智能照明设计

智能照明设计（精选十篇）

智能照明设计 篇1

办公照明节电应在采用高效电光源、高效灯具的前提下,推广采用智能控制系统,即利用各种照明传感器将与照明有关的各种信号采集到智能控制模块,利用智能算法计算输出一个控制值,实现对光源的合理控制。

智能控制系统中,现场检测装置传感器的选用及设计直接影响着对灯具的调控,进而影响节能效果。本文介绍一种热释电红外传感器和光敏传感器相结合的智能照明控制方案。

1 办公智能照明控制方案设计

图1为办公室典型布置图,根据使用情况将其分为4个区域,每个区域的荧光灯配有可调光的电子镇流器,灯具由安置在办公室内的控制面板或远程主控上位机控制,现场检测通过热释电红外传感器S1～S4和光敏传感器S5～S7实现。

热释电红外传感器是一种检测物体辐射红外能量的传感器,利用具有极化现象的热晶体制作。红外辐射的物理本质是热辐射,当红外线照射热释电元件时,其极化强度发生变化,变化部分作为电荷被释放出来,从外部取出该电荷就变成传感器的输出电压。输出信号的强弱取决于温度变化的快慢,从而反映出入射红外辐射的强弱。利用热释红外传感器,可分别对各办公区域进行动静探测,即主动式(检测静止或移动极慢的人体)和被动式(检测运动人体)的监测。在夜间或加班工作状态,它可起到重要的节能作用。

光敏传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器,其工作的物理基础是光电效应。办公室智能控制系统中,光敏传感器S5～S7用于检测各办公区域工作面照度。自然光随时间在强度和光谱上都会发生变化,会使室内工作面的照度不均匀。通过光敏传感器的检测,制定相应的控制策略,平衡室内的照度分布,使工作面照度保持相对稳定。预设2个极限照度值E1和E2 (E=ΦNUK/S。式中,Φ为光源的光通量;N为光源数量;K为灯具的维护系数;S为探测区域面积),当探测到的工作面照度E≤E1时,探测区域的灯具全部打开到额定光通量;当探测到的照度E>E2,并持续15min时,探测区域的灯具全部关闭。另外,设置2个照度阀值E3 (高于预设值E1的25%)和E4(高于预设值E3的25%),若探测到的工作面照度E>E3,并持续15min,则降低人工照明,通过电子整流器调节荧光灯到额定光通量的80%;若探测到的工作面照度E>E4,并持续15min,则调节荧光灯到额定光通量的50%。工作面照度持续15min是为了防止因短时天然采光的变化导致照明控制系统频繁变化,这在多云天尤为重要。

2 结束语

热释红外传感器和光敏传感器的综合应用,可实现办公照明管理中的照度感应控制、人体感应控制,以便充分利用自然光源,达到自动化绿色节能减排效果。

办公智能照明控制措施的应用,不仅能使办公室的视觉环境舒适,而且方便日常管理与维护,节约了能源,可推广应用于各类照明用电场合。

参考文献

[1]周希章.电技术与方法[M].北京:机械工业出版社,2004

[2]唐海.筑电气设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2007

智能照明控制系统的设计论文 篇2

1系统硬件模块

本系统的设计是基于51系列单片机，由7个硬件模块构成，分别为控制、定时、光控、声控、按键、显示、照明。其中光控、声控模块实现对外界光、声信号的采集与判断；定时实现照明系统的照明时间控制；控制模块采用STC89C52单片机，根据外界光、声及定时信号控制照明电路，切换不同的工作状态以适应外界需求。照明系统架构如图1所示。

1.1控制模块

本文采用STC89C52单片机，具有8位CPU和系统内可编程Hash，是一种低功耗、高性能微控制器。在本文的设计中控制模块接收定时模块的时间及外部环境的光、声信号，通过判断照明级别，控制照明灯的工作状态，实现照明系统的智能动态化管理。

1.2输入模块

1.2.1定时模块

定时模块采用了DS1302芯片，用于给整个系统提供日期与时间信息，它不仅功耗低，高性能，还具有掉电走时的功能，即使在单片机断电的情况下它也不会停止计时。同时也便于系统对于当前是否到达设定的夜间时间进行判断。

1.2.2光控模块

光控模块中使用光敏电阻来采集光信号，并使用LM393比较器对光信号强度进行判断。图2为光控电路，比较器的同相输入和反相输入端连有电位器，在没有自然光照的情况下调整电位器，将两个输入端的电位保持一致，此时比较器会输出低电平信号。当光敏电阻被自然光照射时，其阻值会大幅度的减小，从而使得比较器的同相输入端电位升高，比较器输出高电平信号。通过比较器输出信号至单片机P1.4端口，单片机可以判断外界光强是否到达阈值强度，模块工作状态的改变。

1.2.3声控模块

声控模块中采用驻极体话筒（图3中用R6电阻替代）采集声信号，它是电容话筒的一种，灵敏度高气声信号强度的判断采用LM393，原理同光控电路，最后信号输出至单片机P1.3端口，如图3所示。

图3声控电路图Fig.3Circuitofvoicecontrolsystem

1.3输出模块

1.3.1显示模块

如图4所示，显示电路采用LCD1602液晶显示当前的日期与时间，LCD1602液晶可以显示两行，每行16个字符，夕卜加的电位器可以随时调节液晶显示屏的对比度气

1.3.2照明模块

如图4所示，照明模块是用2排8个LED灯来模拟照明灯的3种工作状态：熄灭、间隔亮与全亮。当工作在熄灭或全亮状态时，8个LED灯全部熄灭或点亮；当需要间隔亮时，2排LED灯亮起1排，提供强度相对较小的照明。

2系统软件设计

智能照明系统将时间、光照、声音结合起来判断外界环境的变化，并且为照明灯设置3种工作状态以提供不同的照明强度，分别为全亮、间隔亮和熄灭状态。系统运行流程如图5所示。

图5系统运行流程图Fig.5Flowchartofsystem

在照明灯工作状态控制中，对宿舍楼设置时间为18:00?次日6:00，教学楼设置时间为18:00?24:00，称为夜间模式，在设定时间内，照明灯工作在间隔亮状态，提供夜间基本的照明。如果此时声控模块采集到的声强强度大于阈值强度，说明教学楼或宿舍的人流量较大，照明模块会切换至全亮状态，提供高强度的照明，并且在声音信号消失后，还会延时5s再恢复间隔亮的工作状态，以保证夜间活动对照明的需求。

在设定时间之外，如遇到雷雨或雾霾天气，照明系统对外界的自然光强度进行采集与判断，即使未在夜间模式也需要一定的照明，因此当光控模块采集的光强强度小于阈值强度时，照明模块便会工作在间隔亮的状态，保证教学楼或宿舍的基本照明；再通过对声音信号的采集和判断，如果人流量较大，则照明模块又会再切换至全亮状态。

3系统测试

根据系统的功能要求，对系统在所有情况下的工作状态(预置的设定时间为18:00?6:00)进行测试，测试电路如图6所示。

图6实际测试电路Fig.6Pictureoftherealtestcircuit

当未到设定时间、光强>阈值时，LED灯熄灭；当未到设定时间、光强<阈值、声强<阈值时，LED灯间隔亮；

当未到设定时间、光强<阈值、声强>阈值时，LED灯全亮；

当到达设定时间、声强<阈值时，LED灯间隔亮；

当到达设定时间、声强>阈值时，LED灯全亮。

由此可见，本系统在各种情况下均按照要求切换工作状态，符合设计要求。

4结束语

高校教室照明节能智能控制系统设计 篇3

关键词： 单片机；节能；智能控制

Abstract： This paper developing a system to solve the energy waste problem caused by the long time lighting in university classrooms. The system is composed of MSP430 single chip microcomputer， light-to-frequency converter and infrared sensor. Through making reasonable arrangements of time， processing physiology signal and light intensity comprehensively， the system saves significant energy and works intelligently.

