LED智能节能照明控制系统的设计LED被认为是21世纪的照明光源.DOC

LED智能节能照明控制系统的设计 LED被认为是21世纪的照明光源。LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10％，荧光灯的50％。LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。用LED替代白炽灯或荧光灯，环保无污染。使用安全可靠，便于维护。我国照明用电占总发电量的12％。目前，公共建筑的照明灯具控制大多采用手动开关，经常出现没有及时开关的现象，从而造成大量的能源浪费和使用上的不便。另外，不必要的使用，也会缩短灯具的使用寿命。本文阐述了一套LED智能照明控制系统设计方案，可以根据工作环境中是否有人员和环境补光亮度等来自动控制照明的开关和亮度。采用本系统具有提高用电效率，节约电能和缓解了用电高峰的电力供应压力双重作用。 系统主控模块功能 这套节能照明控制系统是在大庆石油学院现代教育中心中控室安装试运行的。根据国家标准民用建筑照明设计标准(GBJl33-90)，我们控制室内亮度在2001x左右。 本控制器设置了3套传感系统和严密的软件控制，其工作方法是： 首先通过被动热释电红外探测器和环境噪声探测是否有人，并探测环境亮度。如果没人，所有LED灯均不开。如果有人，分成二种情况： ·若需要照明的环境的照度X200 lx时，LED照明灯具处于关闭状态； ·若需要照明的环境的照度x＜200 lx时，LED照明灯具处于开启状态，并且随着环境照度调节LED灯具的照度，LED灯具释放到室内的平均照度为E=200－x。 硬件饲服控制系统 针对以上情况，本系统以MCS一51单片机为核心，组成一个集采集、处理、控制为一身的自动控制系统。其框图见图1。 它主要由三部分组成：传感器单元，控制器单元，LED驱动电路和照明系统。 传感器单元 被动式热释电红外探测器 被动红外探测器有三个关键性的元件： 菲涅尔滤光晶片，它通过截止波长8～12μm的菲涅尔滤光晶片，起带通滤波器的作用，使环境的干扰受到明显的控制作用。 菲涅尔透镜，作用有两个：一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射在PIR(热释电红外传感器)上，第二个作用是探测警戒区内红外线能量的变化，并由系统内固化软件对所采集的数据进行运算加工，由控制系统内的控制软件通过控制逻辑来决定是否发出开灯信号。 热释电红外传感器(PIR)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。 因此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，信号被采集到伺服系统以后，由软件对该新采集的数据与系统内存中已经存在的前期探测数据进行延时比较，以判断是否真的有人等红外线源进入警戒区，还是只是环境波动，甚至是元件自身内部噪声的影响，以免发生误判断。因此，红外探测传感部分软硬件主要是通过探测环境红外线变化来判断是否有人进入需要照明的警戒区。 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。 另外由于距离等衰减因素的存在，温度传感器和内部软件的初始数据并不需要定在37这个点上，而是要综合环境因素，元件灵敏度最近线性能区段来定初始值。一般都会低于人体温度，这恰好也是元件比较灵敏且元件比较接近最近线性的区段。 若在建筑公共区间使用该系统还要考虑随着季节变化而采用不同的初始值，并对控制软件增加相应的控制模块，主要是因为建筑内公共区间的温度变化要比室内温度变化范围要大一些，情况也复杂一些。 环境噪声探测 主要是通过探测环境中人类日常活动所产生的噪声进行探测，并与红外线部分的数据在系统内部进行或运算，以补偿在环境温度非常接近人体时红外探测不敏感而无法判定是否有人进入需要照明的区域。 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。 另外在内部的软件设计上主要取接近人眼最敏感的感应数据区间，这样一是减少控制系统的误判几率，另外也使得程序的数据区空间缩小到最小，为以后软件的再升级留出空间，为硬件系统的充分利用打下基础，并对系统的总体硬件成本控制起到重要作用。 控制单元 我们采用单片机作为照明系统的核心，单片机的品种规格很多，选取的原则是尽量使系统简单、性能可靠、成本低。我们选用Intel的8051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8位定时器／记数器。单片