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LED节能智能照明控制系统规划

来源:http://www.taxivugia.com 编辑:ag环亚娱乐平台 时间:2018/09/09

  LED节能智能照明控制系统规划

   本文论述了一套LED智能照明操控体系规划计划,能够依据作业环境中是否有人员和环境补光亮度等来主动操控照明的开关和亮度。选用本体系具有进步用电功率,节省电能弛缓解了用电顶峰的电力供应压力两层作用。

   LED被认为是21世纪的照明光源。LED发光器材是冷光源,光效高,作业电压低,并且能耗低,相同亮度下,LED能耗为白炽灯的10%,荧光灯的50%。LED寿数可达10万小时,是荧光灯的10倍,白炽灯的100倍。用LED代替白炽灯或荧光灯,环保无污染。运用安全牢靠,便于保护。我国照明用电占总发电量的12%。现在,公共修建的照明灯具操控大多选用手动开关,经常出现没有及时开关的现象,然后形成许多的动力糟蹋和运用上的不方便。别的,不必要的运用,也会缩短灯具的运用寿数。本文论述了一套LED智能照明操控体系规划计划,能够依据作业环境中是否有人员和环境补光亮度等来主动操控照明的开关和亮度。选用本体系具有进步用电功率,节省电能弛缓解了用电顶峰的电力供应压力两层作用。

   体系主控模块功用

  这套节能照明操控体系是在大庆石油学院现代教育中心中控室设备试运转的。依据国家标准民用修建照明规划标准(GBJl33-90),咱们操控室内亮度在2001x左右。

   本操控器设置了3套传感体系和严密的软件操控,其作业方法是:

   首要通过被迫热释电红外勘探器和环境噪声勘探是否有人,并勘探环境亮度。假如没人,一切LED灯均不开。假如有人,分红二种状况:

   •若需求照明的环境的照度X>200 lx时,LED照明灯具处于封闭状况;

   •若需求照明的环境的照度x<200 lx时,LED照明灯具处于敞开状况,并且跟着环境照度调理LED灯具的照度,LED灯具释放到室内的均匀照度为E=200-x。

   硬件饲服操控体系

   针对以上状况,本体系以MCS一51单片机为中心,组成一个集收集、处理、操控为一身的主动操控体系。其框图见图1。

  

  

   它首要由三部分组成:传感器单元,操控器单元,LED驱动电路和照明体系。

   传感器单元

   被迫式热释电红外勘探器

   被迫红外勘探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,使环境的搅扰遭到显着的操控作用。

   菲涅尔透镜,作用有两个:一是聚集作用,行将热释的红外信号折射在PIR(热释电红外传感器)上,第二个作用是勘探戒备区内红外线能量的改变,并由体系内固化软件对所收集的数据进行运算加工,由操控体系内的操控软件通过操控逻辑来决议是否宣布开灯信号。

   热释电红外传感器(PIR)将透过滤光晶片的红外辐射能量的改变改换成电信号,即热电改换。

   因而在被迫红外勘探器的戒备区内,当无人体移动时,热释电红外感应器感应到的仅仅布景温度,当人体进人戒备区,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布景温度的差异,信号被收集到伺服体系今后,由软件对该新收集的数据与体系内存中现已存在的前期勘探数据进行延时比较,以判别是否真的有人等红外线源进入戒备区,仍是仅仅环境动摇,乃至是元件自身内部噪声的影响,避免发作误判别。因而,红外勘探传感部分软硬件首要是通过勘探环境红外线改变来判别是否有人进入需求照明的戒备区。 匹配低噪扩大器的作用是当勘探器上的环境温度上升,尤其是挨近人体正常体温(37℃)时,传感器的活络度下降,经由它对扩大器的增益进行补偿,添加其活络度。

   别的因为间隔等衰减要素的存在,温度传感器和内部软件的初始数据并不需求定在37℃这个点上,而是要归纳环境要素,元件活络度最近线功用区段来定初始值。一般都会低于人体温度,这刚好也是元件比较活络且元件比较挨近最近线性的区段。

   若在修建公共区间运用该体系还要考虑跟着时节改变而选用不同的初始值,并对操控软件添加相应的操控模块,首要是因为修建内公共区间的温度改变要比室内温度改变规模要大一些,状况也杂乱一些。

   环境噪声勘探

   首要是通过勘探环境中人类日常活动所发生的噪声进行勘探,并与红外线部分的数据在体系内部进行或运算,以补偿在环境温度十分挨近人体时红外勘探不灵敏而无法断定是否有人进入需求照明的区域。

   可见光勘探器

   通过对光电管、光敏电阻等光电勘探器的各种功用进行比较,发现光敏电阻的光谱呼应峰值比较挨近人视觉灵敏区的波长。其次是当光照强度削弱时,它的呼应时刻相对添加,设备在光照强度改变时,输出状况坚持相对安稳。考虑到光敏电阻对温度改变较为灵敏,偏置电路中的电阻能够选用与勘探元件温变系数附近的光敏电阻,以避免作业点漂移。 别的在内部的软件规划上首要取挨近人眼最灵敏的感应数据区间,这样一是削减操控体系的误判几率,别的也使得程序的数据区空间缩小到最小,为今后软件的再晋级留出空间,为硬件体系的充分利用打下根底,并对体系的整体硬件本钱操控起到重要作用。

   操控单元

   咱们选用单片机作为照明体系的中心,单片机的种类标准许多,选取的原则是尽量使体系简略、功用牢靠、本钱低。咱们选用Intel的8051单片机,其内含128字节的RAM,32条I/o线、2个8位常数可主动重装的8位定时器/记数器。单片机输出脉冲经阻隔、功率扩大后可直接接至可控硅操控极,操控可控硅。为下降来自电网的搅扰,由单片机I/o线发生的触发脉冲,必须经阻隔后送至可控硅的操控电路中。可控硅(SCR)调光器,多用于可控整流、逆变、调压电路,很简略进行电流的调光,通过电压约束的调整,能进一步延伸灯的寿数。
LED照明体系和驱动电路

