LED智能控制（精选12篇）
LED智能控制 篇1
0 引言
在20世纪90年代后半期,白光LED引起业界人士的极大关注,半导体照明这一概念应运而生。所谓半导体照明,就是一种基于半导体LED新型光源的固态照明,在同样的照度下,LED灯的电能消耗和寿命比白炽灯和荧光灯都有明显的优势,因此它是一种典型的绿色照明。正是基于LED光源的高节能、长寿命、保安全、利环保等优良性能和巨大的发展前景,我国于2003年成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导体照明工程”,促进中国半导体照明产业的发展,进一步拓展LED的应用市场。在未来的生活中,半导体光源将无处不在,LED将引领21世纪照明领域的新潮流。
随着大功率LED照明应用的普及,人们对LED照明的高效控制和功能多样化的要求也不断提高,LED智能照明系统应运而生。LED智能照明系统充分利用电子技术、通信技术和计算机网络技术,将建筑物内的各种LED照明器具有机的连接在一起,是一个集节能安全光源、自动人体感应检测、现代化数字控制技术和网络技术于一身的能够实现有效管理的控制系统。
1 校园照明现状分析
目前,校园建筑的照明灯具控制大多采用手动开关,对一些照明时间较长、照明设备较多的场所,如学校的教学楼、图书馆等,其照明系统的使用浪费现象屡见不鲜。由于缺乏科学管理,经常出现没有及时开关灯具的现象,有时在借助外界环境能正常工作和夜晚室内空无一人时,教学楼教室里也是灯火通明,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。
因此,结合照明行业发展趋势和校园照明现状,研究一种适合于高校校园的LED照明智能控制系统就十分必要了。
2 采用LED照明的校园智能控制系统架构设计
从高校校园环境分析可知,校园照明主要分为室内照明和室外照明。室内照明控制区域包括教学楼、公寓、行政中心、信息中心、图书馆、室内游泳馆等,室外照明包括校园道路、体育场和园区景观等。要对整个校园的LED灯具智能管理和控制,必须采用先进、成熟的控制系统,该控制系统不仅要具有多级管理平台,能够对整个系统的灯具进行监控,而且要求系统可靠、操作简便、便于线路检修。由于高校校园建筑和照明方式的多样性,而且时间仓促,所以本次设计将室内照明的教学楼照明和校园景观照明作为研究的重点内容。
1) 系统网络设计
校园LED智能照明控制系统采用总线模块化系统结构,各系统设备均配置独立的CPU和存储器,即某个子系统模块出现故障,只是与该模块相关的功能失效,而不影响网络其他子系统模块的正常运行,既有利于快速故障定位,又提高了照明控制系统的容错水平。系统采用树状主干网子网的结构,组成一个分布式校园照明控制网络,各子系统通过分控制台核心部件ARM芯片的网络功能连接到主干网中,系统架构如图1所示。系统提供开放的通信协议,可根据校园各建筑设备配备情况设计子网数量,既能满足控制要求,又能减少故障波及面,网络规模可灵活地随系统大小进行扩展。
2) 子系统结构设计
各子系统采用主从式总线型拓扑结构,如图2所示,主要由1个分控制台(核心为ARM芯片)、若干台下位机(核心为单片机)、总线连接器RLINK(提供主机与总线相连的接口电路)和RS-485总线通信网组成。整个系统在管理软件的控制下,统一协调工作,完成控制功能。
控制系统中子网网络通信采用RS-485串行总线连接,串行通信具有传输距离长、连接简单、使用灵活方便、数据传输可靠性高的特点,更适合在工业监控、数据采集和实时控制系统中应用。