Key words： MCU；energy-saving； intelligent control

社会可持续发展的主要问题在于能源，节约能源需要我们从生活的方方面面做起。仅以高校教室为例，由于管理不够科学规范，每年都会有大量的电力资源白白浪费。我国高校目前的教室灯光管理绝大多数依赖人工，由于教室数量多，管理员无法对每间教室都实施及时的控制，常常出现教室无人时开灯、光线充足时也开灯的“长明灯”现象，造成了不必要的电能浪费和经济损失。以我校为例，就公共教学区来说，粗略统计大约有30000盏灯，每盏灯36W，按每天亮灯（从早晨8点到晚上9点正常运行）13个小时计算，扣除一年三个月的假期，一年教室照明的耗电量大约为389.08万度，依照现行电价0.573元/度，学校在教学楼耗电上要支出约222.94万元。若按每天只浪费用电2小时，则白白流失的就有61.24万度电，多支出34.3万元。试想全国所有高校每天浪费的电量该是多么庞大的数字。为了解决这种情况，设计出高校教室照明节能智能控制系统，使教室灯光能够按需分配，实现人到灯开、人走灯灭、智能节能。

一、系统整体设计

系统采用由上下位机组成的主从式结构，对教室进行分区域控制[1]。主机通过网络控制各个教室中的下位机，对不同的区域安装光频转换器和人体感应传感器，分别测量教室内的光强和人员分布情况，实现教室内不同区域的灯光开关，从而能够有效节省电源。

各个教室中的下位机以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。在工作时间内，如有模式信号输入则系统进入相应的模式；若无，则进入自习模式。不在工作时间，如有手动信号输入，则根据手动任务的设定运行；若无，则关闭所有的灯。

系统预置有不同的工作模式：讲课模式、自习模式，供用户根据需要进行选择使用，且各模式之间可以自动切换，使操作更加便捷。

1.讲课模式。由于每个教室排课不同，通过上位机PC软件将对应课表下载到不同的教室，将“有课”、“无课”分别设置为“1”和“0”，存储在下位机的FLASH中[2]。下位机则处于定时工作状态，每堂课开始的前5分钟，教室中的下位机会进行一次判断，如果对应有课，则开启讲课模式，教室灯光全开；如果没有课，则关闭教室全部灯光，进入“自习模式”。

特别地，有时存在教师临时更换上课地点，故讲台上也放置一个人体感应传感器，在进入讲课模式后，每隔5分钟探测1次讲台上是否有人上课，执行2次这样的操作，并将2次检测结果取逻辑“或”运算。如果为“真”，则说明有人上课，继续执行“讲课模式”；如果为“假”，则进入“自习模式”。下位机的判断过程如图1所示。

2.自习模式。将教室分为A、B、C、D四个区域，如图2所示，每个区域房顶正中放置一个人体感应传感器HC-SR501[3]和光频转换器[4]。当下位机处于自习模式时，输入参数为人体存在信号和光强度信号，若某区域的人体感应传感器检测到有效信号，系统判断此时光频转换器采集到的光强，如果高于设定阈值（光线较弱），则打开对应区域的日光灯；如果低于阈值（外界光线很强），无论教室是否有人，都不开灯，如图3所示。

图2 教室内区域划分图

图3 自习模式流程图

二、系统具体设计

1.上位机设计。用C#编写含有以下2个功能的软件[5]：①能将课程表分别导入到各教室中的下位机；②能将各下位机的灯光开关状态显示在上位机界面。

将教学楼的所有教室组成网络结构，如图4所示。管理人员通过上位机PC上的软件实现对各个教室的监控，用MSP430芯片制作一个中转控制器[6]，如图5所示，作为上下位机间的枢纽，保证通信的有效性。

上位机软件从教务处导出各个教室的本学期的课表，用数据库SQL Sever存储[7]。同时设置为每天凌晨向各个下位机发送每天更新后的课表信息，PC机与中转控制器的RS232接口建立通信[8]，由于每个教室在IIC总线上都有唯一地址，此时IIC总线通过总线裁决，决定哪个教室占用总线，中转控制器通过IIC接口将信息发送至对应教室。在更新完课表信息后，中转控制器设置为从机，各个下位机定时将教室灯光信息反馈至上位机界面，使得管理人员能够掌控每个教室具体的灯光情况，提高了监控效率。

2.下位机设计。下位机的课表、灯光信息存储在单片机FLASH中，从而能够实现掉电保护。系统还加入密码控制，以增加系统运行的安全性。通过键盘完成设定密码、初始化时间。时钟模块采用芯片DS1302[9]，该芯片不仅能够显示秒、分、时、日期、月份和年份信息，还可实现掉电保护，为时钟电路提供电源，如图6所示。

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下位机以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。将时间作为控制依据进一步加强对节能的监管，明确工作时间与非工作时间的界限。

具体来说，将6：00～22：00设置为工作时间，在工作时间段内系统自动在“讲课模式”和“自习模式”之间随时间的变化不断切换；在非工作时间内，系统自动关闭，实现节能。而系统在不同的模式下开关灯的标准不同，讲课模式下灯光自动全开，也可根据需要手动强制开关灯；自习模式下，将人体感应模块HC-SR501参数设置为延时时间1分钟和可重复触发，光频转换模块阈值设定为白天不低于150lx，晚上不低于200lx。当有人体信号后，判断此时光强，若高于阈值不开灯，低于阈值开灯。这样只要人仍在有效探测区域内，人体感应传感器便能不断检测到，延时被重复触发，而不在时，该区域灯灭。从而实现人到灯开，人走灯灭。

3.人数统计。在教室门口放置人数统计装置，其分布图如图7所示，A、B处各放置一个红外收发对管，当无人通过时电压保持不变，设为状态“0”，有人通过时电压变化，设为状态“1”。有A、B状态真值表如表1所示。

程序中设置全局变量判断教室内人数，当红外接收管电压发生变化时系统发生中断，通过查询数组值判断A、B的变化情况。例如当有人进门时，A由“0”变为“1”，B仍为“0”，将总人数值加1；同理，当B由“0”变为“1”时，总人数值减1；当A、B皆为“1”时，说明同时有人进出，此时总人数不变。

上位机可以通过软件了解各个教室的实时人数，从而大致判断教室内上课的出勤率。同时可以计算出各个教室的空位数，学生可以通过大厅的显示画面了解去哪个教室自习。

三、结束语

系统的设计从低碳、环保的理念出发，立足于节能，适用于高校教室照明控制。采用多模式控制，实现各模式之间的自动转换，满足教室上课、自习、多媒体等多用途的需求。课表模式的引入不仅从全局上能够网络化管理灯光，也能实现局部的差异性。通过实际测试，人数判断较为精准，但是当两人同时进出门时统计可能产生误差。

参考文献

1 谢兴红.MSP430单片机基础与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008

2 秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006

3 黎洪生， 刘苏敛， 胡冰等.基于无线通信网络的智能路灯节能系统[J].计算机工程， 2009，35（14）：190～191，214.

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5 胡开明， 李跃忠， 卢传华.智能路灯节能控制器的设计与实现[J]. 现代电子技术， 2009，34（9）：143～145.

6 申田宝， 吕俭荣， 储惠等.智能照明节电器的技术特性与应用[J].上海节能， 2004，10（3）：29～31

7 吴瑶， 姜建国.基于模糊控制的节电照明系统[J].工矿自动化， 2005， 25（12）：82～85

8 吴永桥， 金康进， 施广林.基于单片机的节电照明控制系统[J].世界电子元器件， 2004，22（4）：47～49

9 刘三梅， 程韬波， 胡战虎.基于GPRS/WEBGIS 的路灯节能监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计， 2008，29（1）：187～189

高效智能照明系统的设计 篇4

我国自1999年出台扩大普通高校招生人数的教育改革政策以来, 各高校在校人数普遍增加, 面临的问题就是师资力量和教室数量明显不够, 紧接着出现的就是能够容纳百余人同时听课的“阶梯教室”越来越多。由于自然光具有随机性和易变性, 且“阶梯教室”面积较大, 教室内照度值一直在发生变化, 各个方位的光照强度不同。就出现教室内某些方位的自然光照不足, 需要开灯学习, 而“阶梯教室”的照明设备大多数采用一个开关控制多个照明设备的设置, 这就造成了白天教室某些方位即使在采光充足的情况下也同时开灯的现象。另由于大学开放型的管理模式, 以及学生们节能意识的淡薄, 在白天教室里即使无人或者人数很少的情况下, 教室里的照明灯也全部开启。在许多教室里长明灯和人走不熄灯的现象普遍存在。据测算教学楼耗电量占学校所有耗电的40%左右, 按照有关规定教室照明的功率密度约为10W/m2。一个标准教室的面积为96m2, 假设每天正常用电时间为15h, 每个教室年度按270天计, 一个学校教室数量为200间, 节电率以平均30%计算, 则一年可节电 , 节约电费10~20万元。以上估计还未包括线路损耗和灯具长时间开启而损耗的部分。因此, 研究大学教室的节能是一项很有现实意义的事情。本高效智能照明系统不仅能满足室内人员对照明的要求, 节能效果好、还能延长灯具寿命、降低运行费用、简化节省配电控制设备和管理工作量, 具有非常重要的应用价值和推广价值。

