基于led智能節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(編輯修改稿)
2024-12-18 15:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的使用時間中可節(jié)省 1000 億度電。另外 ,從經(jīng)濟方面來比較 ,用 1 個 3W 白光 LED 燈點了 50000h,總的花費是 209 元 ,若用 25W 白熾燈泡需花費 元 ,相差 元。 3 基于 LED智能節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計 眾所周知，煤炭和電力資源 都屬于不可再生資源，在我國電力資源構(gòu)成中，火力發(fā)電已占到了 75％左右，水電約為 24％，核力發(fā)電僅約占 1％，而且火力機組發(fā)電量已占到了發(fā)電總量的 80％以上，所消耗的煤炭已占到了煤炭總量的 34％。隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電力已成為僅次于水資源的一項社會消費，社會和人們對電力消費的必要性和依賴性正在呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢，科學、合理、有序地利用電力能源已成了一個社會性的問題。 LED 照明系統(tǒng)的設(shè)計的設(shè)計思想 6 LED 是冷光源，工作電壓低、光效高，同樣亮度下，白光功率 LED 產(chǎn)品 的光效已超過白熾燈 (15 lm／ W)，接近熒光燈 (80 lm／ W)，被認為是 21 世紀照明的新光源。LED 壽命達 105 h，是熒光燈的 10 倍，白熾燈的 100 倍。在環(huán)保方面，用 LED 替代白熾燈或熒光燈，無毒氣和汞的污染，使用安全可靠，便于維護。目前的照明燈具大多采用手動開關(guān)控制，經(jīng)常在白天忘記關(guān)燈，造成大量的能源浪費，也縮短了燈具的使用壽命。本文設(shè)計了一套 LED 智能照明控制系統(tǒng)，可根據(jù)房屋的功能、室外光亮度來自動控制照明。本系統(tǒng)具有提高用電效率、節(jié)約電能和緩解用電高峰電力供應(yīng)壓力的雙重作用。 系統(tǒng)主控 模塊功能 該照明控制系統(tǒng)根據(jù) GBJ13390民用建筑照明設(shè)計標準，控制室內(nèi)亮度在 200 lx左右。 本控制器設(shè)置了兩套傳感系統(tǒng)和嚴密的軟件控制，其工作方法是： 通過被動熱釋電紅外探測器探測是否有人。如果沒人，所有 LED 燈均不開。如果有人，分成兩種情況： (a)若室內(nèi)照度 X200 lx 時，所有 LED 燈均不開； (b)若室內(nèi)照度 X200 lx 時，所有 LED 燈均開啟， LED 釋放到室內(nèi)的平均照度 E=200X。 通過單片機判斷，輸出調(diào)節(jié)信號，控制 LED 驅(qū)動電路和照明系統(tǒng)，使之對室內(nèi)亮度進行調(diào)節(jié)。 系統(tǒng) 硬件設(shè)計 該系統(tǒng)有三個功能模塊：信號輸入模塊，實現(xiàn)相應(yīng)信號從單片機輸入；信號控制模塊，實現(xiàn)對信號的處理；信號輸出模塊，實現(xiàn)處理結(jié)果的編碼輸出，達到控制 LED發(fā)光亮度的目的。 單片機接收兩部分信號，即被動式熱釋電紅外探測器輸出的開關(guān)信號和可見光探測器輸出的室內(nèi)亮度控制信號，傳輸?shù)絾纹瑱C中。通過單片機處理，輸出編碼信號，再通過 D／ A 轉(zhuǎn)換器和放大電路，控制可控硅的導(dǎo)通角，達到智能照明的目的。其軟件總框圖見圖 。 7 紅外探測器可見光探測器初始化智能照明系統(tǒng)開始有人否 ？夠亮否 ？無否 圖 針對以上 情況，本系統(tǒng)以 MCS51 單片機為核心，組成一個集采集、處理、控制為一身的自動控制系統(tǒng)，其原理框圖見 下圖 。 被 動 熱 釋 電紅 外 傳 感 器可 見 光 探 測感 應(yīng) 元 件I N T E L8 0 5 1放大A / D轉(zhuǎn) 換器D / A 轉(zhuǎn)換 器繼 電 器 控制 電 路L E DL E D 驅(qū)動 電 源 圖 LED智能照明控制系統(tǒng)整體硬件原理圖 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)。先由 可見光探測器 對環(huán)境的光線進行檢測，信號經(jīng)放大， A/D 轉(zhuǎn)換 后 送入單片機，同時被動熱釋電紅外傳感器對周圍的是否有人進行檢測，將 檢測 信號送入單片機，單片機產(chǎn)生信號 經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換 成模擬信號 ，送入 繼電器 控制電路， 當外界環(huán)境滿足照明的條件時， 繼電器 電路使 LED 驅(qū)動電源與 LED 連通，從而達到照明的結(jié)果 。 被動式熱釋電紅外探測器 被動紅外探測器有三個關(guān)鍵性的元件： 8 菲涅爾濾光晶片，它通過截止波長 8～ 12μm 的菲涅爾濾光晶片，起帶通濾波器的作用，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 菲涅爾透鏡，作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射在 PIR(熱釋電紅外傳感器 )上，第二個作用是探測警戒區(qū)內(nèi)紅外線能量的變化，并由系統(tǒng)內(nèi)固化軟件對所采集的數(shù)據(jù)進行運算加工，由控制系統(tǒng)內(nèi)的控制軟件通過控制邏輯來決定是否發(fā)出開燈信號。 熱釋電紅外傳感器 (PIR)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 。 被動式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性： 在該探測技術(shù)中，所謂 “ 被動 ” 是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng) 入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由 CC R R2 組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為 16Hz，下限截止頻率為。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有１ mV 左右），而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為 ～ 10Hz 左右），所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。本設(shè)計運用集成運算放大器 LM324 來進行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。 當傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時，若信號幅度超過窗口比較器的上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號；無異常情況時則輸出低電平信號。在該比較器中， R R R11 用做參考電壓，兩個運算放大器用做比較，兩個二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定。窗口比較器的上下限電壓 即參考電壓 分別為 和 。將這個高低電平變化的信號 上 升沿信號作為單穩(wěn)電路 HEF4538B 的觸發(fā)信號，并讓其輸出一個脈寬大約為 10S 的高電平信號。再用這一脈寬信號作為報警電路 KD9561 的輸入控制信號，來使電路產(chǎn)生 10S 的報警信號，最后用三極管 VT1 和 VT2再一次對電信號進行放大，以便有足夠大的電流來驅(qū)動喇叭使其連續(xù)發(fā)出 10S 的報警聲 。 原理圖 見圖附錄 2 9 10uFVDRL510R RB510R LF357Rf1~2KRGND GNDGNDGNDVo因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當人體進人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異，信號被采集到伺服系統(tǒng)以后，由軟件對該新采集的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)存中已經(jīng) 存在的前期探測數(shù)據(jù)進行延時比較，以判斷是否真的有人等紅外線源進入警戒區(qū)，還是只是環(huán)境波動，甚至是元件自身內(nèi)部噪聲的影響，以免發(fā)生誤判斷。因此，紅外探測傳感部分軟硬件主要是通過探測環(huán)境紅外線變化來判斷是否有人進入需要照明的警戒區(qū)。 匹配低噪放大器的作用是當探測器上的環(huán)境溫度上升，尤其是接近人體正常體溫
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