智能節(jié)能照明控制系統(tǒng)_圖文

1、LED智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)者:張漢群,潘斌斌,劉建文,馬醒浩,陳志勇指導(dǎo)教師:王建(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院作品內(nèi)容簡(jiǎn)介能源資源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ),但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,很多能源將面臨緊缺,因此節(jié)約能源保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展的前提。推行照明節(jié)電技術(shù)節(jié)約電能是節(jié)約能源的一種途徑。照明節(jié)能的基本原則應(yīng)是保證不降低工作場(chǎng)所的視覺要求下,力求減少照明系統(tǒng)中的能量損失,最有效地利用電能。目前照明系統(tǒng)采用手動(dòng)開關(guān),經(jīng)常出現(xiàn)沒有及時(shí)開關(guān)的現(xiàn)象,從而也造成大量的能源浪費(fèi)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的LED智能照明系統(tǒng)克服了以上的缺點(diǎn),從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。系統(tǒng)的功能如下:1.首先通過熱釋電紅外傳感器探測(cè)室內(nèi)是否有人,如果有

2、人就啟動(dòng)LED燈照明,否則關(guān)閉LED燈,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)燈,避免用戶忘記關(guān)燈浪費(fèi)電能。2.當(dāng)有人在室內(nèi),LED就已經(jīng)啟動(dòng),啟動(dòng)后會(huì)通過光敏電阻自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的光強(qiáng),然后根據(jù)光敏電阻的阻值來調(diào)節(jié)LED的亮度,當(dāng)室內(nèi)光強(qiáng)大時(shí),LED 燈的亮度就調(diào)低,反之就亮度調(diào)高。如果白天的亮度達(dá)到一定程度,LED就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。3.本系統(tǒng)增加了一個(gè)手動(dòng)控制功能,方便用戶操作。用戶可以通過PT2262遙控器來自動(dòng)、手動(dòng)的切換,同時(shí)還有亮度增加、減小和關(guān)燈、開燈鍵。給用戶提供了極大的便利。1.研究背景及意義能源資源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ),但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,很多能源將面臨緊缺,因此節(jié)約能源保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展的前提。目前

3、我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展速度很快,但是電力供應(yīng)不足和用電效率低下的狀況依然比較嚴(yán)重,因此推行照明節(jié)電技術(shù)節(jié)約電能是改善電力負(fù)荷緊張狀況的主要途徑之一。照明節(jié)能的基本原則應(yīng)是保證不降低工作場(chǎng)所的視覺要求,在保證照度標(biāo)準(zhǔn)和照明質(zhì)量的前提下,力求減少照明系統(tǒng)中的能量損失,最有效地利用電能。公共建筑的照明燈具控制大多采用手動(dòng)開關(guān),經(jīng)常出現(xiàn)沒有及時(shí)開關(guān)的現(xiàn)象,從而造成大量的能源浪費(fèi)和使用上的不便。另外,不必要的使用,也會(huì)縮短燈具的使用壽命。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)照明智能控制,克服了以上的缺點(diǎn)。2.設(shè)計(jì)方案2.1 功能描述本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的LED智能照明系統(tǒng)克服了以上的缺點(diǎn),從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。系統(tǒng)的功能如下:1.首先通

4、過熱釋電紅外傳感器探測(cè)室內(nèi)是否有人,如果有人就啟動(dòng)LED燈照明,否則關(guān)閉LED燈,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)燈,避免用戶忘記關(guān)燈浪費(fèi)電能。2.當(dāng)有人在室內(nèi),LED就已經(jīng)啟動(dòng),啟動(dòng)后會(huì)通過光敏電阻自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的光強(qiáng),然后根據(jù)光敏電阻的阻值來調(diào)節(jié)LED的亮度,當(dāng)室內(nèi)光強(qiáng)大時(shí),LED 燈的亮度就調(diào)低,反之就亮度調(diào)高。如果白天的亮度達(dá)到一定程度,LED就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。3.本系統(tǒng)增加了一個(gè)手動(dòng)控制功能,方便用戶操作。用戶可以通過PT2262遙控器來自動(dòng)、手動(dòng)的切換,同時(shí)還有亮度增加、減小和關(guān)燈、開燈鍵。給用戶提供了極大的便利。2.2系統(tǒng)框圖如下 圖1 系統(tǒng)原理框圖3.工作原理及理論設(shè)計(jì)3.1發(fā)射模塊設(shè)計(jì)發(fā)射部分