1 整体硬件设计

本设计的整体框图如图1, 由光照采样模块、红外人体感应模块、火灾检测报警模块、语音模块、LED驱动模块、主控制模块、电机驱动模块、继电器控制模块等8部分组成。它的主控模块采用TI公司的低功耗单片机MSP430G2553, 系统首先通过光照采样, 并通过光—流—压转换后, 探测室内光照强度, 并利用红外人体感应模块探测室内是否有人, 将这些采集到的信号以及火灾检测报警模块感应的信号传送给主控模块进行相关的处理判断后, 再通过电机驱动模块、LED驱动模块和继电器控制模块来控制LED灯具开关的时间及位置。该系统有实现消防、安防、智能控光的功能。

2 微控芯片的选择

MSP430系列单片机是美国德州仪器公司 (TI) 近几年开发的新一代单片机, 由于其功能远远超过其他系列单片机的功能, 因而又被称之为混合型单片机, 它具有一种16位RISC架构, 对于应用而言是高度透明的。所有的操作 (程序流指令除外) 均作为寄存器操作与用于源操作数的7种寻址模式和用于目的操作数的4种寻址模式一起执行。CPU与16个寄存器进行了集成, 可提供精简指令执行时间。寄存器至寄存器操作执行时间为CPU时钟的一个周期。其中的4个寄存器 (R0至R3) 分别专门用作程序计数器、栈指针、状态寄存器和常数发生器。其余的寄存器为通用型寄存器。采用数据、地址和控制总线将外设连接至CPU, 并可利用所有的指令对外设进行控制。该指令集包括51条原始指令以及3种格式、7种地址模式和用于扩展地址范围的额外指令。每条指令均可操作字和字节数据。

3 部分硬件电路设计

3.1 光照采样模块设计

光照采样模块通过光敏电阻reds1对外界光照强度进行采样, 将采集到的模拟信号传给MSP430G2553的P1.0口, 并执行相应的控制命令。

3.2 红外人体感应模块设计

红外人体感应模块采用BISS0001为主芯片, 及红外热释电传感器而实现。通过此模块可以将室内是否有人转换成电平信号, 单片机通过接收到的电平信号并结合室内光线强度做出反应, 点亮LED灯。如图2所示。

3.3 大功率LED驱动模块设计

本系统结合节能、性价比以及室内环境对光照强度的考虑, 最终采用的LED灯功率为1W。结合LED驱动电路的特点采用恒流驱动方式, 所以驱动芯片选择PT4115恒流驱动芯片。单片机根据室内光线强度产生不同的PWM脉冲, 传给PT4115, 从而实现对1W LED灯的0-100%亮度的调节。其电路如图3所示。

3.4 火灾检测报警模块设计

火灾检测报警模块运用MQ-2烟雾传感器为主芯片而实现。通过此模块可以将室内烟雾浓度换成电平信号, 当室内的烟雾浓度超过预设值时, 单片机将接收到由此模块传来的高电平信号, 这时单片机就会命令语音模块, 发出火灾警报。电路如图4所示。

3.5 语音模块设计

语音模块运用WT588D为主芯片而实现。WT588D语音芯片是早期可外挂FLASH的一款语音芯片, WT588D音质较好, 控制灵活的特点, 更增加了可播放MIDI和弦功能, 性能更好。本模块直接接于单片机上, 通过单片机控制发出不同的语音信号。

4 软件设计

当系统处于智能灯控模式时, 系统上电后首先进行初始化, 里面的光敏电阻进行室内光线强度的采样和检测。当采集到的光线强度不符合我们的设定值时 (没有天黑) , 程序结束。当采集到的光线强度符合我们的设定值时 (天黑) , 再根据热释红外传感器对室内环境进行检测, 当室内检测无人时, 程序结束。否则 (有人) , 根据采样得到室内光线强度决定点亮LED灯的亮度, 使室内光线达到最适程度。当热释红外传感器检测不到人时, 系统发出灭灯警报, 若在30秒内无人触动不灭灯请求开关时, 系统熄灭LED灯。否则 (触动不灭灯请求) , 系统不灭灯, 并重新检测室内是否有人。

当系统处于安防模式时, 系统上电后首先进行初始化, 里面的光敏电阻进行室内光线强度的采样和检测。当采集到的光线强度不符合我们的设定值时 (没有天黑) , 程序结束。当采集到的光线强度符合我们的设定值时 (天黑) , 再根据热释红外传感器对室内环境进行检测, 当室内检测无人时, 程序结束。否则 (有人) , 拉响防盗警报。 (注:考虑到盗窃案件多发生于晚上, 白天人流量比较大, 基本无盗窃事件发生, 故白天无安防模式)

本系统无论何时, 只要系统上电, 就处于消防模式, 当烟雾传感器检测到室内烟雾浓度超过预设值时, 系统就发出火灾警报。

5 结语

针对高校电能浪费特别严重的现象, 设计了一款高效智能照明系统, 进行了实际检测, 达到了较好智能控制和节能的效果。LED照明系统作为新型高效固态光源及其具有无污染、寿命长、指向性好、便于运输等优点, 已经广泛应用于医院、商场、宾馆饭店及学校等场所的照明系统, 所以本设计也可应用于其他场合, 具有一定的推广价值和应用价值。

参考文献

[1]张艳雯.教室照明的经济性分析及节能措施[J].岳阳师范学院学报 (自然科学版) , 2001, 14 (2) :73-75.

[2]冯义飞.教室照明智能控制的设计与开发[D].合肥:合肥工业大学, 2007.

[3]赵志敏, 张柳芳.教室照明区域化智能控制器的设计[J].低压电器, 2008 (12) :39-41.

[4]黄争.德州仪器高性能单片机和模拟器件在高校中的应用和选新指南[M].上海:德州仪器半导体技术有限公司, 2012.

[5]秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M].北京:电力出版社, 2005.

[6]沈瑞珠.智能照明系统在智能建筑中的应用[J], 低压电器, 200 (25) :20-22

[7]王庆, 郑初华, 周琪等.Protel99SE&DXP电路设计教程[M].北京:电子工业出版社, 2011.

[8]雷磊.智能家居照明系统的设计与实现[D], 西安:西安电子科技大学, 2011

家庭照明智能遥控开关开题报告 篇5

一、设计要求

（1）设计具有红外遥控功能的开关，可以进行家用电器的开关

控制。

（2）进行电路原理图设计（用PROTEL等电路设计软件）

（3）进行PCB（印制电路板）设计（用PROTEL等电路设计软件）或万用板做出实物。

二、设计的作用、目的随着科学技术的飞速发展，人们的物质、文化生活水平日益提高，各种各样的家用电器走进了千家万户，其中，遥控器的发明，使人们的生活大大方便了。遥控器有很多优点，相对于电源开关：

电源开关广泛应用于汽车、通讯、电脑、家用电器、玩具工厂、仓库、家庭居室以及办公室等场所。传统的机械式电源开关存在接触电阻大、易磨损、可靠性低以及寿命短等缺点，而红外遥控开关可以解决这一问题。红外遥控开关是无触点电子开关，不产生电火花，安全、方便、在可燃气体等场所使用尤为安全；用电视机的遥控器就可以实现开关操作，安装和代换都很方便，可以用它代换家居中非常普及的墙壁开关，在小家电领域具有广泛的实用价值；将它用于石油存储、液化气、天然气等化工设备中，大大提高了设备的工作安全性与可靠性。

本设计的目的，就是建立在红外遥控器的诸多优点上。

三、设计的具体实现

1.系统概述

我们想要解决的问题是，用手中的红外线发射器去发射红外信号，将此红外信号经过某一点路，以控制开关的通断，从而实现对电路的控制。

从整体的逻辑思维来看，我们需要四个部分的电路，首先要有接受红外信号的装置，然后经过处理电路的某种处理，接下来，指令到达执行电路，执行我们设定的结果。

除上面的分析的四部分外，电路还需要能源装置，就是供电的部分。大体思路有了以后，接下来要考虑的，就是此电路的供电问题。

供电的思路，照现实情况来看，无外乎两种思路：一是直流供电，采用直流电压源供电，方便，快捷；二是用交流电，即220V，50Hz的市电。

由于此种开关是控制某种实用原器件通断的电路，它所控制的实用元器件电灯都会用到交流电。也就是说，如果不管电路用那个方式供电，220V，50Hz的交流市电总是会用到的。既然如此，那如果再用直流稳压的电源，岂不是要多用一些设备；并且，直流电源使用价格较昂贵，较交流电麻烦，需更换电池等，所以，我采用交流电供电的方式。

