樓道中的智能化照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

樸星宇，金永鎬

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林延吉 133002)

隨著能源問題的日益嚴(yán)重，通過各種科技手段進(jìn)行節(jié)能已變的十分重要。照明設(shè)施作為最廣泛的耗能設(shè)施，如果能夠進(jìn)行更為合理的節(jié)能，那么其所帶來的環(huán)境保護(hù)效益和經(jīng)濟(jì)效益是顯著的[1]。

文中采用熱釋紅外傳感器及相關(guān)電路控制實(shí)現(xiàn)“人來燈亮，人走燈滅，不走不滅”的設(shè)想。通過 3W或 5W大功率 LED技術(shù)和大功率射燈進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，從而組合出新的照明模式。采用電力線載波技術(shù)，主機(jī)自動(dòng)檢測(cè)每個(gè)燈的工作情況，如有損壞自動(dòng)通知主機(jī)進(jìn)行維修，從而減少維護(hù)工作量。采用400 V直流總線集中供電方式，減少每個(gè)燈的整流濾波環(huán)節(jié)，從而降低成本，節(jié)省能量。

1 系統(tǒng)總體框圖

本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由主機(jī)系統(tǒng)和分機(jī)系統(tǒng)組成。主機(jī)系統(tǒng)，即終端監(jiān)視控制系統(tǒng)，主要由顯示部分、控制部分、通信部分、電源部分構(gòu)成。分機(jī)系統(tǒng)，即各個(gè)照明單元，主要由燈具自檢部分，人體檢測(cè)部分，亮度控制部分，電源部分及燈組件構(gòu)成。整體框圖如圖 1和圖 2所示。

2 主機(jī)部分設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)整體電路及工作原理

采用直流 400 V母線的供電方式，即輸入的220 V交流電壓先進(jìn)入 APFC方式整流濾波電路輸出直流電，再通過直流母線連到各個(gè)照明單元中的 DC/DC電子降壓器，最后輸出滿足驅(qū)動(dòng)大功率射燈及LED燈組需要的直流電壓。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是利用一臺(tái)高效率的 APFC電路對(duì)交流 220 V電壓進(jìn)行整流后獲得約 400 V直流電壓，因此，在 N個(gè)照明單元組成的照明系統(tǒng)中只存在 1個(gè) APFC電路工作頻率，減少了電磁干擾[2]。由于母線上傳輸?shù)氖侵绷麟娏?，因此線路上只存在電阻損耗，克服了線路電感上的壓降，可長(zhǎng)距離傳送電能。通過電力線載波模塊作為通信模塊完成主機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各照明單元的啟動(dòng)、停止、亮度調(diào)節(jié)，自動(dòng)開關(guān)等控制。本設(shè)計(jì)采用 LM1893構(gòu)建的模塊，LM1893可以在半雙工方式通信，主機(jī)和分機(jī)均采用 I2C的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。

控制部分由單片機(jī) C51及相關(guān)外圍電路構(gòu)成。16字 ×2行的 HD44780LCD作為顯示器與 51相連，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)。當(dāng)某照明單元出現(xiàn)故障時(shí)，通過蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，提示工作人員。DS1302及相關(guān)外圍電路構(gòu)成外部定時(shí)電路，優(yōu)點(diǎn)是 DS1302有兩個(gè)供電方式，當(dāng)使用環(huán)境中有電時(shí)，通過系統(tǒng)電源獲得電能。設(shè)施停電時(shí)，則通過 1 000μF的低壓大電容供電，且該芯片功耗低，足以滿足該芯片正常工作約72 h，這樣就保證了系統(tǒng)不用在每次停電來電后都要重置時(shí)間。主機(jī)整體電路如圖 3所示。

圖3 主機(jī)整體電路

2.2 APFC整流濾波器

利用 L6561芯片設(shè)計(jì)的高頻主電源如圖 4所示。L6561是 ST公司生產(chǎn)的有源功率因數(shù)校正專用芯片，能方便的構(gòu)成寬電壓輸人(AC 85～265 V)，低諧波含量的 PFC電源，能直接驅(qū)動(dòng) IGBT管，且集成了各種保護(hù)功能[3-4]。由于集成度很高，減少了構(gòu)成系統(tǒng)所需的元器件，降低了損耗，提高了效率。

