基于单片机的LED智能照明控制系统的设计

LED 作为第三代半导体照明光源,具有工作电压低,耗电量小,发光效率高、寿命长等优点。与传统的白炽灯、荧光灯相比,节电达到90%以上。被认为是21世纪的照明光源。

用 LED 替代白炽灯或荧光灯,环保无污染,使用安全可靠,便于维护。 LED 是一个非线性器件,当 LED 导通时,只要 LED 上的电压稍微变大,电流就会增加很多。因此,即使电压发生微小变化也会大大影响 LED 器件的工作,使电流过大甚至导致发热损坏。恒流源驱动是最佳的 LED 驱动方式。采用恒流源驱动, LED 上流过的电流将不受电压变化、环境温度变化,以及 LED 参数离散性的影响,从而能保持电流恒定,充分发挥 LED 的各种优良特性。目前广泛采用的恒流源有两种形式：一种是线性电源改进型恒流源,另一种是开关电源式恒流源。线性电源改进型恒流源的线性损耗大,适用范围小;开关电源式恒流源的可靠性较差,适应范围小,而且成本高。为克服这两种电源的缺点,我们采用了深圳光华源公司的新型恒流源器件HA22004P作为其驱动元件。目前公共建筑的照明灯具控制大多仍采用手动开关,有些使用光控和声控开关,其故障率较高,只适应于白炽灯,不适合于路灯的照明使用。从节能和提高照明效果的角度,本文阐述了一套 LED 智能照明 和恒流驱动控制系统设计方案,可以根据不同的工作环境的要求亮度来自动控制照明的开关和亮度。特别是在大功率 LED 照明系统上采用恒流源驱动,具有提高用电效率,节约电能的效果。

系统硬件设计

基于μPD78F0034为主控器件设计的 LED 智能照明 控制系统的框图如图1所示,其主要由 传感器 单元、控制器单元、 LED 驱动电路 和照明系统四部分组成。μPD78F0034芯片用于对来自于热红外 传感器 、强光 传感器 、声控 传感器 检测到的信号经过A/D转换得到的信号数据进行计算处理,将处理过的信号经D/A转换,运算放大去驱动 LED 驱动电路 和显示电路。

热红外 传感器

热红外 传感器 有三个关键性的元件：菲涅尔滤光透镜,热释电红外 传感器 (PIR),匹配低噪放大器。菲涅尔透镜一是聚焦作用,即将热红外信号折射在PIR(热释电红外 传感器 )上,第二个作用是探测警戒区内红外线能量的变化,并由系统内固化软件对所采集的数据进行运算加工,由控制系统内的控制软件通过控制逻辑来决定是否发出开灯信号。热释电红外 传感器 (PIR) 将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号,即热电转换。因此在被动红外探测器的警戒区内,当无人体移动时,热释电红外感应器感应到的只是背景温度,当人体进人警戒区,通过菲涅尔透镜,热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异,信号被采集到伺服系统以后,由软件对该新采集的数据与系统内存中已经存在的前期探测数据进行延时比较,以判断是否真的有人等红外线源进入警戒区,还是只是环境波动,甚至是元件自身内部噪声的影响,以免发生误判断。 匹配低噪放大器的作用是当探测器上的环境温度上升,尤其是接近人体正常体温(37℃)时, 传感器 的灵敏度下降,经由它对放大器的增益进行补偿,增加其灵敏度。另外由于距离等衰减因素的存在,温度 传感器 和内部软件的初始数据并不需要定在37℃这个点上,而是要综合环境因素,元件灵敏度、最近线性区段来定初始值。环境噪声探测,主要是通过探测环境中人类日常活动所产生的噪声,并与红外线部分的数据在系统内部进行或运算,以补偿在环境温度非常接近人体时红外探测不敏感而无法判定是否有人进入需要照明的区域。

强光 传感器

光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长。并且当光照强度减弱时,它的响应时间相对增加,装置在光照强度变化时,输出状态保持相对稳定。所以在多种光电探测器中选择了光敏电阻。考虑到光敏电阻对温度变化较为敏感,偏置电路中的电阻可以采用与探测元件温变系数相近的光敏电阻,以防止工作点漂移。

声控 传感器

声控 传感器 部分由声控 传感器 、音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。利用声音的相对比较,判断是否启动控制电路的开启,使用调节器可以调节给定声控 传感器 的初始值,声控 传感器 不断地把外界声音的强度与给定强度比较,超过给定的强度时,向主机发送“有声音”信号,否则发送“没有声音”的信号。

控制单元

控制单元采用单片机作为照明系统的控制核心,选用日本NEC公司的μPD78F0034芯片作为主控模块,该芯片具有8位无符号乘法指令及16位除法指令,给软件编程带来了很大的方便。

根据国家标准民用建筑照明设计标准(GBJl33-90),我们控制室内亮度在2001x左右。

本控制器设置了3套传感系统和严密的软件控制,其工