2.设计思路

电路大体结构如下：

红外发射——红外接收——单片机——继电器

因此，找我们上面的分析电路必须有一个红外线接收装置，用以接受红外信号。

接收到红的外信号，必须经过处理，才能对开关进行控制，因此，我决定将接收到的红外信号按照大多数资料上所提供的参考电路，用一个集成块处理。在查阅了大量的参考资料后，利用集成块的特性，决定将收到的信号转化成电位高低的信号，用此电位高低信号作为信息，控制电路的通断。而如果要这样，可以和晶闸管也就是硅可控元件SCR联系在一起，这样就很方便的能够控制电路的通断了。

其中，红外接收头所接受的是红外线信号，然后此种装置又将红外信号转化成电信号，此时的电信号可能不能直接被输入进入集成块的信号输入端，而可能需要经过某种电路的处理，因为集成块在此电路中是处理脉冲用的，所以，就需要用到脉宽选通

电路。信号经此部分处理后，变为合适的脉冲，输入到集成块，从而控制电路。

该电路的优点是：

1.适用范围广，随便用彩电或影碟机遥控器就能遥控；

2.还具有自身压降小、功耗小等优点。

四、预期成果

在室内对家里灯实现集中遥控，体现现代家庭生活的时尚，新潮。

五、阶段内容与时间安排

第8学期1-2周搜集资料，完成开题报告、文献综述和外文翻译。

第8学期3-7周进行实作任务，前期先从学校的“万方数据库”收集一些研究生论文、学术期刊，看别人是如何设计的，然后拿出自己的设计方案，然后利用Proteus

仿真软件进行在线仿真，仿真通过后开始买元器件进行作品的焊接和调试，然后开始写论文，并在第7周交中期检查表。

第8学期8-12周 完善论文，并在12周提交论文，准备论文答辩

六、完成设计（论文）所具备的条件因素

1.主要理论课程：电路模拟电子技术基础数字电子技术基础数字信号处理电子测量技术 单片机原理与应用微电子器件与IC设计嵌入式系统集成电路设计传感器

2.软件课程：QuartusⅡ、Multisim2001、Matlab6.5、protel（Dxp2004）、proteus等软。

3.具备的能力:具有较强的实际动手能力。

七、参考文献

[1]罗士彬．可控硅在红外遥控开关中的应用[N]．电子报，2005— 4—3．

[2]杨延宁，张建民．彩电消磁电路的改进[J]．电视技术，2001

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[97刘越，潘红兵．双向动力线调制遥控开关[J]．电子技术应用，2001，27(4)：79—80．

智能照明设计 篇6

关键词：住宅小区 地下车库 照明引导 智能控制

随着中国经济的不断发展，住宅小区中的地面停车位已经无法满足业主们的需求，地下车库就应运而生，但其照明引导与智能控制设计就是首要解决的问题。

1 设计要求

首先，监控与管理必须体现集中性，一来符合进入车库的行人与车辆进行合理的照明引导，达到主题突出，再者集中性能够更好，更快，更直接的通过中心了解，掌握车库内照明灯的运作状况与是否有故障情况，节约了大量的人力资源和电力资源，实现了真正意义上低碳与节能，同时也为以后的管理与维护创造了很大的方便，从而达到该设计项目的节能与环保，提供给该设计项目申报绿标建筑的需求与功能。其次，当业主车辆行驶入或者停放的时候，结合数据中心的车辆出入的智能管理控制系统，来实现车辆驶出或者驶入与停放都能做到智能引导的目的，行驶将至的区域主干车道的灯光智能打开，指引此车辆行驶至停放区域，进而很理想的为业主提供了一个舒适，温馨的回家环境。

地下车库应有合适的智能控制系统，来应对其不同时间段，不一样的天气状况下的照明亮度，快速精确的做到控制与改变灯具的开关时间顺序与时间段。①白天，在室外阳光比较充足时通过地下车库内的采光井与光导管发挥的作用，就能够满足第一层区域的正常照明亮度的需求，而在阴雨或者连续几天的阴雨水等天气时，能够通过集中的智能控制系统利用照度传感器来快速准确的，开启离采光井与光导管有一定距离的区域，同时满足地下第二层或者更多层的灯光照明需求。②晚上，按照不同的时间段单独的设计出对其控制的智能模式，当然这期间消防应急灯都是无条件一直开启的。在驶入与驶出的高峰时间段，依照车辆的进出实现智能的引导与控制。在没有车辆进出时，就只需要一直开启消防应急灯来进行简单的照明。行人从停车区行驶到楼栋的入口时需利用动态感应来开启照明的方法，将该区域内的灯光打开，提供给行人足够的照明。

2 设计目的

该设计项目按照住宅小区地下车库照明引导与智能控制设计需求，要做到环保与节能效果，必须有合理的智能模式系统来完成，还需要选择经济适用且寿命较长的照明灯具，使照明用电量最大限度的减少浪费，体现低碳与节能，做到对照明的合理分析与规划，结合集成智能控制中心最终达到车辆的驶入与驶出都有照明的智能引导与控制。

3 设计区域的照明

为了达到车辆的照明引导，主要的考虑到车库出口与入口以及车位区域设置对灯光的需求，我们就要对照明走向进行很好的划分。①将主干车道与停车的区域的照明走向分开来设计。②我们要依据各个单元楼的住户就近方便停车的原则，给每个单位规划一个较大的停车区，再将这个大区域划分至很多个较小的照明区域，每个区域都必须有应急灯，以供日常夜间的开启，同时给以每个小的区域一个普通的照明灯，可以作感应与控制引导，通过这样的方式不仅使业主从停车位到家的路程减短，也做到了减少灯光感应的控制次数，从一定程度上延长了灯具的使用寿命。主干车道上的照明要根据各大的停车区域与小停车区域的范围来规划。

4 设计所需灯具的选择与安装方式

根据前面的住宅小区地下车库照明引导与智能控制设计所需要的需求，同时依据照明区域的规划与系统设计要求，以及本着低碳，技能，经济且灯具寿命长的原则，所以需要在不同的区域选择不同的灯具与安装的方式来合适该项目。实际上地下车库对照明灯光的颜色要求并不高，灯具方面还要遵照低碳，节能，经济的原则来选择，同时还考虑到前期所需要的投入成本，地下车库内的照明灯具主要采用T5萤光灯，其他的个别地方则按照一定数量的4U节能灯就可以了。依据主干车道需要起到对驶入，或者驶出车辆的引导作用，在车辆驶入或者驶出时，主干车道上的灯光和相应其他的灯光应提前打开，为了使这一引导效果更为显著，就将主干车道上需要安装的T5萤光灯，采取线槽式的安装方式，停车区域则采用相比较而言更经济的链吊的安装方式来完成改项目。设计的照度应该要满足表1的要求。

5 设计的智能引导与控制

住宅小区内的地下车库作为一个为业主提供停车方便的很重要的场所，灯光照明这方面的要求就必不可少，为了保证该套智能引导与控制的可靠性与稳定性，一定需要选择一种安全的布线方式，以有效的防止一时的错误操作，所以，在套设计系统方案中采用总线型智能引导照明控制方案，来对整个地下车库场所所需的照明进行所谓的集中化管理与控制。①系统应根据所属地通过计算全面的日出与日落来确定该项目的时间表，在该基础上依照地下车库内照明开始灯的有效实际时间，而后还需要进行人工来调整后而形成车库内照明的智能控制时间表，从而使系统按照该时间表来自动操作日常的自动开灯与关灯，还可以提前几分钟来提示关灯，当然，系统的得具备定期的自动与人工手动校对时间的功能，以保证该套系统的开灯与关灯的准确性，时效性和合理性。考虑到系统照明控制中心发生故障的情况下，还需要该系统有内部的可以独立进行的时间控制功能，由预设置的开关灯的参数或者临时设置的开关灯参数来应对突发情况，而起到很好的控制作用。②该套系统由于安装由照度自动感应器，在白天会根据所感应到的照度，自动的实现开灯与关灯控制，因此，还需要一套有效的光控来补足时控的缺点，天气状况较好的情况下限制打开灯光，而在天气阴暗时则灯光开启。③控制设计方案中还需要做到该系统自身所具备的对输入与输出设备，还有继电器，以及通信装置等在工作状态下的自动诊断功能，在安装完工后，该功能的调试效果可以通过集中控制中心来进行，如调试遇到故障后，可专门针对性的进行排除故障。为了及时的发现与处理各种系统故障，需要进行不简短的自动故障巡查，以保证地下车库内的照明效果能发挥到极致。系统应预留到移动的扩展需求，以备后来车库照明的实际要求，管理与发展控制，可以按照实际要求来任意增加或者减少设备。

6 结束语

该住宅小区地下车库照明引导与智能控制设计中对照明采取了总线型、集中型的控制方案，使以后扩展与发展都是件非常容易的事情，做到了未来施工与维修都非常的方便。根据系统所能达到的功能，设定了多种的智能控制模式，来适应不同场合，不一样的时间段照明的需求，而进行不同组合的开关灯，让车库内在不同时间段有不一样的效果，能够最大限度节省人工与材料，检查等费用，可以大大的提高人的工作效率，节省人力，做到了真正意义上的低碳、节能并经济。然后，需要注意一点就是我们的设计是在工程施工前就完成了的，所以在施工的过程中还需要结合电气的要求与现场条件以及另外的一些需要来进行一定的调整，从而能达到一个理想的施工安装效果，真正意义上的做到住宅小区地下车库照明引导与智能控制。

参考文献：

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[4]董智年，鲁大伟.住宅小区的地下车库设计[J].四川建材，2011，03：50-51+53.

