开关电路；5-led灯；61-声控电路；62-光控电路；63-逻辑控制电路；64-控制开关电路；65-延时电路；66-低通滤波电路。
具体实施方式
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
22.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。
25.为解决上述技术问题，结合图1和图2所示，本发明实施例提供一种用于智慧城市照明的led灯具控制电路，包括电源转换电路1、切换开关2、光敏电阻3、充放电开关电路4、第一双向晶闸管和led灯5，所述电源转换电路1的输入端适于连接市电，所述电源转换电路1的输出端的正极经所述led灯5与所述切换开关2的输入端连接，所述切换开关2的第一输出端和所述电源转换电路1的输出端的负极分别与所述第一双向晶闸管的两个阳极连接；
26.所述电源转换电路1的输出端与所述光敏电阻3和所述充放电开关电路4连接，所述充放电开关电路4的输入端和输出端分别与所述光敏电阻3和所述第一双向晶闸管的控制极连接，以根据所述光敏电阻3感应到光线强度产生的电阻值，控制所述第一双向晶闸管的导通角。
27.需要说明的是，电源转换电路1的输入端连接市电，电源转换电路1的输出端正极依次经led灯5、切换开关2、第一双向晶闸管与电源转换电路1的输出端负极连接，从而当切换开关2和第一双向晶闸管导通或闭合时，电源转换电路1输出直流电压以给led灯5进行供电。切换开关2可以为拨动开关，也可以为单刀双掷开关等，在此不做具体限定。光敏电阻3是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件，当光敏电阻3受到一定波长范围的光照时,它的阻值(亮电阻)急剧减少,电路中电流迅速增大。双向晶闸管由npnpn五层半导休材料制成，有三个电极。双向晶闸管实际是由两个单向晶闸管反向并联构成，双向晶闸管在阴、阳两个电极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制。这两个电极实际上已经没有阳极和阴极之分，通常把这两个主电极称为tl电极和t2电极，接在р型半导体材料
上的主电极称为t电极，接在n型半导体材料上的电极称为t2电极，双向晶闸管另一个电极仍称为控制极g，或称为门极。由于充放电开关电路4与第一双向晶闸管的控制极连接，故可以控制第一双向晶闸管的导通角。led灯5是一块电致发光的半导体材料芯片，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线或金线连接芯片和电路板，四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，最后安装外壳，所以led灯的抗震性能好。通过将led灯5作为供电站的照明光源，不仅节能，而且亮度也满足现场的巡检需求。
28.本实施例中电源转换电路1可以将市电ac220v电压转换为直流电，当闭合切换开关2和第一双向晶闸管导通时，电源转换电路1可以给led灯5进行供电；当供电站在夜间即光线强度比较弱时，光敏电阻3无法得到光照，其阻值极大，从而使得充放电开关电路4导通，并控制所述第一双向晶闸管全导通，进而使得led灯5的两段被施加整个直流电压，此时led灯5的亮度达到最亮；当供电站在夜间逐渐到天亮即光线强度增加时，此时光敏电阻3上接收到一定的电阻值，从而使得充放电开关电路4处于非饱和导通状态，并控制所述第一双向晶闸管非饱和导通，进而使得led灯5的两段被施加部分直流电压，此时led灯5的亮度不会达到最亮；换言之，led灯5可以根据供电站场所内夜间的光线强度自动调整自身亮度，以使得led灯5不会在夜间长时间保持最大功率工作，进而有效降低led灯5的电能成本。
29.在本发明的一个实施例中，结合图1所示，所述充放电开关电路4包括偏置开关电路、充放电电容和放电电阻，所述偏置开关电路的输入端与所述光敏电阻3连接，以根据所述光敏电阻3产生的电阻值进行导通，所述充放电电容与所述偏置开关电路连接，以根据所述偏置开关电路的导通调整自身的充放电速度，所述放电电阻分别与所述充放电电容和所述第一双向晶闸管连接，以根据所述充放电电容的充放电速度产生脉冲电压并控制所述第一双向晶闸管的导通角。
