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摘要：介绍了一种新型智能LED节能照明控制系统，给出了系统的硬件设计和软件流程。给出了被动式热释电红外探测器和可见光探测器探测的数据，并通过单片机处理后与国家标准设定的数值进行了对比。简述了输出调节信号、控制LED驱动电路和照明系统对室内亮度进行调节的过程。通过理论分析，提出了合理的稳压电源、连接方式、灯体结构的设计方法，解决LED的驱动电源、连接方式和散热三个问题。试安装一年结果表明，照明效果稳定，节能超过50%，效果明显。
关键词：智能；发光二极管；节能；照明
相比传统的白炽灯和节能灯，LED灯以其节能环保和寿命长等优势受到了广泛关注，并在国内外众多公共场合广泛应用。更重要的是，由于LED灯具具有半导体器件的特性，在智能控制方面有着绝对优势，可以完美实现对照明灯具的调光调色、灵活设置、场景管理、状态查询和故障报警等功能，可以更加人性化控制LED照明灯具，实现最大限度的节能，从而有效降低照明工程的维护成本。因此，国内外众多科研机构与生产厂家纷纷投入大量人力物力，对LED照明控制系统进行研究，文章针对LED照明智能控制系统，研究了其基本组成，并将其推广应用到几个典型场所的LED照明控制（有些应用已经面世），对LED照明的智能控制系统设计，具有一定的参考意义。
1.LED照明智能控制系统
1．1LED照明智能控制系统原理
LED照明智能控制系统（包括感光反馈控制环节即光敏传感模块）的系统框图如图1所示。
图1 LED照明智能控制系统框图
图1所示的LED照明智能控制系统的基本原理为：控制中心通过一定的通讯设备和通讯协议（如ＲS485，PLC，GPＲA/CDMA，DALI等），将控制信号发出，从而通过执行机构将交流电源加到LED控制装置（即通常所说的LED驱动电源），LED控制装置产生的恒流直流电源作用到LED灯具，从而使LED灯具发光。光敏传感模块则通过感光元件，感受LED灯具发出的光亮度信息，并通过一定的信号转换，反馈到LED控制装置，进而调节LED灯具的输入电流大小，达到调节LED灯具亮度的目的。LED照明智能控制系统中，反馈调节LED灯具光明暗的方式主要有两种：一是将反馈信号输入到LED控制装置的交流电源输入端，通过调整输入电压的大小来调节LED控制装置输出直流的大小（仅对部分特殊具有“线性输入、线性输出”的LED控制装置适用，因为大多数LED控制装置的特性是只要输入电压在一定范围内，那么输出的直流电源的电压和电流都是不变的，只有少部分特殊LED控制装置具有输出与输入呈相对线性的特性）。二是将反馈信号加到LED控制装置的输出电压调节端来调节其输出电压，该方法仅对于具有输出电压可调节的LED控制装置适用，对于目前已经出现的可调节输出的LED控制装置而言，大多数都是设计另加一个调光电路，通过调光电路的输入电压大小来控制LED控制装置的输出电压大小。
1.2光敏模块
除光敏传感模块外，LED照明智能控制系统的基本组成环节技术已经相当成熟，因此，特别介绍光敏传感模块中的光敏元件。常见光敏元件主要有光敏电阻和硅光电池两种，二者性能不相同。光敏电阻的输出电流I2与输出光照L之间的关系为
负载电阻在20Ω以下时，短路电流与光照有比较好的线性关系，负载电阻过大，则线性关系被破坏。因此，在控制系统中，常用硅光电池作为敏感元件，感测LED灯具发出的光亮，并转化为相应的电流，反馈回控制系统。
2.系统硬件设计
2.1传感器部分
2.1.1被动式热释电红外探测器
该探测器有三个关键元件：菲涅尔滤光晶片，它通过截止波长8~12μm的滤光晶片，起带通滤波器的作用，使环境的干扰受到明显的控制；菲涅尔透镜，聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在热释电红外传感器上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外传感器上产生变化热释红外信号，这样热释电红外传感器就能产生变化的电信号；热释电红外传感器热释电红外传感器，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。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。因此，红外探测就是感应移动物体与背景物体的温度差异。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。
2.1.2可见光探测器
通过对光电管、光敏电阻等光电探测器的各种性能进行比较，发现光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长。其次是当光照强度减弱时，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。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。
2.2控制部分
采用单片机作为照明系统的核心，仪器硬件简单、功能多。选用Intel的8031单片机，其内含128字节的RAM、32条I/O线、2个8位常数可自动重装的定时器/记数器。单片机输出脉冲经隔离、功率放大后可直接接至可控硅控制极，控制可控硅。为降低来自电网的干扰，由单片机I/O线产生的触发脉冲，必须经隔离后送至可控硅的控制电路中。可控硅调光器（SCR），多用于可控整流、逆变、调压电路，很容易进行电流的调光，通过电压限制的调整，能进一步延长灯的寿命。
图2 系统软件设计
3.软件设计
本程序采用模块化设计思想，以主程序为核心设置了多个功能模块子程序，使大量的功能在子程序中实现，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。
该系统有三个功能模块：信号输入模块，实现相应信号从单片机输入；信号控制模块，实现对信号的处理；信号输出模块，实现处理结果的编码输出，达到控制LED发光亮度的目的。
单片机接收两部分信号，即被动式热释电红外探测器输出的开关信号和可见光探测器输出的室内亮度控制信号，传输到单片机中。通过单片机处理，输出编码信号，再通过D/A转换器和放大电路，控制可控硅的导通角，达到智能照明的目的。其软件总框图见图2。
由于实际使用环境的复杂性及存在着各种各样的干扰因素，尤其是大量手机带来的电磁干扰。因此系统的可靠性须使用抗干扰技术来维持。该系统采用看门狗技术（WDT），能使程序在跑飞状态下产生复位信号，有效防止程序跑飞。
结论
本文设计的LED智能照明控制系统，可根据房屋功能、室外光亮度自动控制照明。节能超过50%。应用在6m高的路灯上，发出的是柔和白光，视觉效果超过了高压钠灯，自2006年5月安装以来，没有发现光衰现象，照明效果非常稳定。本系统具有提高用电效率、节约电能和缓解用电高峰的电力供应压力双重作用，是理想的照明控制系统。
参考文献：
[1]王天雷.基于无线网络通信技术的电能抄表系统设计与实现[J].计算机系统应用，2016（7）：83-88.
[2]韩颖等.基于Zigbee和GPRS的自组网校园路灯控制系统[J].计算机系统应用，2015（3）：98-104.
[3]唐琪琪.基于Zigbee的高校学生宿舍火灾预警应急系统设计[J].湖南邮电职业技术学院学报，2016（4）：33-36.
作者简介：
张历平；1986年；女；本科学历；助理工程师；研究方向：智慧城市智能照明。
论文作者:张历平
论文发表刊物:《云南电业》2019年1期
论文发表时间:2019/8/28
标签：控制系统论文; 信号论文; 智能论文; 装置论文; 调光论文; 电阻论文; 电压论文; 《云南电业》2019年1期论文;