[5]行耿顺.ABBi-bus智能控制系统在地下车库照明中的应用[J].山西建筑，2012，30：161-162.

办公照明智能控制措施设计 篇7

对于现代化的办公大楼,节约能源和降低运行费用是业主们关心的一个重要问题。办公照明智能控制已成为当今建筑发展的主流技术。针对办公照明存在的问题,提出了一个典型办公室的智能照明控制方案。

1 办公照明现状

目前,我国办公照明主要存在以下问题:照明技术比较落后,高效节能新光源使用量很少,故照明电能消耗大;照明设计不合理,偏爱美观,考虑发光效率少,照明功率很大而发光效率差,造成电能浪费;照明控制装置的应用少;照明维护管理水平低,不按时正常开关,缺乏维护管理。

2 照明智能控制措施

推行照明节电,应遵循“在保证照明效果下点着灯节电”,即不应牺牲照明效果,否则会导致办公效率降低。办公照明节电应在采用高效电光源、高效灯具的前提下,推广采用智能控制系统,即利用各种照明传感器将所需的和照明有关的各种信号采集输入到智能控制模块,利用智能算法计算输出一个控制值,实现对光源的合理控制。

照明控制装置是控制照明的使用时间、调节照度、限制照明设备电流和电压的节电设备,可使照明系统运行在全自动状态。办公楼照明控制系统依据工作场所的环境特点,通过对光线的强弱和室内是否有人的判断,按预先设置切换若干个基本工作状态,自动在各种工作状态之间转换,达到节能的目的。例如,上班时间来临时,系统自动将灯打开,而且亮度会自动调节到工作人员最合适的水平;在靠窗的房间,系统能智能地利用室外自然光;当天气晴朗时,室内灯会自动调暗,天气阴沉时,室内灯会自动调亮,以始终保持室内恒定的亮度。当每一个工作日结束,系统自动进入“晚上”工作状态,自动缓慢地调暗各区域的灯光;同时,系统的动静探测功能自动生效,让没有人的办公室的灯光自动关掉;相反,动静探测能保证有员工加班的办公区灯光处于合适的亮度。系统还能使公共走道及楼梯间等公共区域的灯协调工作,当办公区有员工加班时,楼梯间、走道等公共区域的灯就保持基本的亮度。此外,还可通过手动、遥控方式,随意改变各区域的光照度。

作为智能控制系统中现场检测装置的传感器,在整个系统中起着非常重要的作用,由于办公室的走向与太阳光的夹角不同而造成亮暗区位置不同,传感器的选用及设计直接影响对灯具的调控方案,进而影响灯具的节能效果。下面主要介绍一种用热释电红外传感器和光敏传感器相结合的智能照明控制措施。

3 办公智能照明控制方案设计

图1所示为办公室典型布置图,根据使用情况将其分为4个区域,每个区域的荧光灯配有可调光的电子镇流器,灯具由安置在办公室内的控制面板或远程的主控上位机来控制,现场检测通过热释电红外传感器S1~S4和光敏传感器S5~S7实现。

热释电红外传感器是一种检测物体辐射红外能量的传感器,利用具有极化现象的热晶体制作。红外辐射的物理本质是热辐射,当红外线照射热释电元件时,其极化强度发生变化,变化部分作为电荷被释放出来,从外部取出该电荷就变成传感器的输出电压。输出信号的强弱取决于温度变化的快慢,从而反映出入射的红外辐射的强弱。利用热释红外传感器,可分别对各办公区域进行动静探测,即主动式(检测静止或移动极慢的人体)和被动式(检测运动人体)的监测。

图1中,在办公室中央天花板上安装4个热释电红外传感器S1~S4分别对4个区域进行动静监测,在晚上或加班工作状态,它可起到重要的节能作用。

办公室智能控制系统中光敏传感器S5~S7用于检测各办公区域工作面照度。自然光随时间推移在强度和光谱上都会发生变化,会使室内工作面的照度不均匀。通过光敏传感器的检测,制定相应的控制策略,平衡室内的照度分布,可以使工作面照度保持相对稳定。预设2个极限照度值E1和E2,其取值可依据光源的光通量Φ、光源数量N、灯具的维护系数K、探测区域面积S,由平均照度的计算公式E=ΦNUK/S得出。当探测到的工作面照度E≤E1时,探测区域的灯具全部打开到额定光通量;当探测到的照度E>E2,并持续15min时,探测区域的灯具全部关闭。另外,设置2个照度阀值E3和E4,E3高于预设值E1的25%,若探测到的工作面照度E>E3,并持续15min,则降低人工照明,通过电子整流器调节荧光灯到额定光通量的80%;E4高于预设值E3的25%,若探测到的工作面照度E>E4,并持续15min,则调节荧光灯到额定光通量的50%。

热释电红外传感器和光敏传感器的综合应用,可实现对办公照明管理中的照度感应控制、人体感应控制,以便充分利用自然光源,达到自动化绿色节能减排效果。

4 结语

以上办公智能照明控制措施,不仅能够提供办公室舒适的视觉环境,而且方便日常管理与维护,节约了能源,可推广应用于各类照明用电场合。

摘要：针对办公照明存在的问题,提出一种用热释电红外传感器和光敏传感器相结合的智能照明控制措施,达到节能目的。该方案提升了照明控制的智能化水平,具有一定的应用价值,可推广应用于各类照明用电场合。

关键词：办公照明,智能控制,传感器,节电

参考文献

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[2]唐海.建筑电气设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2007

[3]贾正松.基于单片机实现智能照明控制系统的设计[J].现代电子技术,2009,(17)

智能照明设计 篇8

现代社会随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展, 智能建筑的概念逐渐深入人们的生活。人们对建筑的要求有了进一步的提升, 除了传统需求, 舒适性、安全性、高效性、方便性、可靠性甚至节能性都在考虑范围内, 这使得公共区域的控制系统必将成为新型技术的发展趋势。

针对当前公共区域内存在的消防应急照明系统与智能照明系统相互独立, 在发生火灾时经常会出现由于正常照明回路未及时切断而造成的二次伤害等严重问题, 本文提出了一种基于KNX的公共区域消防应急照明与智能照明相互集成的新型系统, 先进的软硬件设施为使用者和管理者提供了舒适宜人的生活意境和灵活高效的办公环境。

1 公共区域应急和智能照明系统集成设计

随着高新技术的快速发展, 人们的生活节奏也逐步加快。有数据显示, 人们的一生中有三分之一的时间在公共区域工作, 排除工作, 人们又有三分之一的时间在娱乐, 因此人们一生中有一半的时间要在公共区域中度过。[2]那么, 公共区域的安全问题, 以及以安全为基础, 衍生出的节能、便捷管理等延伸问题将会成为信息技术发展的中又一弧线的跳跃。

一般的公共区域设有智能照明回路和消防应急回路。但是这两个回路都相互独立, 当火灾发生时, 虽然消防应急回路能够开启, 但是却不能自动关闭智能照明回路, 而这带来的后果就是, 不仅毁坏了正常的智能照明回路, 造成经济的损失, 还可能由于智能照明回路的毁坏给人们带来二次伤害。本文以一般性公共区域为例, 采用KNX控制系统, 模拟了一种公共区域应急照明和智能照明相互集成整合的新型控制系统。