下位机是以单片机为核心的数据采集与控制单元,下位现场数据采集与控制单元挂接于同一数据通信总线,总线为各现场单元共享。下位机通过RS-485通信接口电路与上位机交换数据。分控制台通过RS-232C串口向总线通信协议转换控制器发送命令帧信息,总线连接器负责RS-232C电平和RS-485电平之间的相互转换,转发此通信帧向RS-485总线网络广播。在通信帧中包含分控制台所要求的下位现场单元地址,所有下位单片机都收听广播,在收到广播帧后,进行地址对比操作,各下位单片机把收到的地址与自己的地址进行比较,地址相同的下位单片机控制器为被选中的下位机,对接收到的帧信息进行处理,其余下位单片机控制器皆为未选中的下位机,需要丢弃收到的帧信息并继续进行网络侦听工作。同样,下位单片机向分控制台发送信息帧时,由总线通信协议转换控制器转换为RS-232C通信协议电平向主控微机转发。而下位机本身是一个相对独立的智能型区域数据探测与控制单元,当分控制台与下位单片机之间的通信发生故障时,各下位机仍可独立完成相关区域的数据采集和控制功能。
3 子系统设计
3.1 教学楼照明子系统设计
教学楼是师生进行教学的主要场所,良好的照明是保证良好教学效果和学习效率的必备条件之一,对于保护师生视力有着重要的作用。教学楼照明设计对于教学楼照明效果和照明设施能否长期安全运行起着决定性的作用,本系统将按照现行国家规范的要求,对于教室和走廊,提出不同的照度选择标准和照明方式。同时,对于安全疏散照明和用电安全防护等问题提出设计和运行管理要求。教学楼照明包括教室室内照明和安全疏散照明。教室室内照明是为照亮整个教室而设置的均匀照明。当发生电源故障特别是火灾事故又停电时,还要提供人员安全疏散的照明设施,需要设置安全疏散照明。同时,要保证照明设施(包括线路)长期安全、可靠运行。
1)教室室内照明硬件设计
在教室照明控制子系统中,数据采集、处理和控制功能由各下位机独立完成。下位机主要由传感器、控制器、存储器、各种集成电路和LED灯具等部分构成,是一个以单片机为核心的自动控制系统,其结构如图3所示。
(1)传感器:
传感器包括被动式热释电红外探测器和光照度探测器。通过被动式热释电红外探测器和噪声探测器可探测是否有人,通过可见光探测器可探测环境亮度,根据不同的探测结果来控制LED灯具是否开启和调节室内照度。
光照度探测器包括光电二极管、光敏电阻和干涉元件等,可自动检测被控区域光照度。当教室室内照度低于下限值时自动开灯,照度高于上限值时自动关灯,实现区域照度的自动控制。
(2)控制器:
我们采用单片机作为照明系统的核心,单片机的品种规格很多,经过对比各种主流单片机的性能,我们采用具有高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等特色的美国Microchip公司推出的PIC16F877单片机。为降低来自电网的干扰,由单片机I/O线产生的触发脉冲,必须经隔离、功率放大后方可接至可控硅控制极,控制可控硅。而用于可控整流、逆变、调压电路的可控硅调光器(SCR)很容易进行电流的调光,能进一步延长灯的寿命。
(3)电源电路:
电源电路为上位机和总线提供电源,各下位机的控制器不再外接电源,而直接从总线获取,LED灯具另备电源。
(4)延时选择电路:
系统设置延时选择电路的目的是在环境光照较弱时,照明设备延时一段时间后再自动熄灭。
(5)LED驱动电路和LED灯具:
教室照明的目的是营造一个良好的光环境,设计时首先应满足照度的要求,其次是布灯应整齐美观,与建筑空间相协调。教室照明是一般照明,照度要求均匀,所以光源部分将选取LED日光灯具,布灯时可用单一的几何形状。
根据国家最新民用建筑设计照明标准(GBJ133-90)的规定,为保障学生视力健康,提高教室光环境质量,加强学校节能减排工作,室内平均照度应达到300lx。由平均照度公式E=NΦUK/A可得N=(EA)/(ΦUK),其中E为平均照度,Φ为光源光通量,N为LED数目,U为灯具利用系数,K为维护系数,A为室内面积。我们采用1w的白光LED,发光效率为100lm/w左右,灯具维护系数为0.85,利用系数0.75,教室室内面积以70m2计算,所以,N=(300×70)/(100×0.85×0.75)=329(只)。考虑到室外亮度越低,对室内亮度的补偿越小,所以我们采用350只LED,全部点亮室内照度可达到318lx,将这350只LED分10组,每35只LED制成一盏半导体灯。