3 分機(jī)(照明單元)部分的設(shè)計(jì)

3.1 分機(jī)主體部分的設(shè)計(jì)

分機(jī)部分采用以 MK7A 23P/14P系列單片機(jī)為控制核心，該單片機(jī)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，內(nèi)含 RC振蕩器、看門狗及復(fù)位電路，與 MCS51系列單片機(jī)相比，省去了很多外圍元件，并且內(nèi)有 1 kB OTP方式的 ROM，非常適合于各種控制器[5]。

該部分通過電力線載波與主機(jī)進(jìn)行通信，從主機(jī)獲得調(diào)亮控制指令控制燈具的亮度或上傳燈具自檢結(jié)果及燈具工作狀態(tài)等信息。通過熱釋紅外人體檢測(cè)部分實(shí)時(shí)的檢測(cè)人體活動(dòng)，進(jìn)而控制經(jīng)過電子變壓器降壓后的燈組工作狀態(tài)。通過 SB15型電流檢測(cè)器將燈具的工作狀態(tài)傳送到 MK7A23P/14P，當(dāng)燈具工作時(shí)，即有電流，反之則無。分機(jī)主體電路如圖 5所示。

3.2 熱釋紅外人體檢測(cè)控制部分的設(shè)計(jì)

人體檢測(cè)模塊由熱釋紅外檢測(cè)元件 RE200B、紅外熱釋電處理芯片 BISS0001以及相關(guān)外圍器件構(gòu)成[5]。RE200B是接收人體發(fā)出紅外線的核心元件，是整個(gè)電路的信號(hào)接收部分。

人體檢測(cè)模塊整體設(shè)計(jì)如圖 6所示。Q5為光敏三極管，用來檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，三極管會(huì)導(dǎo)通，使 9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào) Vs。

SW1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng) SW1與 1端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng) SW1與 2端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出信號(hào)V0進(jìn)入單片機(jī) MK7A23P/14P中進(jìn)行控制。當(dāng)檢測(cè)有人時(shí) V0輸出高點(diǎn)平，此時(shí) MK7A23P/14P的 13口將輸出高電平，9口輸出低電平，則 Q1導(dǎo)通，Q4關(guān)閉。此時(shí)，大功率LED關(guān)閉，燈組中的射燈將開始工作，同時(shí)電流檢測(cè)器將檢測(cè)的信息送入 MK7A23P/14P中，當(dāng)檢測(cè)無電流時(shí)說明射燈出現(xiàn)故障通過電力線載波反饋到系統(tǒng)主機(jī)。無人時(shí)，反之，燈組中大功率 LED組打開，射燈將關(guān)閉。通過調(diào)節(jié)13口、9口的輸出脈寬可以改變射燈或大功率LED燈組的亮度，通過 11口、10口測(cè)得分壓值可以測(cè)定燈組中LED是否工作并將此信息反饋到主機(jī)。

圖6 人體檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)電路

4 結(jié)束語

照明耗電在各國(guó)總發(fā)電量中占有很大的比例，對(duì)一些照明時(shí)間較長(zhǎng)、照明場(chǎng)所較多的機(jī)構(gòu)，其照明耗電約占本單位所有耗電的 40%。因此，有必要在保證照明質(zhì)量的前提下，實(shí)施照明節(jié)能措施。文中設(shè)計(jì)了一種照明節(jié)能控制裝置，通過理論和實(shí)驗(yàn)證明這種設(shè)計(jì)方案是可行的并基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的，可以有效地對(duì)照明燈具進(jìn)行節(jié)能控制。

[1]胡耀斌，蔣彥，丁曉青.室內(nèi)大面積照明的節(jié)能控制研究[J].電測(cè)與儀表，2007，44(11):32-35.

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