1.1 主要设备

公共区域的照明设备分为: (1) 智能照明回路, 包括开启、闭合。 (2) 应急照明回路[1]。

1.2 设计方案

公共区域采用KNX控制系统设计, 是智能化程度相对较高, 同时又兼顾节能和提高公共区域档次及安全性的设计方案。设计者可根据业主的需要灵活更改。

1.2.1 硬件设计

(1) 设备清单。根据公共区域设备和KNX控制系统设计的要求, 设计中有电源、消防模块、八路模块等回路, 初步选取KNX控制。 (2) 设备布置和回路划分。以典型公共区域为例, 进行电器设备布置和回路划分。设计时, 在控制间放置一个控制PC, 用于系统中心控制;在公共区域根据要求放置消防模块对火灾进行检测并输出信号。各电器设备布置简单、方便、侧重智能性和灵活性。 (3) 强电回路配电设计。结合电气设计和KNX控制系统设计特点, 初步设计控制系统强电回路配电箱。由于KNX控制系统驱动器模块均为标准模/数化产品, 设计时将MTN644892消防模块、MTN647895八路模块安装在配电箱中标准35mm DIN导轨上, 且各回路配有微型断路器进行保护[2];系统元件电源MTN684064安装在支路配电箱中, 用KNX总线连接。

1.2.2 软件设计

(1) 软件简介。系统需要用ETS编程软件, ETS独立于各厂商, 厂商只需提供产品数据库, 通过ETS编程和调试, 不同厂商的产品数据库可加载到同一系统中, 相互兼容, 因而客户不必受制于一家产品, 对产品选型、后期工程维护和检修更具灵活性和吸引力。所以, 使用KNX控制系统, 还需要采用ETS编程软件对系统进行编程, 利用ETS软件为每个智能元件分配物理地址、组地址, 建立设备拓扑结构, 并将有关设备同一种功能的对象分配到同一组地址中, 从而完成相应的控制功能, 最终将编好的程序下载到智能元件EEPROM中, 即可完成各种控制, 当用户需要更改功能时, 只需重新编程即可。该系统采用ETS3编程软件[3]。

(2) 功能与编程实现。KNX控制系统有丰富的功能, 我们对其功能进行了模拟。模拟功能为:当发生火灾时, 消防模块会输入24V直流电, 这一电信号会自动强制关闭正常的智能照明回路[4], 强制开启消防应急回路。

用ETS3编程软件, 对以上功能对应的驱动器和传感器编程, 即可实现所描述的功能。

编程时, 首先创建一个支线, 然后在支线中添加电源、八路模块、消防模块, 并分配物理地址。例如电源的物理地址为3.1.-;两个八路模块的物理地址分别为3.1.1和3.1.2;消防模块的物理地址为3.1.3。

在物理地址为3.1.1的八路模块中添加应急照明子回路。同理, 在物理地址为3.1.2的八路模块中添加智能照明子回路。

在物理地址为3.1.3的消防模块中添加一个input1, 并将input1设置为“1”, 进而作为应急照明回路;之后再添加一个input2, 将其配置为“0”, 并作为智能照明回路。

之后, 将在3.1.1中添加的应急照明子回路添加到场地址为8/6/6的应急照明回路中, 此过程只需用鼠标选中需添加的回路并拖动即可。同理, 用上述方法将3.1.2中添加的智能照明子回路添加到场地址为8/6/8的智能照明回路中。然后将程序Download即可。这样发生火灾时, 智能照明回路 (包括编程时拖动进去的智能照明子回路) 就会强制关闭, 应急照明回路 (包括编程时拖动进去的应急照明子回路) 会强制打开[5]。

2 结束语

本文对KNX系统的公共区域的消防应急及智能照明系统设计做了详细的介绍, 从具体的案例中可知本系统具有以下特点: (1) 安全性和可靠性。总线采用DC 24V安全低电压, 保证了产品的安全, 系统中任何传感器或驱动器的损坏都不影响其他无程序关联的系统元件的运行, 从而能保证最大化可靠运行。此外, 将消防应急及智能照明集成在一起, 避免了智能照明回路在火灾中的损坏, 提高了产品的使用寿命, 最重要的是减少了由于正常照明的损坏而带来的二次伤害。 (2) 开放性和兼容性。在系统设计过程中, 只要符合KNX技术标准的产品都可实现系统的兼容, 最大限度的保证业主的投资。 (3) 便捷性。本系统硬件设计简单, 软件设计便捷、易操作, 并且十分方便管理者进行集中管理。 (4) 灵活性、可扩展性。系统各开关功能的变化, 只需要通过软件的更改即可实现, 不需要更改线路。 (5) 自动性。本模拟系统能够通过软硬件设计完成消防照明及智能照明系统的自动切换。

以上特点满足了公共区域中使用者和管理者对安全、智能、便利、节能等的要求, 会给公共区域的安全照明带来很好的效果。

参考文献

[1]本社著.消防应急照明和疏散指示系统GB.凤凰出版社.

[2]石敬祎著.消防工程施工现场细节详解[M].化学工业出版社.

[3]佚名.ETS从零开始[M].机械工业出版社.

[4]胡兵, 齐斌.KNX/EIB系统在酒店客房智能控制中的应用设计.

LED智能照明控制系统的设计 篇9

关键词：智能照明,LED,μPD78F0034

引言

LED作为第三代半导体照明光源，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高、寿命长等优点。与传统的白炽灯、荧光灯相比，节电达到90%以上。被认为是21世纪的照明光源。

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。LED是一个非线性器件，当LED导通时，只要LED上的电压稍微变大，电流就会增加很多。因此，即使电压发生微小变化也会大大影响LED器件的工作，使电流过大甚至导致发热损坏。恒流源驱动是最佳的LED驱动方式。采用恒流源驱动，LED上流过的电流将不受电压变化、环境温度变化，以及LED参数离散性的影响，从而能保持电流恒定，充分发挥LED的各种优良特性。目前广泛采用的恒流源有两种形式：一种是线性电源改进型恒流源，另一种是开关电源式恒流源。线性电源改进型恒流源的线性损耗大，适用范围小;开关电源式恒流源的可靠性较差，适应范围小，而且成本高。为克服这两种电源的缺点，我们采用了深圳光华源公司的新型恒流源器件HA22004P作为其驱动元件。目前公共建筑的照明灯具控制大多仍采用手动开关，有些使用光控和声控开关，其故障率较高，只适应于白炽灯，不适合于路灯的照明使用。从节能和提高照明效果的角度，本文阐述了一套LED智能照明和恒流驱动控制系统设计方案，可以根据不同的工作环境的要求亮度来自动控制照明的开关和亮度。特别是在大功率LED照明系统上采用恒流源驱动，具有提高用电效率，节约电能的效果。

系统硬件设计

基于μPD78F0034为主控器件设计的LED智能照明控制系统的框图如图1所示，其主要由传感器单元、控制器单元、LED驱动电路和照明系统四部分组成。μPD78F0034芯片用于对来自于热红外传感器、强光传感器、声控传感器检测到的信号经过A/D转换得到的信号数据进行计算处理，将处理过的信号经D/A转换，运算放大去驱动LED驱动电路和显示电路。

热红外传感器

热红外传感器有三个关键性的元件：菲涅尔滤光透镜，热释电红外传感器 (PIR) ，匹配低噪放大器。菲涅尔透镜一是聚焦作用，即将热红外信号折射在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。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、最近线性区段来定初始值。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，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。

强光传感器

光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长。并且当光照强度减弱时，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。所以在多种光电探测器中选择了光敏电阻。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。

声控传感器

声控传感器部分由声控传感器、音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。利用声音的相对比较，判断是否启动控制电路的开启，使用调节器可以调节给定声控传感器的初始值，声控传感器不断地把外界声音的强度与给定强度比较，超过给定的强度时，向主机发送“有声音”信号，否则发送“没有声音”的信号。

控制单元

控制单元采用单片机作为照明系统的控制核心，选用日本NEC公司的μPD78F0034芯片作为主控模块，该芯片具有8位无符号乘法指令及16位除法指令，给软件编程带来了很大的方便。

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，其工作方法如下所述。

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，分成两种情况：

·若需要照明的环境的照度X>200 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。

根据声音的大小判断是否需要启动驱动电路。

驱动电路

我们选用AP-28320发光二极管驱动器，制作一体化半导体灯的专用电源变换器，用于安装在半导体灯内部，串联驱动1串10～40支1瓦大功率发光二极管工作，220V交流市电供电，输出320mA稳定的单向脉动恒定电流。驱动器使用高频脉宽调制开关变换电路实现恒流控制，变换效率高，可达85%以上，工作稳定。驱动器为全密闭模块封装结构，适合在高湿度，高粉尘，强震动，对防爆有一定要求等环境下使用，非常适合室内使用，经过软件升级也可用于建筑物公共区间照明使用。