30.需要说明的是，当供电站在夜间全黑时，光敏电阻3无法感应到光线强度，此时光敏电阻3的电阻值极大，从而使得偏置开关电路因其基极偏置电压而导通，由于所述充放电电容与所述偏置开关电路连接，以使得充放电电容进行循环快速充电和放电作业，并在放电电阻上产生脉冲电压，由于放电电阻与所述第一双向晶闸管的控制极连接，从而使得整个脉冲电压全部加到第一双向晶闸管的控制极，以使第一双向晶闸管全导通，进而使得led灯5的两端被施加电源转换电路1转换后的整个直流电压，使得led灯5以额定功率进行工作，亮度达到最高，此时工作人员在供电站内利用亮度达到最大的led灯5作为光源可以看的更加清楚，有利于巡检。
31.当供电站在夜间天逐渐亮时，光敏电阻3可以接收到一定的光照即光线强度，此时光敏电阻3具有一定电阻值，从而使得偏置开关电路因其具有适当的基极偏置电压而处于非饱和导通状态，由于所述充放电电容与所述偏置开关电路连接，以使得充放电电容充放电速度变慢，并在放电电阻上产生变化较慢的脉冲电压，由于放电电阻与所述第一双向晶闸管的控制极连接，从而使得一定脉冲电压加到第一双向晶闸管的控制极，以使第一双向晶闸管存在一定的导通角，进而使得led灯5的两端被施加电源转换电路1转换后的部分直流电压，使得led灯5以小于额定功率进行工作，达到一定的亮度，换言之，led灯5的亮度会随着夜间光线强度变大逐渐变暗，当夜间逐渐变为白天时，光线强度最大，此时led灯5的亮度最小或处于不工作状态，从而不仅实现对led灯5的自动亮度调节，不影响工作人员对供电站站内设备的定期巡视，而且还可以节约led灯5的电能。
32.在本发明的一个实施例中，结合图1所示，所述偏置开关电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、单结晶体管、第一电位器和第二电位器，所述光敏电阻3经所述第一电位器与所述电源转换电路1的输出端的负极连接，所述第一三极管的基极与所述光敏电阻3连接，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极通过所述第二电位器与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述单结晶体管的发射极连接，所述单结晶体管的基极分别与所述放电电阻和所述第一双向晶闸管连接。
33.需要说明的是，第一三极管用vt21表示，第二三极管用vt22表示，第三三极管用vt23表示，单结晶体管用vt24表示，第一电位器用rp1表示，第二电位器用rp2表示；第一三极管和第三三极管均为pnp型，第二三极管为npn型。当遮挡光敏电阻3时，在接通切换开关2时，led灯5亮度应该达到最大，若led灯5不全亮，此时可以通过调节第一电位器、第二电位器，使得led灯5亮度达到最大，从而实现对led灯5的亮度调试。
34.当供电站在夜间全黑时，光敏电阻3无法感应到光线强度，此时光敏电阻3的电阻值极大，从而使得第一三极管、第三三极管得到足够的基极负偏置电压而导通，第二三极管得到足够的基极正偏置电压而导通，然后充放电电容c4通过电阻r24进行充电，直至充放电电容c4上的电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管导通，并在放电电阻r25上产生电压降，当充放电电容c4经单结晶体管和放电电阻r25放电完毕后，此时单结晶体管又被截止，使得充放电电容c24被充电，其中，充放电电容c24的充电速度很快，则在放电电阻r25上出现一系列的脉冲电压，并加在第一双向晶闸管的控制极，使第一双向晶闸管全导通，进而使led灯5的两端被施加全部的直流电压，使得led灯5以额定功率进行工作，亮度达到最高，有利于巡检。
