基于μPD7單片機的LED智能照明控制系統的設計

LED 作為第三代半導體照明光源,具有工作電壓低,耗電量小,發光效率高、壽命長等優點。與傳統的白熾燈、熒光燈相比,節電達到90%以上。被認為是21世紀的照明光源。

用 LED 替代白熾燈或熒光燈,環保無污染,使用安全可靠,便于維護。 LED 是一個非線性器件,當 LED 導通時,只要 LED 上的電壓稍微變大,電流就會增加很多。因此,即使電壓發生微小變化也會大大影響 LED 器件的工作,使電流過大甚至導致發熱損壞。恒流源驅動是最佳的 LED 驅動方式。采用恒流源驅動, LED 上流過的電流將不受電壓變化、環境溫度變化,以及 LED 參數離散性的影響,從而能保持電流恒定,充分發揮 LED 的各種優良特性。目前廣泛采用的恒流源有兩種形式：一種是線性電源改進型恒流源,另一種是開關電源式恒流源。線性電源改進型恒流源的線性損耗大,適用范圍小;開關電源式恒流源的可靠性較差,適應范圍小,而且成本高。為克服這兩種電源的缺點,我們采用了深圳光華源公司的新型恒流源器件HA22004P作為其驅動元件。目前公共建筑的照明燈具控制大多仍采用手動開關,有些使用光控和聲控開關,其故障率較高,只適應于白熾燈,不適合于路燈的照明使用。從節能和提高照明效果的角度,本文闡述了一套 LED 智能照明 和恒流驅動控制系統設計方案,可以根據不同的工作環境的要求亮度來自動控制照明的開關和亮度。特別是在大功率 LED 照明系統上采用恒流源驅動,具有提高用電效率,節約電能的效果。

系統硬件設計

基于μPD78F0034為主控器件設計的 LED 智能照明 控制系統的框圖如圖1所示,其主要由 傳感器 單元、控制器單元、 LED 驅動電路 和照明系統四部分組成。μPD78F0034芯片用于對來自于熱紅外 傳感器 、強光 傳感器 、聲控 傳感器 檢測到的信號經過A/D轉換得到的信號數據進行計算處理,將處理過的信號經D/A轉換,運算放大去驅動 LED 驅動電路 和顯示電路。

熱紅外 傳感器

熱紅外 傳感器 有三個關鍵性的元件：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,即將熱紅外信號折射在PIR(熱釋電紅外 傳感器 )上,第二個作用是探測警戒區內紅外線能量的變化,并由系統內固化軟件對所采集的數據進行運算加工,由控制系統內的控制軟件通過控制邏輯來決定是否發出開燈信號。熱釋電紅外 傳感器 (PIR) 將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉換成電信號,即熱電轉換。因此在被動紅外探測器的警戒區內,當無人體移動時,熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度,當人體進人警戒區,通過菲涅爾透鏡,熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異,信號被采集到伺服系統以后,由軟件對該新采集的數據與系統內存中已經存在的前期探測數據進行延時比較,以判斷是否真的有人等紅外線源進入警戒區,還是只是環境波動,甚至是元件自身內部噪聲的影響,以免發生誤判斷。 匹配低噪放大器的作用是當探測器上的環境溫度上升,尤其是接近人體正常體溫(37℃)時, 傳感器 的靈敏度下降,經由它對放大器的增益進行補償,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 和內部軟件的初始數據并不需要定在37℃這個點上,而是要綜合環境因素,元件靈敏度、最近線性區段來定初始值。環境噪聲探測,主要是通過探測環境中人類日常活動所產生的噪聲,并與紅外線部分的數據在系統內部進行或運算,以補償在環境溫度非常接近人體時紅外探測不敏感而無法判定是否有人進入需要照明的區域。