5、是以STC12C2052AD單片機(jī)為核心,這種單片機(jī)體積小,功耗低,而且資源豐富,內(nèi)含有ad轉(zhuǎn)換、PWM波輸出模塊,同時(shí)與8051的指令完全兼容。通過它來對(duì)熱釋電紅外傳感器的信號(hào)、光敏電阻的信號(hào)進(jìn)行處理,處理后再通過發(fā)射電路發(fā)射出去。1233熱 釋電紅外傳感器 2STC12C20521165KR?A 電阻5KR?光敏電阻VCC12341PT2262EA+-圖2 發(fā)射模塊電路原理圖圖3 發(fā)射模塊實(shí)物圖3.2 熱釋電紅外傳感器模塊熱釋電紅外傳感器(PIR ,它能將波長(zhǎng)為8至12um 之間的紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用,因此在被動(dòng)紅外探測(cè)器的警戒區(qū)內(nèi),當(dāng)無人體移動(dòng)時(shí)

6、,熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度,當(dāng)人體進(jìn)入警戒區(qū),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(hào),因此,紅外探測(cè)器的紅外探測(cè)的基本概念就是感應(yīng)移動(dòng)物體與背景物體的溫度的差異。本系統(tǒng)采用基于熱釋電紅外的集成模塊,只有三個(gè)管腳,一個(gè)為輸出管腳,其他兩個(gè)為電源管腳。實(shí)物圖形如下圖4 熱釋電紅外傳感器3.3光敏電阻和PT2262PT2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路,PT2262/2272最多有12位(A0一A11三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平,任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(DOD5數(shù)據(jù)端管腳,

7、設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出,可用于無線遙控發(fā)射電路。這里采用的是8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼PT2262/M4的芯片,每次發(fā)射4位數(shù)據(jù)。 圖5 PT2262發(fā)射模塊3.4接收模塊設(shè)計(jì)接收電路也是采用STC12C2052AD單片機(jī)為核心,對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理,然后根據(jù)處理后的信號(hào)來控制PWM波的占空比從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮度的目的。原理圖如下: 圖6 接收模塊原理圖 圖7 接收模塊實(shí)物圖3.5 手動(dòng)遙控模塊有時(shí)用戶需要人為的控制LED的亮度、開關(guān)燈。這里增加了一個(gè)手動(dòng)模塊。各個(gè)鍵的用途如下:B、D鍵為手動(dòng)/自動(dòng)切換鍵,按一下B鍵就進(jìn)入手動(dòng)模式,按一下D就進(jìn)入自動(dòng)模式。在手動(dòng)模式下 A、C鍵位亮度增減鍵

8、,各為十個(gè)等級(jí)的亮度。在自動(dòng)模式下A、C鍵為開、關(guān)鍵。 圖8 遙控器3.6 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)由于在此作品中,我們選取的單粒LED燈的驅(qū)動(dòng)電壓為3V,如果幾十個(gè)一起串聯(lián)的話,那么端口電壓會(huì)達(dá)到上百伏特,安全性減低;而如若全部并聯(lián),那么電路總電流又會(huì)非常大,且不說線路能否承受得住,剛是8050小功率三極管就承受不起,畢竟它的最大集電極電流也不過1.8A,為此我們對(duì)LED照明系統(tǒng)采取混聯(lián)的方式進(jìn)行布局。 圖9 驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖8所示,兩只LED燈并聯(lián)在一起,然后四組串聯(lián)在一起,為之一串,最后再將 2325 串并聯(lián)在一起，組成 LED 照明系統(tǒng)。 本作品選用 LED 燈專用驅(qū)動(dòng)器，本來是想自己動(dòng)手制作驅(qū)

