LED智能照明系统设计

LED被称为第四代照明光源或绿色光源,LED的发光器件是冷光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点。白炽灯,卤钨灯的光效为12~24lm/W,荧光灯50~70lm/W,钠灯90~140lm/W,而且大部分的耗电变成了热耗。LED可达到50~200lm/W,而且单光的单色性好,光谱窄,无需过滤,可直接发出有色可见光。在相同照明效果的情况下,耗电量约为白炽灯的十分之一,荧光灯的二分之一。同样效果的一支日光灯40多瓦,而采用LED每支的功率只有8瓦。LED的平均寿命达10万小时,安全可靠性强,不含汞,钠元素等可能危害健康的物质,有利于环保,被称为“绿色照明光源”。

 

智能照明是指利用计算机、无线通讯数据传输、扩频电力载波通讯技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统。具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能;并达到预定的特点。

 

2 智能照明控制方案设计

 

利用光敏电阻检测室内光线的强弱,被动热释红外探测器可探测人体的特征,传感器将检测数据传送给控制核心———单片机,根据处理结果去控制照明设备的开启、关闭和照度。

 

该系统主要由三部分组成:传感器部分,控制器部分和LED驱动电路和照明系统,见下图。

 

LED智能照明系统设计

照明控制方案原理框图

 

3 系统硬件设计

 

3.1 传感器部分

 

3.1.1 被动式热释电红外探测器

 

该探测器有三个关键元件:菲涅尔滤光芯片,它通过截止波长8~12μm的滤光芯片,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;热释电红外传感器将透过滤光芯片的红外辐射能量的变化转换成电信号,即热电转换。

 

人体都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长10μm左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤波片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通过采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射稳定发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,经检测处理后就能产生电平的变化。

 

根据此原理应用性能稳定的红外模块,当有人走动时模块输出3.3V电压,没人时为低电平。模块有可调的延时,最多可达到18秒。

 

3.1.2 环境亮度传感模块

 

此传感模块的核心器件是光敏电阻。光敏电阻利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻小,入射光弱,电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化),见以下两图。

 

LED智能照明系统设计

光敏电阻与光强的关系

LED智能照明系统设计

环境亮度模块的电路

 

3.2 控制部分

 

STC12C5628AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(IT)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍,内部集成MAx810专用复位电路。4路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制,强干扰场合。

 

选择这个型号的单片机主要考虑到具有PWM和AD转换的作用,使得外围电路得到了大大的简化,同时产生的PWM信号可直接与驱动芯片相连,使得这个系统的成本降低了很多。

 

由于采用的是PWM调光的方式,为了减少不必要的外围的电路,选择的驱动芯片可直接由DIM管脚输入PWM方波。

 

LM3407是一款集成了N沟道功率MOS场效应管的脉冲宽度调制的浮动式降压转换器,其设计是为提供精准的恒定电流输出,以驱动高功率发光二极管(LED)。LM3407的显着特色是脉冲电平调制(PLM)控制方案,这一方案在使用一个外部1%精度的电流设定厚膜电阻时,能确保在整个输入电压和工作温度范围内恒定电流输出精度好于10%。转换器的另一个特点是具有一个可接收标准逻辑脉冲,控制LED阵列亮度的DIM引脚,使得LM3407成为精密功率LED驱动器或者恒流源的理想器件。

 

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2个功能模块子程序:使一些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个功能模块子程序。

 

该系统有2个功能模块:l是AD转换模块;2是PWM产生模块。在主函数中直接调用就可以了,大大简化了设计结构。

 

结论

 

经过实验验证,此系统达到了很好的节能和改善照明环境的效果。既消除了居民楼道声控灯的扰民问题,又解决了能及时关灯大大节省能源的问题,选取的LED灯更是被称为“2l世纪的绿色光源”。

 

该系统结构简单,实用性强。可适用于公寓办公楼的楼道灯,卫生间的照明灯等,可以达到很好的照明,节能,环保的效果。而且本设计所用的控制卡只能控制显示屏的单色显示,如果能显示双色,甚至三色那就更方便了。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像,不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED甚至可以在信息指示灯、大屏幕显示、液晶显示(LCD)的背照明等新技术中应用。它是未来智能交通系统的显示手段之一。

 

由于LED显示屏的分析、设计与实际应用环境及应用目的有很大关系,所以对其控制系统的要求也是不同的。如果显示屏的面积要求很大,屏幕显示的信息量超大,那么要传输的数据量也随之增大,如何设计出更理想的字模保存方法以及数据传输时的压缩算法需要进一步的研究和探讨。

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发布日期:2019年03月04日  所属分类:物联网