LED節能智能照明控制系統設計(圖)
上傳人:admin 上傳時間: 2008-06-02 瀏覽次數: 1203 |
LED被認為是21世紀的照明光源。LED發光器件是冷光源,光效高,工作電壓低,而且能耗低,同樣亮度下,LED能耗為白熾燈的10%,熒光燈的50%。LED壽命可達10萬小時,是熒光燈的10倍,白熾燈的100倍。用LED替代白熾燈或熒光燈,環保無污染。使用安全可靠,便于維護。我國照明用電占總發電量的12%。目前,公共建筑的照明燈具控制大多采用手動開關,經常出現沒有及時開關的現象,從而造成大量的能源浪費和使用上的不便。另外,不必要的使用,也會縮短燈具的使用壽命。本文闡述了一套LED智能照明控制系統設計方案,可以根據工作環境中是否有人員和環境補光亮度等來自動控制照明的開關和亮度。采用本系統具有提高用電效率,節約電能和緩解了用電高峰的電力供應壓力雙重作用。
系統主控模塊功能
這套節能照明控制系統是在大慶石油學院現代教育中心中控室安裝試運行的。根據國家標準民用建筑照明設計標準(GBJl33-90),我們控制室內亮度在2001x左右。
本控制器設置了3套傳感系統和嚴密的軟件控制,其工作方法是:
首先通過被動熱釋電紅外探測器和環境噪聲探測是否有人,并探測環境亮度。如果沒人,所有LED燈均不開。如果有人,分成二種情況:
·若需要照明的環境的照度X>200 lx時,LED照明燈具處于關閉狀態;
·若需要照明的環境的照度x<200 lx時,LED照明燈具處于開啟狀態,并且隨著環境照度調節LED燈具的照度,LED燈具釋放到室內的平均照度為E=200-x。
硬件飼服控制系統
針對以上情況,本系統以MCS一51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。其框圖見圖1。
它主要由三部分組成:傳感器單元,控制器單元,LED驅動電路和照明系統。
傳感器單元
被動式熱釋電紅外探測器
被動紅外探測器有三個關鍵性的元件:
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內紅外線能量的變化,并由系統內固化軟件對所采集的數據進行運算加工,由控制系統內的控制軟件通過控制邏輯來決定是否發出開燈信號。
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換成電信號,即熱電轉換。
因此在被動紅外探測器的警戒區內,當無人體移動時,熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度,當人體進人警戒區,通過菲涅爾透鏡,熱釋電紅外感應器感應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以后,由軟件對該新采集的數據與系統內存中已經存在的前期探測數據進行延時比較,以判斷是否真的有人等紅外線源進入警戒區,還是只是環境波動,甚至是元件自身內部噪聲的影響,以免發生誤判斷。因此,紅外探測傳感部分軟硬件主要是通過探測環境紅外線變化來判斷是否有人進入需要照明的警戒區。 匹配低噪放大器的作用是當探測器上的環境溫度上升,尤其是接近人體正常體溫(37℃)時,傳感器的靈敏度下降,經由它對放大器的增益進行補償,增加其靈敏度。
另外由于距離等衰減因素的存在,溫度傳感器和內部軟件的初始數據并不需要定在37℃這個點上,而是要綜合環境因素,元件靈敏度最近線性能區段來定初始值。一般都會低于人體溫度,這恰好也是元件比較靈敏且元件比較接近最近線性的區段。
若在建筑公共區間使用該系統還要考慮隨著季節變化而采用不同的初始值,并對控制軟件增加相應的控制模塊,主要是因為建筑內公共區間的溫度變化要比室內溫度變化范圍要大一些,情況也復雜一些。
環境噪聲探測
主要是通過探測環境中人類日?;顒铀a生的噪聲進行探測,并與紅外線部分的數據在系統內部進行或運算,以補償在環境溫度非常接近人體時紅外探測不敏感而無法判定是否有人進入需要照明的區域。
可見光探測器
通過對光電管、光敏電阻等光電探測器的各種性能進行比較,發現光敏電阻的光譜響應峰值比較接近人視覺敏感區的波長。其次是當光照強度減弱時,它的響應時間相對增加,裝置在光照強度變化時,輸出狀態保持相對穩定。考慮到光敏電阻對溫度變化較為敏感,偏置電路中的電阻可以采用與探測元件溫變系數相近的光敏電阻,以防止工作點漂移。 另外在內部的軟件設計上主要取接近人眼最敏感的感應數據區間,這樣一是減少控制系統的誤判幾率,另外也使得程序的數據區空間縮小到最小,為以后軟件的再升級留出空間,為硬件系統的充分利用打下基礎,并對系統的總體硬件成本控制起到重要作用。
控制單元
我們采用單片機作為照明系統的核心,單片機的品種規格很多,選取的原則是盡量使系統簡單、性能可靠、成本低。我們選用Intel的8051單片機,其內含128字節的RAM,32條I/o線、2個8位常數可自動重裝的8位定時器/記數器。單片機輸出脈沖經隔離、功率放大后可直接接至可控硅控制極,控制可控硅。為降低來自電網的干擾,由單片機I/o線產生的觸發脈沖,必須經隔離后送至可控硅的控制電路中??煽毓?SCR)調光器,多用于可控整流、逆變、調壓電路,很容易進行電流的調光,通過電壓限制的調整,能進一步延長燈的壽命。
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