那么,每盏灯具的35只LED如何排列组合才能满足较大范围、较高亮度的应用要求及与LED驱动器之间的匹配要求?目前,常见的LED连接形式有整体串联形式、整体并联形式和混联形式。通过对这三种连接方式的对比,我们采用先串后并的混联形式,可靠性高,驱动器设计方便,总体效率较高,适应范围广。
在绝大多数情况下,电池等原始电源不能直接为LED供电,必须经过电源变换。而LED驱动电路就是LED电源变换器电路,其核心部分就是一个直流变换器,用以控制LED光源的开关及亮度的明暗转换。每盏灯配一个横流电源,用单片机控制、调节LED的发光亮度。
2)安全疏散照明硬件设计
教学楼安全疏散照明硬件部分在教室室内照明下位机结构的基础上进行了改良,增加了噪声探测器。噪声探测器的主要作用是通过对环境中人类日常活动所产生的噪声进行探测,并与红外线部分的数据在系统内部进行或运算,以补偿环境温度非常接近人体时红外探测不敏感而无法判定是否有人进入需要照明的区域,提高紧急疏散照明的可靠性和准确性。
在光源部分,采用市场上将调光解码器与LED灯具整合成一体化的LED可调光灯具,这种灯具减少了外部控制系统接线及解码器防水的问题,使LED控制系统安装成本低,而且系统安装及调试方便,保证了LED系统的质量。
3)软件设计
(1)系统管理软件设计:
在Windows2000/XP系统平台上,基于面向对象程序设计思想和关系型数据库技术,系统管理软件的设计采用VC++编程语言开发。系统管理软件完成的主要任务有:系统组态、串行通信管理、数据存储、统计分析、异常处理等,前台完成各子模块调用及系统工作状态的动态实时图形化显示等,后台负责实时监视接收各下层单元发送的数据、定时巡检、进行异常处理和报警处理等。在开发时,采用模块化程序设计,这样可以提高软件的可靠性、高效性。
(2)教学楼照明控制子系统下位机程序设计:
在此子系统中,下位机程序的主要作用是完成对光照和人员检测的信号处理,并及时响应控制台的中断信号。而单片机作为下位机的核心,主要接收两部分信号,即被动式热释电红外探测器(噪声探测器)输出的开关信号和可见光探测器输出的室内亮度控制信号,并传输到单片机中。通过单片机的处理,输出编码信号,再通过D/A转换器和放大电路,控制可控硅的导通角,达到智能照明的目的。下位机程序流程图如图4所示,其中照明设备状态用变量Flag反映,Flag=0时照明设备熄灭,Flag=1时照明设备点亮,并将此变量返回给分控制台ARM机,以便于分控制台对个照明设备的控制管理。
3.2 校园园区景观照明子系统设计
1) 硬件设计
校园园区景观照明子系统以定时开关控制为主、自动控制为辅,在下位机结构中加入了定时开关电路,即事先设定常规照明的起始时间和终止时间,通过单片机编程可定时开关景观照明设备,具体时间可根据季节、昼夜长短的变化和节假日自动进行调整。在常规照明时间以外,系统探测环境照度强弱程度和有无人员情况实现自动控制照明设备的开关,并能够进行LED调光。
2)下位机程序设计
在此子系统中,继承了教学楼照明控制子系统下位机程序基本思想,并增加了景观照明系统独特的功能。在此子系统中,下位机程序的主要作用有两方面:一是在常规照明的时间段内开启照明设备进行正常照明,并及时响应控制台中断信号;二是在常规照明时间以外,根据光照强度和有无人员情况自动控制照明设备的开关和调光,并及时响应控制台的中断信号。
4 结束语
基于LED智能照明控制系统具有重要的经济价值和巨大的市场前景,若能广泛应用于学校照明,不仅顺应了照明系统的整体发展趋势,大大提高了学校照明电力的管理水平,还能为校方节省大量的电费支出,同时,也为学校师生提供了一个更舒适、明亮和高效的学习和工作环境。
摘要：目前,公共场所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。而LED被认为是21世纪的照明光源,用LED替代白炽灯或荧光灯,环保无污染、使用安全可靠、便于维护。因此,研究一套适合于高校校园的LED智能照明控制系统设计方案,既可以提高用电效率、节约电能,又可以缓解用电高峰的电力供应压力。
关键词：照明,智能控制,LED
参考文献
[1]马小军.智能照明控制系统[M].东南大学出版社出版.2009.
