LED智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　引言

　　LED作為第三代半導(dǎo)體照明光源，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈相比，節(jié)電達(dá)到90%以上。被認(rèn)為是21世紀(jì)的照明光源。

　　用LED替代白熾燈或熒光燈，環(huán)保無(wú)污染，使用安全可靠，便于維護(hù)。LED是一個(gè)非線性器件，當(dāng)LED導(dǎo)通時(shí)，只要LED上的電壓稍微變大，電流就會(huì)增加很多。因此，即使電壓發(fā)生微小變化也會(huì)大大影響LED器件的工作，使電流過(guò)大甚至導(dǎo)致發(fā)熱損壞。恒流源驅(qū)動(dòng)是最佳的LED驅(qū)動(dòng)方式。采用恒流源驅(qū)動(dòng)，LED上流過(guò)的電流將不受電壓變化、環(huán)境溫度變化，以及LED參數(shù)離散性的影響，從而能保持電流恒定，充分發(fā)揮LED的各種優(yōu)良特性。 目前廣泛采用的恒流源有兩種形式：一種是線性電源改進(jìn)型恒流源，另一種是開(kāi)關(guān)電源式恒流源。線性電源改進(jìn)型恒流源的線性損耗大，適用范圍小;開(kāi)關(guān)電源式恒流源的可靠性較差，適應(yīng)范圍小，而且成本高。為克服這兩種電源的缺點(diǎn)，我們采用了深圳光華源公司的新型恒流源器件HA22004P作為其驅(qū)動(dòng)元件。目前公共建筑的照明燈具控制大多仍采用手動(dòng)開(kāi)關(guān)，有些使用光控和聲控開(kāi)關(guān)，其故障率較高，只適應(yīng)于白熾燈，不適合于路燈的照明使用。從節(jié)能和提高照明效果的角度，本文闡述了一套LED智能照明和恒流驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可以根據(jù)不同的工作環(huán)境的要求亮度來(lái)自動(dòng)控制照明的開(kāi)關(guān)和亮度。特別是在大功率LED照明系統(tǒng)上采用恒流源驅(qū)動(dòng)，具有提高用電效率，節(jié)約電能的效果。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　基于μPD78F0034為主控器件設(shè)計(jì)的LED智能照明控制系統(tǒng)的框圖如圖1所示，其主要由傳感器單元、控制器單元、LED驅(qū)動(dòng)電路和照明系統(tǒng)四部分組成。μPD78F0034芯片用于對(duì)來(lái)自于熱紅外傳感器、強(qiáng)光傳感器、聲控傳感器檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換得到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，將處理過(guò)的信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，運(yùn)算放大去驅(qū)動(dòng)LED驅(qū)動(dòng)電路和顯示電路。

　　熱紅外傳感器

　　熱紅外傳感器有三個(gè)關(guān)鍵性的元件：菲涅爾濾光透鏡，熱釋電紅外傳感器(PIR)，匹配低噪放大器。菲涅爾透鏡一是聚焦作用，即將熱紅外信號(hào)折射在PIR(熱釋電紅外傳感器)上，第二個(gè)作用是探測(cè)警戒區(qū)內(nèi)紅外線能量的變化，并由系統(tǒng)內(nèi)固化軟件對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算加工，由控制系統(tǒng)內(nèi)的控制軟件通過(guò)控制邏輯來(lái)決定是否發(fā)出開(kāi)燈信號(hào)。熱釋電紅外傳感器(PIR)將透過(guò)濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即熱電轉(zhuǎn)換。因此在被動(dòng)紅外探測(cè)器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無(wú)人體移動(dòng)時(shí)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，通過(guò)菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異，信號(hào)被采集到伺服系統(tǒng)以后，由軟件對(duì)該新采集的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)存中已經(jīng)存在的前期探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行延時(shí)比較，以判斷是否真的有人等紅外線源進(jìn)入警戒區(qū)，還是只是環(huán)境波動(dòng)，甚至是元件自身內(nèi)部噪聲的影響，以免發(fā)生誤判斷。 匹配低噪放大器的作用是當(dāng)探測(cè)器上的環(huán)境溫度上升，尤其是接近人體正常體溫(37℃)時(shí)，傳感器的靈敏度下降，經(jīng)由它對(duì)放大器的增益進(jìn)行補(bǔ)償，增加其靈敏度。另外由于距離等衰減因素的存在，溫度傳感器和內(nèi)部軟件的初始數(shù)據(jù)并不需要定在37℃這個(gè)點(diǎn)上，而是要綜合環(huán)境因素，元件靈敏度、最近線性區(qū)段來(lái)定初始值。環(huán)境噪聲探測(cè)，主要是通過(guò)探測(cè)環(huán)境中人類日?；顒?dòng)所產(chǎn)生的噪聲，并與紅外線部分的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行或運(yùn)算，以補(bǔ)償在環(huán)境溫度非常接近人體時(shí)紅外探測(cè)不敏感而無(wú)法判定是否有人進(jìn)入需要照明的區(qū)域。