35.当供电站在夜间天逐渐亮时，光敏电阻3可以接收到一定的光照即光线强度，光敏电阻3无法感应到光线强度，此时光敏电阻3的电阻值极大，从而使得第一三极管具有适当的基极偏置电压，第一三极管和第二三极管处于非饱和导通状态，第三三极管的基极通过第一电位器的分压得到适当的基极偏置电压而处于非饱和导通状态，然后充放电电容c4通过电阻r24进行充电，充放电速度较慢，直至充放电电容c4上的电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管导通，并在放电电阻r25上产生电压降，当充放电电容c4经单结晶体管和放电电阻r25放电完毕后，此时单结晶体管又被截止，使得充放电电容c24被充电，则在放电电阻r25上出现变化较慢的脉冲电压，并加在第一双向晶闸管的控制极，使第一双向晶闸管存在一定的导通角，进而使led灯5的两端被施加部分的直流电压，使得led灯5以小于额定功率进行工作，产生一定亮度，当夜间逐渐变为白天时，光线强度最大，此时led灯5的亮度最小或处于不工作状态，从而不仅实现对led灯5的自动亮度调节，不影响工作人员对供电站站内设备的定期巡视，而且还可以节约led灯5的电能。
36.在本发明的一个实施例中，结合图2所示，用于智慧城市照明的led灯具控制电路还包括节能声控电路，所述节能声控电路包括声控电路61、光控电路62、逻辑控制电路63和控制开关电路64，所述逻辑控制电路63的第一输入端和第二输入端分别与所述声控电路61和所述光控电路62连接，以接收所述声控电路61将声音信号转换成的电信号，以及所述光控电路62输出的高电平或低电平信号，所述逻辑控制电路63的输出端与所述控制开关电路64连接，以根据所述电信号以及高电平或低电平信号，驱动所述控制开关电路64通断；所述
控制开关电路64经所述切换开关2的第二输出端与所述led灯5连接。
37.需要说明的是，声控电路61用于将采集到供电站站内工作人员的声音信号转换为电信号，并传输至逻辑控制电路63；光控电路62用于根据白天或夜间的光线强度输出高电平或低电平，例如当在白天光线较强时，光控电路62输出高电平；当在夜间无光环境时，光控电路62输出低电平，故光控电路62可将高电平或低电平信号传输至逻辑控制电路63。例如当处于白天光线较强时，将切换开关2切换到第二输出端输出，无论是否有声音信号，此时光控电路62均输出高电平，从而使得控制开关电路64处于断开状态，led灯5不亮；当处于夜间，且有一定响声时，逻辑控制电路63驱动控制开关电路64导通，从而使得led灯5亮；但是当声音信号消失后，逻辑控制电路63驱动控制开关电路64断开，以使led灯5关闭，从而实现对led灯5的自动开关机，实现智能化。
38.在本发明的一个实施例中，结合图2所示，所述声控电路61包括拾音器和放大电路，所述放大电路的输入端与所述拾音器电连接，以放大所述拾音器将声音信号转换成的电信号；所述放大电路的输出端与所述逻辑控制电路63连接。
39.需要说明的是，通常情况下，拾音器转换后的电信号强度较弱，从而影响其他电路的准确接收；拾音器可安装在led灯5的外侧，用于检测供电站站内是否有工作人员进入发出的响声，并将检测的声音信号转换为电信号传输至放大电路。通过放大电路可以对电信号进行放大处理，提高增益，从而有利于后级电路例如逻辑控制电路63的信号准确接收，从而可以准确的控制led灯5的工作或关闭。其中，拾音器可用ht表示，当有声音信号例如脚步声或讲话声时，由拾音器接收并将其转换为电信号。
40.在本发明的一个实施例中，结合图2所示，所述放大电路包括输入电阻、反馈电阻和三个串联连接的与非门，所述输入电阻与所述拾音器的输出端连接，所述反馈电阻并联在三个所述与非门两端，三个所述与非门的两端分别与所述输入电阻和所述逻辑控制电路63连接。
41.需要说明的是，输入电阻用r12表示，反馈电阻用r13表示，三个与非门分别用d1、d2和d3表示；其中，放大电路的放大倍数为r3/r2。在三个与非门串联连接，可以对拾音器输出的小电信号放大，再输出至逻辑控制电路63，从而便于逻辑控制电路63对控制开关电路64更加准确的控制；并且放大电路采用串联连接的三个与非门，使得电路结构更加简单、增益较高且功耗小。
42.在本发明的一个实施例中，结合图2所示，所述节能声控电路还包括延时电路65，所述延时电路65包括第一二极管、第三电容、第五电阻和第五与非门，所述第一二极管的阳极与所述放大电路连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第五电阻的一端和所述第三电容连接，所述第五电阻的另一端经第五与非门与所述逻辑控制电路63连接。