[2]张昕,等.景观照明工程[M].中国建筑工业出版社出版.2006.
[3]周志敏,等.LED照明技术与工程应用[M].中国电力出版社出版.2010.
[4]北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册(第二版)[M].中国电力出版社出版.2006.
[5]陈大华.绿色照明LED实用技术[M].化学工业出版社出版.2009.
[6]全国智能建筑技术情报网、中国建筑设计研究院机电院.智能照明控制系统设计及安装图集[M].中国建筑工业出版社出版.2006.
[7]卡伦(Karlen,m.)、奔亚(Benya,J.),著,李铁楠、荣浩磊,译.建筑照明设计及案例分析[M].机械工业出版社出版.2005.
[8]张岳军.智能照明系统控制网络的研究[J].照明工程学报.2004(04).
[9]毛兴武.新一代绿色光源LED及其应用技术[M].人民邮电出版社出版.2008.
[10]邹吉平.基于现场总线的智能照明控制系统分析与应用[J].灯与照明.2005(03).
LED智能控制 篇2
1.引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.1方案一„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2方案二„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3各方案的比较................................错误！未定义书签。
3.各电路设计和论证..................................................6 3.1 电源电路的方案设计与论证....................................6 3.2信号采集部分电路的设计和论证.................................7 3.3单片机部分电路的设计和论证..................................12 3.4输出部分电路的设计和论证....................................14 4.软件设计........................................................15 4.1程序流程....................................................15 4.1.1系统主程序流程图......................................15 4.1.2传感器子程序流程图....................................16 4.2程序........................................................17 4.2.1主程序................................................17 4.2.2定时器中断子程序......................................18 4.2.3数据处理程序..........................................18 4.2.4 ADC0809连续对2个通道采样程序........................19 5．软硬件系统的调试................................................19 5.1硬件调试....................................................19 5.2软件调试....................................................19 6． 附录...........................................................20
7．参考文献........................................错误！未定义书签。高亮度LED 楼道照明灯电路的设计
摘要：本系统以单片机80C51为核心部件，利用光线度检测技术、光电传感器接收技术并
配合一套独特的软件算法实现了路灯自动开关、声光控制电路等功能。在系统设计过程中，联系实际路灯状况，力求硬件线路简单，元件价格经济，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统设计要求。
关键词：单片机、光明二极管、话筒、A/D转换器、传感器。1．引言
随着电子技术的迅猛发展，单片机技术已渗透到航天、国防、工业。农业、日常生活等各个领域，成为当今世界科技现代化不可缺少的重要工具和强有力武器。用单片机研制的各个智能化测量控制仪表周期短、成本低，在一起、仪表与机电一体化产品的设计中具有明显的优势。这次用单片机设计制作一个走廊路灯控制系统。
