基于單片機的LED智能照明控制系統的設計

強光 傳感器

光敏電阻的光譜響應峰值比較接近人視覺敏感區的波長。并且當光照強度減弱時,它的響應時間相對增加,裝置在光照強度變化時,輸出狀態保持相對穩定。所以在多種光電探測器中選擇了光敏電阻。考慮到光敏電阻對溫度變化較為敏感,偏置電路中的電阻可以采用與探測元件溫變系數相近的光敏電阻,以防止工作點漂移。

聲控 傳感器

聲控 傳感器 部分由聲控 傳感器 、音頻放大器、選頻電路、延時開啟電路和可控硅電路組成。利用聲音的相對比較,判斷是否啟動控制電路的開啟,使用調節器可以調節給定聲控 傳感器 的初始值,聲控 傳感器 不斷地把外界聲音的強度與給定強度比較,超過給定的強度時,向主機發送“有聲音”信號,否則發送“沒有聲音”的信號。

控制單元

控制單元采用單片機作為照明系統的控制核心,選用日本NEC公司的μPD78F0034芯片作為主控模塊,該芯片具有8位無符號乘法指令及16位除法指令,給軟件編程帶來了很大的方便。

根據國家標準民用建筑照明設計標準(GBJl33-90),我們控制室內亮度在2001x左右。

本控制器設置了3套傳感系統和嚴密的軟件控制,其工作方法如下所述。

首先通過被動熱釋電紅外探測器和環境噪聲探測是否有人,并探測環境亮度。如果沒人,所有 LED 燈均不開。如果有人,分成兩種情況：

若需要照明的環境的照度X>200 lx時, LED 照明燈具處于關閉狀態;

若需要照明的環境的照度X200 lx時, LED 照明燈具處于開啟狀態,并且隨著環境照度調節 LED 燈具的照度。

根據聲音的大小判斷是否需要啟動 驅動電路 。

驅動電路

我們選用AP-28320發光二極管驅動器,制作一體化半導體燈的專用電源變換器,用于安裝在半導體燈內部,串聯驅動1串10～40支1瓦大功率發光二極管工作,220V交流市電供電,輸出320mA穩定的單向脈動恒定電流。驅動器使用高頻脈寬調制開關變換電路實現恒流控制,變換效率高,可達85%以上,工作穩定。驅動器為全密閉模塊封裝結構,適合在高濕度,高粉塵,強震動,對防爆有一定要求等環境下使用,非常適合室內使用,經過軟件升級也可用于建筑物公共區間照明使用。

目前成熟應用的都是單粒1W的 LED ,很顯然,做這樣一個半導體燈要用50只發光管。50只 LED 全部串聯,或者并聯都存在一些問題。如果全部串聯連接,如果有一粒 LED 開路損壞,則整燈不亮,而且50支 LED 全部串聯,其驅動電壓至少要150V,安全性減低。如果全部并聯連接,有一路開或短路,則電流不均衡,影響燈具使用壽命。

從驅動技術和發光管的特性來看,多只發光管組應該優先使用串聯方案。這樣,只要驅動器給的電流合適,所有發光管的電流都是一樣的。發光管串聯使用大家常常擔心一個問題,就是一個發光管開路整串都不亮了。我們對樣燈打過高壓,也作了突波實驗。從應用實踐上看,只要驅動不失控,給發光管的電流合適,發光管很少見到開路的情況,即使發光管本身質量不好出故障,一般就是自己不亮,但還是保持通路,其他管照樣亮。而且發光管都有很強的過電流的能力,比如300mA的1 瓦發光管短時間加600mA的電流也不會壞。所以,使用發光管時應以串聯為主,這樣發光管才有穩定、一致的電流,對提高燈的壽命有利。由于管數太多,全部串聯其驅動電壓太高,不得不連串帶并,混聯。專用的 LED 驅動器一般是電流源,既然 LED 驅動器提供的是一個恒定的電流,多串并聯時就必須輔以外部均流措施,均衡地把驅動器提供的總電流分配給每一串,最簡單的辦法就是每一串里串一個電阻均流。多串并聯時首先是要使各串發光管的總管壓降盡可能地保持一致,然后再串入電阻牽制電流的偏移。電阻上的壓降太大功耗增加,壓降太小均流效果不好,一般可以取串連管總管壓降的5%左右。 驅動電路 如圖2所示,C1為平滑電容,R1為電流整定電阻,R2為靈敏度整定電阻,R3為限流電阻;VF為每個 LED 正向壓降,ΣVF≤0.9Vin。

顯示電路

我們將400個 LED 分10組,每組40個。每組采用一個AP-28320作為電流源,用單片機控制可控硅的輸出來調節 LED 的發光亮度。可在可控硅兩端并聯阻容吸收回路,用來吸收AP-28320與可控硅產生的諧波干擾。連接方式如圖3。我們采用1W的白光 LED ,發光效率601m/W,預計室內亮度在2001x左右。

考慮到室外亮度越低,對室內亮度的補償越小,所以我們安裝400個 LED ,全部點亮其室內亮度可達2081x。