43.需要说明的是，通常情况下，在供电站进行巡检时，如果led灯5突然亮起，可能会伤害到人眼，如果突然灭掉，可能会影响工作人员的行走安全。故，通过在放大电路与逻辑控制电路63之间增加延时电路65，从而控制led灯5缓慢亮起以及缓慢关闭。第一二极管用vd1表示，第三电容用c13表示，第五电阻用r15表示，第五与非门用d5表示。
44.延时电路65的延时具体原理如下：当拾音器检测到有工作人员进入供电站站内led灯5附近时的声音信号时，并将其转换为电信号传输至放大电路，然后由放大电路对电信号进行放大，放大后的输出电压会通过第一二极管使第三电容迅速充满电，使后级电路
开始工作，从而使得逻辑控制电路63驱动控制开关电路64闭合导通，以控制led灯5缓慢亮起；当拾音器检测到声音信号消失时，由于第一二极管的单向导电性，第三电容只能通过第五电阻和第五与非门的输入端进行放电，由于第五与非门的输入阻抗很大，故放电过程比较缓慢，从而实现了延时功能。
45.在本发明的一个实施例中，结合图2所示，所述节能声控电路还包括低通滤波电路66，所述低通滤波电路66设置于所述放大电路与所述第一二极管之间。
46.需要说明的是，通常情况下，放大电路输出的直流电压信号，但是也会夹杂少量的交流信号，从而影响到逻辑控制电路63对控制开关电路64的控制准确度。故，通过在放大电路与延时电路65中第一二极管之间连接低通滤波电路66，从而可以通过低通滤波电路66滤除放大电路输出直流电压信号中的交流成分，从而提高延时电路65工作的延时准确度以及逻辑控制电路63对控制开关电路64的控制准确度。
47.其中，低通滤波电路66包括滤波电容c12和电阻r14，低通滤波电路66与放大电路与延时电路65的连接关系见图2。
48.在本发明的一个实施例中，结合图2所示，所述光控电路62包括光敏三极管和时基芯片，所述时基芯片与所述光敏三极管连接，以根据所述光敏三极管感应到光线强度输出高电平或低电平；所述时基芯片的控制端与所述逻辑控制电路63连接。
49.需要说明的是，光敏三极管用vt11表示，时基芯片用u1表示，其型号可以为ic555；在夜间无光的条件下，光敏三极管vt11截止，此时时基芯片输出低电平，但是在白天光线较强的环境中时，光敏三极管导通，以使得时基芯片输出高电平，故逻辑控制电路63可以接收到时基芯片输出的高电平或低电平信号。
50.在本发明的一个实施例中，结合图2所示，所述逻辑控制电路63包括第四与非门和第六与非门，所述第六与非门的三端分别与所述时基芯片的控制端、所述第五与非门的输入端和所述第四与非门的输入端连接，所述第四与非门的输出端与所述控制开关电路64连接。
51.需要说明的是，控制开关电路64包括三极管开关vt12、电阻r18和第二双向晶闸管vs2，第四与非门的输出端经电阻r17与三极管开关vt12的基极连接，三极管开关vt12的集电极通过电阻r18与第二双向晶闸管vs2的控制极连接，第二双向晶闸管vs2经切换开关2的第二输出端与led灯5连接。
52.逻辑控制电路63的具体工作原理如下：在白天时，切换开关2切换到第二输出端输出，无论有无声音，此时整个led灯5均未被点亮，此时光控电路62的输出端b点为高电平，第五与非门的输出端d点也为高电平，第六与非门的输出端c点为低电平，从而可以关闭第五与非门，此时无论声控电路61以及放大电路的输出高电平还是低电平，第五与非门的输出端d点恒为高电平，led灯5不亮。
53.再夜晚时，切换开关2可以切换到第二输出端输出，也可以切换到第一输出端输出，当切换到第二输出端输出时；当有拾音器检测到有声音信号时，此时判断有工作人员进入供电站内，此时led灯5缓慢亮起；当有拾音器检测到声音信号消失时，此时判断有工作人员已离开供电站内，此时led灯5缓慢关闭；其中，在夜间时，光敏三极管截止，使得时基芯片的输出端输出低电平，使得第六与非门d6的输出端c点输出高电平，从而可以打开第五与非门d5，当有声音时，延时电路65中第五与非门的输入端a点为高电平，第五与非门的输出端d
点变为低电平，使控制开关电路64导通，以使得led灯5被点亮，以提供照明电源，便于工作人员对供电站的巡检；当拾音器检测到声音信号消失后，此时延时电路65工作会延迟一段时间，从而使得第五与非门的输入端a点变为低电平，最后使得led灯5灭掉，从而实现人走灯灭的作用，更加节能。
54.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。