光控电路有着广泛的应用。比如城市中的路灯或楼道照明等一般都是由人工操作的, 如果采用光控电路, 根据光线的强弱来自动开启和关闭照明灯, 做到无人自动控制, 可以减轻工人的劳动强度, 有效的节约能源。但光控电路有其缺陷, 就是夜晚无光线的时候, 照明灯将一直工作着, 这样会造成资源的浪费, 也会缩短照明灯的寿命。
这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路, 使得照明电路在无光线的时候, 只受声音的控制, 当有脚步声或其它较强声响的时候, 照明电路自动工作。当声音消失的时候, 照明灯自动熄灭, 这就需要在光控电路和声控电路联合工作的条件下添加一个延时电路, 使照明灯点亮后, 延时一定时间后自动熄灭。
以上电路的设计非常简单，是通过RC 震荡来完成电路的延时作用，它没有经过单片机的控制，所以电路完成的功能有限而且也不是非常稳定，所以我们把单片机加入走廊路灯控制电路能使得电路更加的完美和稳定。如果在此电路基础上加入ADC0809转换器就可以拓展单片机的作用，使得电路的功能得到进一步的提升，达到本课题的设计要求。
使用这种照明电路, 人们就不必在黑暗中摸索开关, 也不必再担心点长明灯费电和损坏灯泡了。夜间只要有脚步声或其它较强的声响时, 灯便自动点亮, 延时一定时间后自动熄灭。特别适用自动控制路灯照明以及走廊和楼道等处的短时照明。
声光控灯在市场上是很常见的，我们生活中也有很多单位用着这种灯，在楼道上，在门厅口，以及在各种人员流动不太频繁也不太稀少的地方，其原理是：利用声音与光来共同控制灯的明灭，当白天时(光线比较强烈时 即便有再强的声音，灯也不会亮，而当夜晚时(光线达到临界状态时 声控装置才会真正的被启动年，而这时，就是这种“声光控灯”大显身手的时候。即，当有声音响动的时候，灯才会亮起来，如果是人们活动，则有很强的适应性与活动性，当没人活动的时候，也不会造成无端的能源浪费。如果与普通的手动灯比较，当人在黑暗中的时候，很难找到开关的位置，乱找不一定能找到，甚至有时候会伤害到自己的人身安全(在黑暗中找不到方向，乱撞很可能会撞上对人体有害的东西，比如被硬物绊倒被摔伤，碰到尖锐的东西被割伤等，而对于声光控灯来说，人们只需要造出某种声音，比如拍手，大喊一声等，就可以启动声光控控制灯，从而办完自己想办的事情(要延长灯的亮着的时间得要在适当的时刻发出声音即延续。
图1 声光控延时开关的电路原理图
为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻rg 等元件组成光控电路，r5和rg 组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，rg 两端的电压高，即为高电平间t=2πr8c3，改变r8或c3的值，可改变延时时间，满足不同目的。vd3和vd4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当c3充电到一定电平时，信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；c3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门
毕业设计说明书（论文）
vd3、vd4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
二极管vd1～vd4将交流220v 进行桥式整流，变成脉动直流电，又经r1降压，c2滤波后即为电路的直流电源，为bm、vt、ic 等供电。
用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、应用广泛、工作可靠等优点。
2.1.1.单片机控制部分电路
单片机控制模块：单片机选用我们常用的AT89C51。无论是信号采集还是信号输出都要经过单片机的出来。另外定时也是通过单片机的定时来做，这样可以减少外部元器件的数量。
2.1.2.信号采集部分电路的设计
判断外界光线采用光敏电阻，利用集成运放LM324将电阻输出的电压转换成TTL 电平以供单片机处理。检测外界声音的使用微型话筒，信号处理方法和光敏电阻出来的信号处理方法类似，并且下文有详细的介绍，在这里就不多作介绍。
系统组成框图如图2所示：
图2 信号采集部分电路系统组成框图
光敏电阻接在P1.0上，话筒接在P1.1上，继电器接在P1.2上，蜂鸣器接在P1.3上。房单片机运行时，单片机会不停的扫描P1.0和P1.1口上的逻辑状态。当发现这两个IO 口发生改变时，立即使判断是光敏电阻发生的信号，还是
话筒的信号。发送在P1.2或者P1.3IO 口上输出控制信号区控制继电器动作或者控制蜂鸣器蜂鸣。如果是要打开路灯，那么单片机的内部定时器就开始工作每当定时时间到了以后就会立即关闭路灯。这就是方案二的工作过程。
2.2 方案二
用A/D转换器ADC0809，由单片机去判断外界的环境。2.2.1方案二
方案二的组成框图如图3所示
方案二的主体电路和方案一类似，但是方案二中比方案一多了一个AD 转换器ADC0809，光敏二极管或者话筒输出的信号不是直接输入到单片机，而是经过ADC0809转换成数字信号，然后再输入到单片机。方案二中单片机收到的是经过简单判断的光线或者声音信号了，这种工作状态单片机永远只知道两种状态。而方案二单片机可以具体的知道外界光线的强弱或者外界的声音大小。这样方案二在处