9、動(dòng)電源的，不過后 來通過理論推導(dǎo)及過往經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果利用三端穩(wěn)壓管制作的穩(wěn)壓電源，雖然能 提供足夠的電壓及電流，但帶上一二百個(gè) LED 燈后，會(huì)嚴(yán)重過負(fù)荷，三端穩(wěn)壓管 會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重，很容易就報(bào)廢，絕對(duì)無法長(zhǎng)時(shí)間工作，以前在課程設(shè)計(jì)中就曾遇到 過類似的問題，所以才選用專用的驅(qū)動(dòng)器。 由于 8050 小功率三極管的驅(qū)動(dòng)電流要求較高，單片機(jī)的輸出電流無法驅(qū)動(dòng) 它，所以我們?cè)趩纹瑱C(jī)的輸出端接上上拉電阻，實(shí)質(zhì)即為反相器，當(dāng)單片機(jī)輸出 為高電平時(shí)，普通晶體管 9013 打開，其集電極跟射極導(dǎo)通接地，由此集電極引 出低電平到 8050 小功率三極管的基極，自然無法打開它，從而 LED 照明系統(tǒng)也 就無法工作，

10、因?yàn)榇藭r(shí)沒有電流能流過呈現(xiàn)高阻抗的 8050 小功率三極管。而當(dāng) 單片機(jī)輸出為低電平時(shí)，普通晶體管 9013 關(guān)閉，呈現(xiàn)為一個(gè)高阻值的電阻，由 電路知識(shí)可知，其集電極將分到很高的電壓，接近 12V，由此自然可以驅(qū)動(dòng) 8050 小功率三極管打開，繼而讓照明系統(tǒng)的電流順利流過，使其工作。 （圖中的電容 C 只是起濾波作用的，可不必深究。 ） 實(shí)物圖如下： 圖10 驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖 4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用STC12C2052AD單片機(jī)為核心， 首先通過熱釋電紅外傳感器探測(cè)是否有 人在室內(nèi)，如果有人，就開啟PWM輸出信號(hào)（即CR=1）,然后判斷自動(dòng)/手動(dòng)模式， 手動(dòng)模式就是通過遙

11、控器來的增減鍵來控制PWM的占空比，同時(shí)還有開、關(guān)燈鍵。 如果為自動(dòng)就啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，通過A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)來控制PWM的占空比，從而 達(dá)到亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)。軟件流程圖如下： 圖11 軟件控制流程圖 5.創(chuàng)新點(diǎn)設(shè)計(jì) 5.創(chuàng)新點(diǎn)設(shè)計(jì) 1） 本系統(tǒng)采用無線發(fā)射接收電路進(jìn)行LED控制， 與其他的的相比， 易于安裝， 不會(huì)因?yàn)榫€路多影響室內(nèi)的美觀，而且發(fā)射模塊可以隨便移動(dòng)。不會(huì)因?yàn)槭覂?nèi)改 裝而改變線路。 2）公共建筑的照明燈具控制大多采用手動(dòng)開關(guān)，經(jīng)常出現(xiàn)沒有及時(shí)開關(guān)的 現(xiàn)象，從而造成大量的能源浪費(fèi)和使用上的不便。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)照明的智能 控制，取代了手動(dòng)開關(guān)燈的不便利性，同時(shí)避免了不及時(shí)關(guān)燈而浪費(fèi)電。不僅可 以節(jié)約能源，還可以為用戶照明節(jié)省電費(fèi)。所以相對(duì)用戶來說成本降低了很多， 特別是一些大的地方。 3）本系統(tǒng)使用無線發(fā)射接收來實(shí)現(xiàn) LED 燈的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣方便用戶 安裝，同時(shí)與傳統(tǒng)的白熾燈的模型兼容，只有兩根線引出接到 220V 的電源上就 可以使用。這樣就不會(huì)因?yàn)槭褂?LED 燈而改變?cè)瓉淼目蚣?4）系統(tǒng)具有亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，大大的節(jié)約電能，降低了用戶電