基于μPD7单片机的LED智能照明控制系统的设计

驱动电路

我们选用AP-28320发光二极管驱动器，制作一体化半导体灯的专用电源变换器，用于安装在半导体灯内部，串联驱动1串10～40支1瓦大功率发光二极管工作，220V交流市电供电，输出320mA稳定的单向脉动恒定电流。驱动器使用高频脉宽调制开关变换电路实现恒流控制，变换效率高，可达85%以上，工作稳定。驱动器为全密闭模块封装结构，适合在高湿度，高粉尘，强震动，对防爆有一定要求等环境下使用，非常适合室内使用，经过软件升级也可用于建筑物公共区间照明使用。

目前成熟应用的都是单粒1W的LED，很显然，做这样一个半导体灯要用50只发光管。50只LED全部串联，或者并联都存在一些问题。如果全部串联连接，如果有一粒LED开路损坏，则整灯不亮，而且50支LED全部串联，其驱动电压至少要150V，安全性减低。如果全部并联连接，有一路开或短路，则电流不均衡，影响灯具使用寿命。

从驱动技术和发光管的特性来看，多只发光管组应该优先使用串联方案。这样，只要驱动器给的电流合适，所有发光管的电流都是一样的。发光管串联使用大家常常担心一个问题，就是一个发光管开路整串都不亮了。我们对样灯打过高压，也作了突波实验。从应用实践上看，只要驱动不失控，给发光管的电流合适，发光管很少见到开路的情况，即使发光管本身质量不好出故障，一般就是自己不亮，但还是保持通路，其他管照样亮。而且发光管都有很强的过电流的能力，比如300mA的1瓦发光管短时间加600mA的电流也不会坏。所以，使用发光管时应以串联为主，这样发光管才有稳定、一致的电流，对提高灯的寿命有利。 由于管数太多，全部串联其驱动电压太高，不得不连串带并，混联。专用的LED驱动器一般是电流源，既然LED驱动器提供的是一个恒定的电流，多串并联时就必须辅以外部均流措施，均衡地把驱动器提供的总电流分配给每一串，最简单的办法就是每一串里串一个电阻均流。多串并联时首先是要使各串发光管的总管压降尽可能地保持一致，然后再串入电阻牵制电流的偏移。电阻上的压降太大功耗增加，压降太小均流效果不好，一般可以取串连管总管压降的5%左右。驱动电路如图2所示，C1为平滑电容，R1为电流整定电阻，R2为灵敏度整定电阻，R3为限流电阻;VF为每个LED正向压降，ΣVF≤0.9Vin。



显示电路

我们将400个LED分10组，每组40个。每组采用一个AP-28320作为电流源，用单片机控制可控硅的输出来调节LED的发光亮度。可在可控硅两端并联阻容吸收回路，用来吸收AP-28320与可控硅产生的谐波干扰。连接方式如图3。我们采用1W的白光LED，发光效率601m/W，预计室内亮度在2001x左右。



考虑到室外亮度越低，对室内亮度的补偿越小，所以我们安装400个LED，全部点亮其室内亮度可达2081x。

解决散热问题主要靠合理的灯体结构设计。解决方案是使用薄金属板做基板，LED可以按照使用的发光管的数目在铝板上打好孔径和发光管外径相同的孔，两个孔间距离为0.7mm，再将发光管紧配合镶嵌到金属扳上，发光管引脚在金属板后面相连。灯的外壳也用金属材料制作，装好发光管的金属板和金属外壳紧密装配，这样，灯具工作时产生的热量可以通过金属板传导到金属外壳上，金属外壳暴露在空气中，热量可以通过辐射和对流散去。为了既减小灯的体积又保证较大散热面积，灯体外壳可以采用带肋条的散热片结构。

系统软件设计

程序采用模块化设计思想。以主程序为核心设置功能模块子程序，简化了设计结构。运行过程中通过主程序调用各功能模块子程序，因为灯具控制实时要求不高，循环控制即可满足要求。该系统的工作软件主要完成以下功能：信号输入模块实现相应传感器信号输入单片机数据通道，在控制系统软件中，分别将红外线探测器的信号与声音传感器的信号经过整流放大数字化后处理成开关的布尔型数据，然后相或，经过整流放大的环境补光，光强度探测系统产生的信号分两路，一路为布尔值，并与前两路信号处理后产生的输出进行与运算，由此产生决定灯具开关的开关信号，另外一路将环境数据A/D转换，然后作为系统调节亮度的控制信号编码输出到系统的输出模块，达到控制LED发光亮度的目的，实现智能照明的目的。

测试结果

用ADS2102CA数字示波器对系统进行测试，其测试波形如图4所示。测试结果显示，即使5W MR16 LED灯驱动电路的输入交流电压纹波大于8.5V，输出LED电流仍保持1A。光的转化率级计算可达17%，对深度的调光，且顏色和其他特性不会因调光而变化。



结语

采用μPD78F0034芯片来开发LED智能照明控制系统, 不仅能够有效的实现LED照明系统智能化控制，还能够达到节能降耗的目的，并为LED照明技术的发展和推广应用提供了可能。该系统曾在实验室进行长达一年的实验，节能效果超过45%，从使用情况看，该控制系统稳定性好、可靠性高、故障率很低。此方法具有精度高、稳定性好、功能易于扩展等优点，为智能照明控制系统的设计提供一种新的设计方法，它在新型室内照明和城市照明中有非常好的应用前景。