理输入信号上更具有优势。同时由于加入ADC0809转换器，可以对输入的光线信号和声音信号从模拟量到数字量的转换，这样可以具体的判断出外界的环境情况，可以知道外界光线的具体强度大小和外界具体声音的强弱，这样使得走廊路灯具有功能更加强大的只能控制，开灯外界光线的强度和关灯外界光线的强度有一个差值，同样开灯外界声音的大小和关灯外界声音的大小也具有一个差值，具有降低误差的功能。
2.3两个方案比较
在这两个方案中方案一运用了单片机，定时通过单片机的内部定时器来完成，电路有了逻辑分析的能力，由于该方案前面的输入只有0和1两种状态所以该电路在处理光线或者声音在临界状态不断变化的情况会遇到比较大的麻烦，所以设计出方案二，方案二是用ADC0809可以由单片机去判断外界的环境是什么样子的，方案一处理不了的情况。所以放弃了方案一而选择了方案二。
3各电路设计和论证
下面详细对本次毕业设计所考虑的方案进行初步的论证和简要的分析。3.1 电源电路的方案设计与论证
由于但路中需要12V 和5V 两种电压，所以分别采用三端稳压器7812和7805 图3 方案二的组成框图
新余学院 毕业设计说明书（论文）图5 光信号采集部分电路 声音信号部分电路： 由于话筒必须和一个10K 的电阻串联接到5V 的电压才能有信号的输出，所以话筒的信号输出电路的形式如图6所示。由于输入信号有很大的直流部分，所以必须使用一个隔离电容C6将直流成分隔离掉，然后送入到三极管Q3,Q4进行信号的初步放大。下面的处理电路和光线信号的处理电路相同，最终也是输出一个0-5V 的电压，最后送入到单片机进行处理。图6 声音信号部分电路
A/D转换工作原理：
A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。
模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。
A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。A/D转换器的工作原理
主要介绍以下三种方法：逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法。
在集成电路器件中普遍采用逐次逼近型，现简要介绍下逐次逼近型A/D转换的基本工作原理。
逐次逼近法
逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图3.2.3.1所示。
基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为Ｖo，与送入比较器的待转换的模拟量Ｖi 进行比较，若Ｖo<Ｖi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的 Ｖo 再与Ｖi 比较，若Ｖo<Ｖi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
ADC0809简介: 1．主要特性：8路8位A ／D 转换器，即分辨率8位；具有转换起停控制端；转换时间为100μs ；单个＋5V 电源供电；模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准；工作温度范围为-40～＋85摄氏度 ；低功耗，约15mW。
图7 ADC0809内部结构
2．模拟信号输入IN0～IN7： IN0-IN7 为八路模拟电压输入线，加在模拟开关上，工作时采用时分割的方式，轮流进行A/D 转换。
3．地址输入和控制线 ：地址输入和控制线共4 条，其中ADDA、ADDB 和ADDC 为地址输入线，用于选择IN0-IN7 上哪一路模拟电压送给比较器进行A/D 转换。ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE 线为高电平时，ADDA、ADDB 和ADDC 三条地址线上地址信号得以锁存，经译码器控制八路模拟开关通路工作。
4．数字量输出及控制线（11 条）：START 为“启动脉冲”输入线，上升沿清零，下降沿启动ADC0809 工作。EOC 为转换结束输出线，该线高电平表示AD 转换已结束，数字量已锁入“三态输出锁存器”。D0-D7 为数字量输出线，D7 为最高位。ENABLE 为“输出允许”线，高电平时能使D0-D7 引脚上输出转换后的数字量。
5．电源线及其他（5 条）：CLOCK 为时钟输入线，用于为ADC0809 提供逐次比较所需，一般为640kHz 时钟脉冲。Vcc 为+5V 电源输入线，GND 为地线。+VREF 和-VREF 为参考电压输入线，用于给电阻网络供给标准电压。+VREF 常和