目前成熟应用的都是单粒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全部串联，或者并联都存在一些问题。如果全部串联连接，如果有一粒LED开路图2 LED智能照明控制系统驱动电路损坏，则整灯不亮，而且50支LED全部串联，其驱动电压至少要150V，安全性减低。如果全部并联连接，有一路开或短路，则电流不均衡，影响灯具使用寿命。

从驱动技术和发光管的特性来看，多只发光管组应该优先使用串联方案。这样，只要驱动器给的电流合适，所有发光管的电流都是一样的。发光管串联使用大家常常担心一个问题，就是一个发光管开路整串都不亮了。我们对样灯打过高压，也作了突波实验。从应用实践上看，只要驱动不失控，给发光管的电流合适，发光管很少见到开路的情况，即使发光管本身质量不好出故障，一般就是自己不亮，但还是保持通路，其他管照样亮。而且发光管都有很强的过电流的能力，比如300mA的1瓦发光管短时间加600mA的电流也不会坏。所以，使用发光管时应以串联为主，这样发光管才有稳定、一致的电流，对提高灯的寿命有利。由于管数太多，全部串联其驱动电压太高，不得不连串带并，混联。专用的LED驱动器一般是电流源，既然LED驱动器提供的是一个恒定的电流，多串并联时就必须辅以外部均流措施，均衡地把驱动器提供的总电流分配给每一串，最简单的办法就是每一串里串一个电阻均流。多串并联时首先是要使各串发光管的总管压降尽可能地保持一致，然后再串入电阻牵制电流的偏移。电阻上的压降太大功耗增加，压降太小均流效果不好，一般可以取串连管总管压降的5%左右。驱动电路如图2所示，C1为平滑电容，R1为电流整定电阻，R2为灵敏度整定电阻，R3为限流电阻;VF为每个LED正向压降，ΣVF≤0.9Vin。

显示电路

我们将400个LED分10组，每组40个。每组采用一个AP-28320作为电流源，用单片机控制可控硅的输出来调节LED的发光亮度。可在可控硅两端并联阻容吸收回路，用来吸收AP-28320与可控硅产生的谐波干扰。连接方式如图3。我们采用1W的白光LED，发光效率601m/W，预计室内亮度在2001x左右。

考虑到室外亮度越低，对室内亮度的补偿越小，所以我们安装400个LED，全部点亮其室内亮度可达2081x。

解决散热问题主要靠合理的灯体结构设计。解决方案是使用薄金属板做基板，LED可以按照使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，两个孔间距离为0.7mm，再将发光管紧配合镶嵌到金属扳上，发光管引脚在金属板后面相连。灯的外壳也用金属材料制作，装好发光管的金属板和金属外壳紧密装配，这样，灯具工作时产生的热量可以通过金属板传导到金属外壳上，金属外壳暴露在空气中，热量可以通过辐射和对流散去。为了既减小灯的体积又保证较大散热面积，灯体外壳可以采用带肋条的散热片结构。

系统软件设计

程序采用模块化设计思想。以主程序为核心设置功能模块子程序，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，因为灯具控制实时要求不高，循环控制即可满足要求。该系统的工作软件主要完成以下功能：信号输入模块实现相应传感器信号输入单片机数据通道，在控制系统软件中，分别将红外线探测器的信号与声音传感器的信号经过整流放大数字化后处理成开关的布尔型数据，然后相或，经过整流放大的环境补光，光强度探测系统产生的信号分两路，一路为布尔值，并与前两路信号处理后产生的输出进行与运算，由此产生决定灯具开关的开关信号，另外一路将环境数据A/D转换，然后作为系统调节亮度的控制信号编码输出到系统的输出模块，达到控制LED发光亮度的目的，实现智能照明的目的。

测试结果

用A D S 2 1 0 2 C A数字示波器对系统进行测试，其测试波形如图4所示。测试结果显示，即使5W MR16LED灯驱动电路的输入交流电压纹波大于8.5V，输出LED电流仍保持1A。光的转化率级计算可达17%，对深度的调光，且顏色和其他特性不会因调光而变化。

结语

采用μPD78F0034芯片来开发LED智能照明控制系统, 不仅能够有效的实现LED照明系统智能化控制，还能够达到节能降耗的目的，并为LED照明技术的发展和推广应用提供了可能。该系统曾在实验室进行长达一年的实验，节能效果超过45%，从使用情况看，该控制系统稳定性好、可靠性高、故障率很低。此方法具有精度高、稳定性好、功能易于扩展等优点，为智能照明控制系统的设计提供一种新的设计方法，它在新型室内照明和城市照明中有非常好的应用前景。

参考文献

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[4]赵玲, 朱安庆.LED智能节能照明控制系统的设计[J].半导体技术, 2008.2

LED光源智能照明控制设计及应用 篇10

1.1 LED的定义

LED是取自三个英文单词Light Emitting Diode的缩写,中文译为“发光二极管”。顾名思义,发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件、且具有二极管的特性。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。因此,它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。在一定条件下,它还具有发光特性。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。

1.2 LED光源特点

作为新型的照明灯具,LED灯具相比于传统灯具有着巨大的优势,其主要优点有:

节能。LED耗电量很低,一般来说LED的工作电压是2~3.6V。工作电流是0.02~0.03A,白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10、节能灯的1/4。

使用寿命长。实际寿命甚至可达5万h以上,为一般光源的几倍甚至几十倍。

高纯度,鲜艳丰富的色彩,动态的色彩控制,明暗可调。目前LED产品几乎覆盖了整个可见光谱范围,且色彩纯度高。LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256×256×256=16777216种颜色,形成不同光色变化多端的组合,实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

固体发光,抗震性能好,牢固可靠。LED是被完全的封装在环氧树脂里面的,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,这些特点使得LED不易损坏。

高亮度、低热量。LED使用冷发光技术,发热量比普通照明灯具低很多。

LED有很强的发光方向性,光通量利用率高、且体积小,易于LED灯具的外观设计和光强分布的控制。

LED可采用直流低压供电,安全可靠。LED灯具发光效率高,目前量产使用的白光LED最高可以做到120lm/W。

绿色照明,不含汞等有害物质。LED由无毒的材料制作而成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。

发光中不含紫外光线光,可使用于文物等不可接触紫外光线的地方。

响应时间快:LED一般可在几十纳秒(ns)内响应,是一种高速器件。

易于调光、调色、可控性大,LED作为一种发光器件,可以通过流过电流的变化控制亮度,也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。

高科技技术。与传统光源单调的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等,所以亦是数字信息化产品,是半导体光电器件“高新尖”技术,具有在线编程,无限升级,灵活多变的特点。

2 LED控制系统

2.1 LED照明灯具组成

LED灯具一般由光学部分、电气部分及机械热敏器件等组成,在LED的应用中,包括三个部分:LED灯具、LED驱动电源及LED照明控制。

2.2 LED驱动电源

LED驱动电源是LED灯具的关键所在。LED驱动电源决定了LED灯具的使用寿命。现在市场上的LED驱动电源有恒压源驱动和恒流源驱动两种。早期的驱动电源就是用电阻、电容降压的电压驱动方式,还有就是LED限流方式:采用恒压源串电阻来限流的方式。恒流源驱动是最佳的LED驱动方式,采用恒流驱动方式,可避免LED正向电压的改变而引起电流变动,同时恒定的电流使LED的亮度稳定。

2.3 LED控制方式

LED的驱动结构示意图如图2所示。

2.4 LED照明调光控制的发展

早期LED控制主要采用的是串行控制系统,较多采用IC芯片74LC595等芯片。舞台剧院专业领域则采用DMX512信号控制,现在的DMX发展至多种传输方式,如无线DMX传输,和通过网络协议TCP/IP组网的DMX-NET网络传输。

LED的调光与智能照明控制系统相配合,出现了如:前切相调光控制、后切相控制、模拟量直流DC 0~10V或DC 1~10V调光控制、DALI协议控制、PWM数字信号控制等多种调光方式。

