1 引言
LED被稱為第四代照明光源或綠色光源,LED的發(fā)光器件是冷光源,具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點。白熾燈,鹵鎢燈的光效為12~24lm/W,熒光燈50~70lm/W,鈉燈90~140lm/W,而且大部分的耗電變成了熱耗。LED可達到50~200lm/W,而且單光的單色性好,光譜窄,無需過濾,可直接發(fā)出有色可見光。在相同照明效果的情況下,耗電量約為白熾燈的十分之一,熒光燈的二分之一。同樣效果的一支日光燈40多瓦,而采用LED每支的功率只有8瓦。LED的平均壽命達10萬小時,安全可靠性強,不含汞,鈉元素等可能危害健康的物質(zhì),有利于環(huán)保,被稱為“綠色照明光源”。
2 智能照明控制方案設(shè)計
利用光敏電阻檢測室內(nèi)光線的強弱,被動熱釋紅外探測器可探測人體的特征,傳感器將檢測數(shù)據(jù)傳送給控制核心———單片機,根據(jù)處理結(jié)果去控制照明設(shè)備的開啟、關(guān)閉和照度。圖1為智能照明控制方案原理框圖。
該系統(tǒng)主要由三部分組成:傳感器部分,控制器部分和LED驅(qū)動電路和照明系統(tǒng),見圖1。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.1 傳感器部分
3.1.1 被動式熱釋電紅外探測器
該探測器有三個關(guān)鍵元件:菲涅爾濾光晶片,它通過截止波長8~12μm的濾光晶片,起帶通濾波器的作用,使環(huán)境的干擾受到明顯的控制;菲涅爾透鏡,聚焦作用,即將熱釋的紅外信號折射(反射)在熱釋電紅外傳感器上,第二個作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū),使進入警戒區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號,這樣熱釋電紅外傳感器就能產(chǎn)生變化的電信號;熱釋電紅外傳感器將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號,即熱電轉(zhuǎn)換。
人體都有恒定的體溫,一般在37度,所以會發(fā)出特定波長10μm左右的紅外線,被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過菲涅爾濾波片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通過采用熱釋電元件,這種元件在接收到人體紅外輻射穩(wěn)定發(fā)生變化時就會失去電荷平衡,向外釋放電荷,經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生電平的變化。
根據(jù)此原理應(yīng)用性能穩(wěn)定的紅外模塊,當(dāng)有人走動時模塊輸出3.3V電壓,沒人時為低電平。模塊有可調(diào)的延時,最多可達到18秒。
3.1.2 環(huán)境亮度傳感模塊
此傳感模塊的核心器件是光敏電阻。光敏電阻利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器;入射光強,電阻小,入射光弱,電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化),見圖2。
3.2 控制部分
STC12C5628AD" title="STC12C5628AD">STC12C5628AD系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(IT)的單片機,是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8~12倍,內(nèi)部集成MAx810專用復(fù)位電路。4路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換,針對電機控制,強干擾場合。
選擇這個型號的單片機主要考慮到具有PWM和AD轉(zhuǎn)換的作用,使得外圍電路得到了大大的簡化,同時產(chǎn)生的PWM信號可直接與驅(qū)動芯片相連,使得這個系統(tǒng)的成本降低了很多。
由于采用的是PWM調(diào)光的方式,為了減少不必要的外圍的電路,選擇的驅(qū)動芯片可直接由DIM管腳輸入PWM方波。
LM3407是一款集成了N溝道功率MOS場效應(yīng)管的脈沖寬度調(diào)制的浮動式降壓轉(zhuǎn)換器,其設(shè)計是為提供精準的恒定電流輸出,以驅(qū)動高功率發(fā)光二極管(LED)。LM3407的顯著特色是脈沖電平調(diào)制(PLM)控制方案,這一方案在使用一個外部1%精度的電流設(shè)定厚膜電阻時,能確保在整個輸入電壓和工作溫度范圍內(nèi)恒定電流輸出精度好于10%。轉(zhuǎn)換器的另一個特點是具有一個可接收標準邏輯脈沖,控制LED陣列亮度的DIM引腳,使得LM3407成為精密功率LED驅(qū)動器或者恒流源的理想器件。
4 軟件設(shè)計
本程序采用模塊化設(shè)計思想,以主程序為核心設(shè)置了2個功能模塊子程序,使一些功能在子程序中實現(xiàn),簡化了設(shè)計結(jié)構(gòu)。運行過程中通過主程序調(diào)用個功能模塊子程序。
該系統(tǒng)有2個功能模塊:1是AD轉(zhuǎn)換模塊;2是PWM產(chǎn)生模塊。在主函數(shù)中直接調(diào)用就可以了,大大簡化了設(shè)計結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)的流程圖見圖6。
5 結(jié)論
經(jīng)過實驗驗證,此系統(tǒng)達到了很好的節(jié)能和改善照明環(huán)境的效果。既消除了居民樓道聲控?zé)舻臄_民問題,又解決了能及時關(guān)燈大大節(jié)省能源的問題,選取的LED燈更是被稱為“21世紀的綠色光源”。
該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,實用性強??蛇m用于公寓,圖6系統(tǒng)的總體流程圖辦公樓的樓道燈,衛(wèi)生間的照明燈等,可以達到很好的照明,節(jié)能,環(huán)保的效果。