VDD 相连，-VREF 常接地。ADC0809 芯片性能特点: 是一个逐次逼近型的A/D 转换器, 外部供给基准电压;单通道转换时间116us ；分辨率为8 位, 带有三态输出锁存器, 转换结束时, 可由CPU 打开三态门, 读出8 位的转换结果;有8 个模拟量的输入端, 可引入8 路待转换的模拟量。ADC0809 的数据输出结构是内部有可控的三态缓冲器, 所以它的数字量输出信号线可以与系统的数据总线直接相连。内部的三态缓冲器由OE 控制, 当OE 为高电平时, 三态缓冲器打开, 将转换结果送出;当OE 为低电平时, 三态缓冲器处于阻断状态, 内部数据对外部的数据总线没有影响。因此, 在实际应用中, 如果转换结束, 要读取转换结果, 则只要在OE 引脚上加一个正脉冲,ADC0809 就会将转换结果送到数据总线上。在本系统中ADC0809 在电路中的连接如下图所示，在模拟量之前加入滤波电路是为了使采集数据更加准确，对于模拟输入通道，还需要采用一些消除干扰的措施，这点将在下一小节提到ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
6．ADC0809的内部逻辑结构
由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
图8 ADC0809的内部逻辑结构 7．ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下： D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC ：+5V工作电压。GND ：地。
REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START ：A/D转换启动信号输入端。ALE ：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC ：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。
OE ：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK ：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C ：地址输入线。8．外部特性（引脚功能）
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图13．23所示。下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC ：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE ：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START ： A／D 转换启动信号，输入，高电平有效。
EOC ： A／D 转换结束信号，输出，当A ／D 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE ：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A ／D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK ：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc ：电源，单一＋5V。
GND ：地。
9．ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D 转换，之后EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到A ／D 转换完成，EOC 变为高电平，指示A ／D 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE 输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
在本课题设计中ADC0809的通道选择是通过A7、A8、A9来选择的，A7、A8、A9与通道选择关系为：
光信号从IN0输入，声音信号从IN1输入，所以光信号的A/D转换地址70FFH，声音信号A/D转换地址71FFH。ADC0809的转换结束引脚EOC 引脚接在单片机的IN0引脚上。所以这也就意味着既可以采用中断方式也可以使用查询方式对ADC0809转换好的数据进行读取操作。采用中断方式可以节约大量的时间，这样大大减轻了单片机的工作负担。
3.3单片机部分电路的设计和论证
单片机部分使用的是AT89C51，我们对此款单片机非常熟悉，所以使用起来也相对熟练一些。下面是AT89C51的简介：
AT89C51单片机内部包含部件概括如下：一个8位CPU，一个片内振荡器及时钟电路，ROM 程序储存器，RAM 数据储存器，两个16位定时器/计数器，可寻址64K 外部数据存储空间和64K 外部程序存储的控制电路，32条可编程的I/O总线（四个8为并行I/O端口），一个可编程全双工串行口，具有5个中断、2个优先级的中断结构。
AT89C51用CHMOS 工艺制造的单片机都采用双列直插式（DIP）40脚封装，端子信号完全相同。这40根端子大致可分为：电源（Vcc、Vss、Vpp、Vpd）、时钟（XTAL1、XTAL2）、I/O口（P0-P3）、地址总线（P0口、P2口）和控制总线（ALE、RST、/PROG、/PSEN、/EA）等几部分。它们的功能简述如下：