3 现代智能照明控制系统

照明是现代建筑的重要组成部分。设计师通过对灯光的灵活应用,不仅能完善建筑的实际功用,实现建筑运行节能,还能达到美化建筑环境、分割建筑空间、调动活动人群情绪等多种目的。现代建筑智能照明控制系统除了广泛应用于酒店的调光控制和智能化家居的场景实现外,现已推广和大量应用于各类商业建筑,包括写字楼和体育场馆、机场、博物馆等公用建筑设施。现代照明控制技术是随着建筑和照明技术的发展而发展,利用了先进的电子技术、计算机网络技术,对照明进行实时监控、调节,以节省能源,操纵多个电路去创造特定的视觉效果。照明不仅仅是满足人们视觉上明亮的要求,还要满足艺术性要求,调整灯光来改变一个空间的感觉。智能照明控制能够实现节能、延长光源寿命、提高照明质量、提供多种照明效果,照明控制系统设计原则一般以安全、可靠、灵活、经济为主,同时和装饰相配合,提升建筑物的外在形象。智能照明控制系统分为室内、室外、专业三大类,大多数情况下,人们常说的智能照明控制系统是指室内照明控制系统。智能照明控制系统按组网方式不同,基本分为两大类,一是系统组网自由拓扑结构,可形成星型、链型、树状、混合型等结构,如施耐德电气的KNX和C-bus系统等;二是链型手拉手组网结构。但系统拓扑结构中各厂家都不允许出现环网,否则系统通讯将会不正常。

3.1 智能照明控制系统特点

●系统可控制任意回路连续调光或开关;

●现场控制、中央控制多种方式;

●场景控制:可预先设置多个不同场景,在场景切换时淡入、淡出调节;

●可接入各种传感器(移动传感器、光照度传感器)对灯光进行自动控制;

●遥控:可用手持红外或无线遥控器对灯光进行控制;

●系统联网与集成:可系统联网,利用上述控制手段进行综合控制或与楼宇智能控制系统联网。

3.2 智能照明控制系统组成

智能照明控制系统由输入单元、输出单元、系统单元组成,对应于实际模块即由控制面板、输出模块、系统电源组成,模块超过一定数量或通讯线路超过一定长度时还会增加相应的网络拓扑系统模块。

智能照明控制如图4所示。

3.3 智能照明中央控制

智能照明控制系统通过中控网络把整栋建筑的照明控制集成于中控计算机进行控制,中控计算机通过RS232接口、USB接口、IP网关连接至智能照明控制网络。通过计算机图形化软件操作,可以根据最终用户的要求定制设计多窗口、多点的通过鼠标点击控制的最终用户操作界面。可以对用户进行分级管理,使不同级别的用户对整个系统的操作权限不同,防止低级别的用户对控制系统进行删改。中控软件还可以实现定时、场景、复杂的逻辑、经纬度日照控制等多种方式。

4 LED控制与智能照明控制系统的融合

智能照明系统小规模应用时可以单独使用,例如家居、办公室等场所。也可以大范围并网控制,例如酒店、商场等。组网形式简单、灵活,新增加的灯具可以随时接入已有的网络,无须改变原来的结构。方便LED在各领域的应用。

通过遥控器、控制面板、液晶触摸屏可以方便地管理家中所有的LED灯具实现无线控制、场景控制;彻底改变传统一组开关控制一组灯光的模式,提高LED灯的数字化管理。

智能照明系统市场成熟,占有率高,而且可控硅调光器占绝大比例,LED灯具要快速进入市场,不可避免地需要和现有智能照明调光器兼容。脱离了现有系统,LED的推广应用必将有很大阻力。智能照明的其它调光方式如模拟量调光、DALI等也为LED的调光提供了另一种途径。

然而,由于调光控制方式的多样性,也会带来应用的麻烦,如选择不当,使LED灯不能与某些调光器正常匹配时,会涉及到安全问题。

智能照明控制系统LED光源调光方式一般有前沿切相调光、后沿切相调光、DMX512、DC 0-10V、DALI、PWM等,LED作为一种光源,与白炽灯、卤素灯、荧光灯、节能灯等光源一起应用于不同的场所,接受智能照明系统控制。在要求不高的情况下,LED光源接受智能照明的开关控制,这时,智能照明对于LED光源只是起到供电的作用。

4.1 LED光源智能照明的控制方式

LED光源在实际应用中,根据不同照明要求和投资要求,可进行开关控制和调光控制,具体应用有以下一些方式:

1) LED照明与智能照明开关控制

对于非调光型LED可通过智能照明控制系统的智能继电器控制;通过智能面板、触摸屏、红外感应器、亮度感应器等输入设备控制其开关。

2) LED照明与智能照明可控硅调光控制

采用兼容前、后沿调光型LED驱动器,智能调光器模块可以根据需要,采用前切相或后切相通用型调光器。单个LED功率一般较低,注意调光器的最低负载功率大小,结合智能照明的编程,减少LED光源的闪烁。LED调光可以通过照明系统的编程软件,设定LED回路的亮度值,组合成不同的场景效果。

3) 采用模拟量调光控制LED的系统

采用支持DC 0~10V或DC 1~10V的LED驱动器,

通过DC 0~10V或DC 1~10V控制亮度变化;智能继电器控制光源供电,通过直流电压调光输出模块改变LED的亮度。

4) 采用DALI协议控制

当LED驱动器兼容DALI协议时,可采用智能照明DALI协议实现。

有两种情况可以实施这种方式的调光。一是通过智能照明的DALI网关模块,智能照明系统发出控制指令,通过DALI协议转换模块,如C-BUS转DALI的模块5502DAL,施耐德KNX转DALI协议的MTN680191,来实现对LED光源的控制。还有就是直接通过DALI系统进行控制。如锐高、飞利浦、施耐德等的DALI控制系统。

通过DALI网关,控制LED调光。

5) LED智能照明系统与DMX512控制系统

采用DMX控制LED灯具的效果时,有些功能目前的智能照明控制系统还很难实现,但可以采用DMX与智能照明集成来实现,有两种方式:

(1)采用开关量触发的方式。智能照明通过启动开关量信号或干接点信号,触发DMX信号发生器的输入信号,从而启动DMX发生器已预置的程序。实现控制LED光源的效果。

(2)通过智能照明的DMX512协议转换模块,直接将智能照明系统的信号转换为DMX信号,实现智能面板对LED光源的控制。

6) DMX512控制系统的LED控制

DMX512是娱乐灯光行业最主要的控制协议,有DMX512控制器、DMX512调光台等控制方式,主要控制舞台剧院演出等专业设备,如电脑灯、换色器、舞台PAR灯、LED背景效果灯、成像灯、电影回光灯、地排灯、天幕灯、舞台烟雾机、泡泡机及激光灯等。LED光源广泛进入舞台应用,特别是色彩要求较多的地方。

在室外景观应用中,LED也是主流,主要控制方式如图12所示。

7) LED智能路灯无线控制系统

系统通过无线传输的方式组网控制,采用GPRS远程通讯,区域通讯采用Zigbee控制协议,控制模块置于LED路灯内,运用Zigbee信号的特点,灯与灯之间进行信号传递,同时结合路灯的控制模式,可以实现定时控制、光照度控制、开关控制、调光控制等模式,还可以实现电脑中控显示,GPS地图调用等。

4.2 LED智能照明应用

现阶段,LED智能照明在舞台剧院专业、户外路灯照明、景观照明、工业照明、商业照明、办公照明、酒店照明、家居照明等方面得到了较广泛的应用,发展较为明显。舞台灯光由DMX512实现;户外路灯照明由三遥系统、GPRS来实现;小范围的应用也有用Zigbee系统的,都以开关为主,调光不多,少量有采用分级调光的。至于LED景观照明的智能控制方式,采用DMX512系统和室内智能照明控制系统都可以实现,但均有一些不太完善的地方,最好是把两个系统集成起来,联合使用,才会取得更好的效果。

在工业照明、商业照明和办公照明领域通常采用室内智能照明控制系统,主要以开关为主,由室内智能照明系统组网实现。对于酒店照明、家居照明领域,LED光源的应用要求更高,调光应用比较广泛。由于LED光源的调光方式和功率小等特点,必然要求智能照明在传统的基础上做适当的调整,这也是我们在这些项目的实施过程中,应该注意的问题。

5 结束语

LED光源在不同场所的应用有不同的特点,根据项目的性质、建筑物自身的特质、使用者不同的要求等等,各种智能照明系统都有各自的解决方案,不同厂家的产品也都有特定的优势,一个好项目的实施需要综合用户、厂家、产品及经济效益等多方面的考虑才能策划出最优的解决方案。随着LED光源的不断发展和应用范围的不断扩大,对智能照明控制系统的应用需求也会越来越多。LED光源的普遍应用,也对智能照明控制系统提出了特有的控制要求,这就需要智能照明控制系统不断推出与之相适应的器件,比如:低功率的调光应用,色彩变化以及变化速度的实现等等。

参考文献

[1]详解LED_什么是LED_LED大全_汽车百科频道_315che.com[OL].http://inf.315che.co.