智能节能照明控制系统_图文

1、LED智能照明控制系统设计说明书设计者:张汉群,潘斌斌,刘建文,马醒浩,陈志勇指导教师:王建(华南农业大学工程学院作品内容简介能源资源是经济发展的基础,但是随着经济的发展,很多能源将面临紧缺,因此节约能源保证经济可持续性发展的前提。推行照明节电技术节约电能是节约能源的一种途径。照明节能的基本原则应是保证不降低工作场所的视觉要求下,力求减少照明系统中的能量损失,最有效地利用电能。目前照明系统采用手动开关,经常出现没有及时开关的现象,从而也造成大量的能源浪费。本系统设计的LED智能照明系统克服了以上的缺点,从而达到节约能源的目的。系统的功能如下:1.首先通过热释电红外传感器探测室内是否有人,如果有

2、人就启动LED灯照明,否则关闭LED灯,从而实现自动开关灯,避免用户忘记关灯浪费电能。2.当有人在室内,LED就已经启动,启动后会通过光敏电阻自动检测室内环境的光强,然后根据光敏电阻的阻值来调节LED的亮度,当室内光强大时,LED 灯的亮度就调低,反之就亮度调高。如果白天的亮度达到一定程度,LED就会自动关闭。3.本系统增加了一个手动控制功能,方便用户操作。用户可以通过PT2262遥控器来自动、手动的切换,同时还有亮度增加、减小和关灯、开灯键。给用户提供了极大的便利。1.研究背景及意义能源资源是经济发展的基础,但是随着经济的发展,很多能源将面临紧缺,因此节约能源保证经济可持续性发展的前提。目前

3、我国电力工业发展速度很快,但是电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重,因此推行照明节电技术节约电能是改善电力负荷紧张状况的主要途径之一。照明节能的基本原则应是保证不降低工作场所的视觉要求,在保证照度标准和照明质量的前提下,力求减少照明系统中的能量损失,最有效地利用电能。公共建筑的照明灯具控制大多采用手动开关,经常出现没有及时开关的现象,从而造成大量的能源浪费和使用上的不便。另外,不必要的使用,也会缩短灯具的使用寿命。本系统实现了室内照明智能控制,克服了以上的缺点。2.设计方案2.1 功能描述本系统设计的LED智能照明系统克服了以上的缺点,从而达到节约能源的目的。系统的功能如下:1.首先通

4、过热释电红外传感器探测室内是否有人,如果有人就启动LED灯照明,否则关闭LED灯,从而实现自动开关灯,避免用户忘记关灯浪费电能。2.当有人在室内,LED就已经启动,启动后会通过光敏电阻自动检测室内环境的光强,然后根据光敏电阻的阻值来调节LED的亮度,当室内光强大时,LED 灯的亮度就调低,反之就亮度调高。如果白天的亮度达到一定程度,LED就会自动关闭。3.本系统增加了一个手动控制功能,方便用户操作。用户可以通过PT2262遥控器来自动、手动的切换,同时还有亮度增加、减小和关灯、开灯键。给用户提供了极大的便利。2.2系统框图如下 图1 系统原理框图3.工作原理及理论设计3.1发射模块设计发射部分

5、是以STC12C2052AD单片机为核心,这种单片机体积小,功耗低,而且资源丰富,内含有ad转换、PWM波输出模块,同时与8051的指令完全兼容。通过它来对热释电红外传感器的信号、光敏电阻的信号进行处理,处理后再通过发射电路发射出去。1233热 释电红外传感器 2STC12C20521165KR?A 电阻5KR?光敏电阻VCC12341PT2262EA+-图2 发射模块电路原理图图3 发射模块实物图3.2 热释电红外传感器模块热释电红外传感器(PIR ,它能将波长为8至12um 之间的红外信号变化转变为电信号,并能对自然界中的白光信号具有抑制作用,因此在被动红外探测器的警戒区内,当无人体移动时

6、,热释电红外感应器感应到的只是背景温度,当人体进入警戒区,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,因此,红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。本系统采用基于热释电红外的集成模块,只有三个管脚,一个为输出管脚,其他两个为电源管脚。实物图形如下图4 热释电红外传感器3.3光敏电阻和PT2262PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/2272最多有12位(A0一A11三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(DOD5数据端管脚,