   咱们选用1w的白光LED,发光功率601m/W,估计室内亮度在2001x左右。

   由均匀亮度公式:

  

  

   式中E一均匀照度,φ一光源的光通量,N一灯具数,u一灯具的利用系数,K一保护系数,A一室内面积。

   考虑到室外亮度越低,对室内亮度的补偿越小,所以咱们设备400个LED,悉数点亮其室内亮度可达2081x。

   下面评论规划LED灯的首要问题:

   •驱动电源的选用

   咱们选用的AP一28320发光二极管驱动器是制造一体化半导体灯的专用电源改换器,用于设备在半导体灯内部,串联驱动1串10~40支1瓦大功率发光二极管作业,220V沟通市电供电,输出320rrLA安稳的单向脉动安稳电流。驱动器运用高频脉宽调制开关改换电路完结恒流操控,改换功率高,可达85%以上,作业安稳。驱动器为全密闭模块封装结构,适宜在高湿度,高粉尘,强轰动,对防爆有必定要求等环境下运用,十分适宜室内运用,通过软件晋级也可用于修建物公共区间照明运用。 •LED灯的衔接方法

   现在老练运用的都是单粒1W的LED,很显然,做这样一个半导体灯要用50只发光管。50只LED悉数串联,或许并联都存在一些问题。

   假如悉数串联衔接,假如有一粒LED开路损坏,则整灯不亮,并且50支LED悉数串联,其驱动电压至少要150V,安全性减低。假如悉数并联衔接,有一路开或短路,则1电流不均衡,影响灯具运用寿数。

   从驱动技能和发光管的特性来看,多只发光管组应该优先运用串联计划。这样,只需驱动器给的电流适宜,一切发光管的电流都是相同的。发光管串联运用咱们常常忧虑一个问题,就是一个发光管开路整串都不亮了。咱们对样灯打过高压,也作了突波试验。从运用实践上看,只需驱动不失控,给发光管的电流适宜,发光管很少见到开路的状况,即便发光管自身质量欠好出毛病,一般就是自己不亮,但仍是坚持通路,其他管照样亮。并且发光管都有很强的过电流的才能,比方300mA的1瓦发光管短时刻加600n1A的电流也不会坏。所以,运用发光管时应以串联为主,凯发国际。这样发光管才有安稳、共同的电流,对进步灯的寿数有利。 因为管数太多,悉数串联其驱动电压太高,不得不连串带并,所以混联。专用的LED驱动器一般是电流源,已然LED驱动器供给的是一个安稳的电流,多串并联时就必须辅以外部均流方法,均衡地把驱动器供给的总电流分配给每一串,最简略的方法就是每一串里串一个电阻均流。多串并联时首要是要使各串发光管的总管压降尽可能地坚持共同,然后再串入电阻操控电流的偏移。电组上的压降太大功耗添加,压降太小均流作用欠好,一般能够取串连管总管压降的5%左右。

   •散热方法

   处理散热问题首要靠合理的灯体结构规划。处理计划是运用薄金属板做基板,LED能够依照运用的发光管的数目在铝板上打好孔径和发光管外径相同的孔,两个孔间间隔为0.7mm,再将发光管紧合作镶嵌到金属扳上,发光管引脚在金属板后边相连。灯的外壳也用金属材料制造,装好发光管的金属板和金属外壳严密装置,这样,灯具作业时发生的热量能够通过金属板传导到金属外壳上,金属外壳暴露在空气中,热量能够通过辐射和对流散去。为了既减小灯的体积又确保较大散热面积,灯体外壳能够选用带肋条的散热片结构。

   •LED照明操控模块

   咱们将400个LED分10组,每组40个。每组选用一个AP一28320作为电流源,用单片机操控可控硅的输出来调理LED的发光亮度。可在可控硅两头并联阻容吸收回路,用来吸收AP-28320与可控硅发生的谐波搅扰。衔接方法如图2。

  

  

   软件规划

   本程序选用模块化规划思维。以主程序为中心设置功用模块子程序,简化了规划结构。运转过程中通过主程序调用各功用模块子程序,因为灯具操控实时要求不高,循环操控即可满足要求。该体系的作业软件首要完结以下功用:信号输入模块完结相应传感器信号输入单片机数据通道,在操控体系软件中,分别将红外线勘探器的信号与声响传感器的信号通过整流扩大数字化后处理成开关的布尔型数据,然后相或。通过整流扩大的环境补光光强度勘探体系发生的信号分两路,一路为布尔值,并与前两路信号处理后发生的输出进行与运算,由此发生决议灯具开关的开关信号,别的一路将环境数据A/D改换,然后作为体系调理亮度的操控信号编码输出到体系的输出模块,到达操控LED发光亮度的意图。到达智能照明的意图。

   因为实际运用环境的杂乱性及存在着各式各样的搅扰要素,尤其是许多手机带来的电磁搅扰。因而体系的牢靠性需运用抗搅扰技能来保持。这儿用到的抗搅扰技能是看门狗技能(WDT)。看门狗的运转能使程序在跑飞状况下发生复位信号,有用避免程序跑飞。

   结语

   这套体系安闲大庆石油学院现代教育中心中控室试运转以来,节能超越50%,节能作用十分显着。咱们还试制了LED路灯,设备到6米的路灯上,宣布的是柔软的白光,视觉作用超越了高压钠灯,自设备以来,没有发现光衰现象,十分安稳。(小汤)

  

   LED照明操控规划