7、设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。这里采用的是8位地址码和4位数据码PT2262/M4的芯片,每次发射4位数据。 图5 PT2262发射模块3.4接收模块设计接收电路也是采用STC12C2052AD单片机为核心,对接收信号进行处理,然后根据处理后的信号来控制PWM波的占空比从而达到调节亮度的目的。原理图如下: 图6 接收模块原理图 图7 接收模块实物图3.5 手动遥控模块有时用户需要人为的控制LED的亮度、开关灯。这里增加了一个手动模块。各个键的用途如下:B、D键为手动/自动切换键,按一下B键就进入手动模式,按一下D就进入自动模式。在手动模式下 A、C键位亮度增减键

8、,各为十个等级的亮度。在自动模式下A、C键为开、关键。 图8 遥控器3.6 驱动电路设计由于在此作品中,我们选取的单粒LED灯的驱动电压为3V,如果几十个一起串联的话,那么端口电压会达到上百伏特,安全性减低;而如若全部并联,那么电路总电流又会非常大,且不说线路能否承受得住,刚是8050小功率三极管就承受不起,毕竟它的最大集电极电流也不过1.8A,为此我们对LED照明系统采取混联的方式进行布局。 图9 驱动电路原理图如图8所示,两只LED灯并联在一起,然后四组串联在一起,为之一串,最后再将 2325 串并联在一起，组成 LED 照明系统。 本作品选用 LED 灯专用驱动器，本来是想自己动手制作驱

9、动电源的，不过后 来通过理论推导及过往经验发现，如果利用三端稳压管制作的稳压电源，虽然能 提供足够的电压及电流，但带上一二百个 LED 灯后，会严重过负荷，三端稳压管 会发热严重，很容易就报废，绝对无法长时间工作，以前在课程设计中就曾遇到 过类似的问题，所以才选用专用的驱动器。 由于 8050 小功率三极管的驱动电流要求较高，单片机的输出电流无法驱动 它，所以我们在单片机的输出端接上上拉电阻，实质即为反相器，当单片机输出 为高电平时，普通晶体管 9013 打开，其集电极跟射极导通接地，由此集电极引 出低电平到 8050 小功率三极管的基极，自然无法打开它，从而 LED 照明系统也 就无法工作，

10、因为此时没有电流能流过呈现高阻抗的 8050 小功率三极管。而当 单片机输出为低电平时，普通晶体管 9013 关闭，呈现为一个高阻值的电阻，由 电路知识可知，其集电极将分到很高的电压，接近 12V，由此自然可以驱动 8050 小功率三极管打开，继而让照明系统的电流顺利流过，使其工作。 （图中的电容 C 只是起滤波作用的，可不必深究。 ） 实物图如下： 图10 驱动电路实物图 4.系统软件设计 4.系统软件设计 本系统采用STC12C2052AD单片机为核心， 首先通过热释电红外传感器探测是否有 人在室内，如果有人，就开启PWM输出信号（即CR=1）,然后判断自动/手动模式， 手动模式就是通过遥

11、控器来的增减键来控制PWM的占空比，同时还有开、关灯键。 如果为自动就启动A/D转换，通过A/D转换的数字信号来控制PWM的占空比，从而 达到亮度自动调节。软件流程图如下： 图11 软件控制流程图 5.创新点设计 5.创新点设计 1） 本系统采用无线发射接收电路进行LED控制， 与其他的的相比， 易于安装， 不会因为线路多影响室内的美观，而且发射模块可以随便移动。不会因为室内改 装而改变线路。 2）公共建筑的照明灯具控制大多采用手动开关，经常出现没有及时开关的 现象，从而造成大量的能源浪费和使用上的不便。本系统实现了室内照明的智能 控制，取代了手动开关灯的不便利性，同时避免了不及时关灯而浪费电。不仅可 以节约能源，还可以为用户照明节省电费。所以相对用户来说成本降低了很多， 特别是一些大的地方。 3）本系统使用无线发射接收来实现 LED 灯的亮度自动调节，这样方便用户 安装，同时与传统的白炽灯的模型兼容，只有两根线引出接到 220V 的电源上就 可以使用。这样就不会因为使用 LED 灯而改变原来的框架 4）系统具有亮度自动调节功能，大大的节约电能，降低了用户电