1．电源：Vcc（端子号40），芯片电源，接+5V；Vss（端子号20），电源接地端。
2．时钟：XTAL1（端子号18）、XTAL2（端子）分别是内部振荡电路反相放大器的输入端、输出端，是外接晶振的端子。
3．控制总线：ALE（端子号30）用来把地址的低字节锁存到外部锁存器；/psen（端子号29）外部程序存储器读选通信号；RST（端子号9）复位信号输入端；/EA为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端；
4．I/O线：P0口（端子号32-39）单片机的双向数据总线和低8位地址总线；P1口（端子号1-8）双向输入/输出口，用来驱动4个LSTTL 负载;P2口（端子号21-28）双向输入/输出口，在访问存储器时，用作高8位地址总线；P3口（端子号10-17）双向输入输出口能驱动4个LSTTL 负载。P3口的每一个端子还有其他的功能。
P3.0——RXD ：串行口输入端； P3.1——TXD ：串行口输出端；
P3.2——/INT0：外部中断0中断请求输入端： P3.3——/INT1：外部中断1中断请求输入端： P3.4——T0：定时器/计数器0外部输入端;P3.5——T1：定时器/计数器1外部输入端;P3.6——/WR：外部数据存储器写选通信号； P3.7——/RD：外部数据存储器读选通信号；
5．时钟电力：AT89C51内有一个高增益发相反放大器，其频率范围为1.2MHz —12MHz，XTAL1和XTAL2分别为放大器的输入端和输出端时钟电路可以有内部方式或外部外部方式。在本设计中系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。为了及提高单片机的运行速度，又能最大程度的保证单片机的 运行速度，所以AT89C51的晶振使用12MHz。由此我们可以计算出AT89C51在该晶振下的时钟周期、机器周期和指令周期的计算方法如下：
1．指令周期
CPU 执行一条指令所用的时间称为指令周期。一个指令周期由1~4个机器周期组成。
2．机器周期
CPU 执行一个基本操作所用的时间称为机器周期，一个机器周期由6状态S1~S6组成，每个状态由2时钟脉冲组成，前一个脉冲叫相位P1，后一个脉冲叫相位P2，因此，一个机器周期由12个时钟脉冲S1P1,S1P2„„S6P1,S6P2组成。
3．时钟周期
时钟脉冲周期T 为计算机系统主频f 的倒数，即：t=1/f。若系统主频为12MHz，则T=1/12us。在80C51指令系统中，指令长度为1~3个字节。在单字节和双字节的指令中，除了乘法和除法指令为4周期外，都是单周期或双周期的。三字节指令都是双周期的。若系统主频为12M，则单周期指令执行的时间为12T=12*1/12=1us。双周期指令执行时间为24T=24*1/12=2us。
6．复位电路：复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。单片机的复位有上电复位和按钮手动复位两种，本方案是采用两种复位电路相结合。电容C3和电阻R2构成了上电复位，当开机上电时，电容C2的正端的电压为5V，又因为电容两端的电压具有不可跃变性，所以电容C3和电阻R2之间的电压也为5V，所以单片机会复位。当系统正常工作时，由于直流电压无法通过电容，所以单片机的复位引脚相当于通过电阻R2接地，又因为单片机的复位高电平的有效，所以单片机不会复位。按键S1、电阻R1、R2构成了按键复位电路。在系统正常工作时，只要将按键按下，即可使单片机的复位引脚成高电平，单片机可复位。
在电路中采用了6个电容并联，给单片机的电源进行滤波，使单片机的电源更加平滑和稳定，增加系统的稳定性。在进行PCB 布板时，要注意将电容近贴着单片机放置。
单片机引脚的IO 口的使用：P1.2和P1.3外接继电器和蜂鸣器，P0口作为ADC0809的数据输入口,P0和P2作为地址输出口。
图9 单片机部分电路图 3.4输出部分电路的设计和论证
输出部分的电路由继电器和蜂鸣器构成。继电器电路的工作过程：
由于继电器是控制220VAC 的电压，通过的电压和电流相对较大，所以要选用功率较大的继电器。在本课题的设计中使用的是12V 的继电器。继电器室通过三极管Q1来控制，当单片机输出低电平时，三极管截止，继电器线圈失电，常开触点断开常闭触点闭合，路灯被关闭。当单片机输出高电平时，三极管导通继电器线圈得电，常开触点闭合常闭触点断开，路灯被打开。因为继电器在动作时会产生高电压脉冲干扰信号。为了消除这种影响，在继电器线圈的的两端并联一个蓄流二极管1N4148，二极管的正极接在线圈的附极，二极管的负极接在线圈的正极，当
继电器失电时电流从线圈的负极流向二极管的正极，然后再从正极流到二极管的负极，之后再次流到线圈的正极，这样使线圈上存储的能量最终消耗在线圈的内部，达到保护其它部分电路的目的。
蜂鸣器电路的工作过程
当单片机输出低电平时，由于采用的是PNP 型三极管，所以三极管处于导通状态，蜂鸣器蜂鸣。当单片机输出高电平时三极管出于截至状态，蜂鸣器停止蜂鸣。在本部分电路中采用PNP 型三极管的原因是单片机输出灌电流的能力要比输出拉电流的能力强，所以采用PNP 型三极管是电流从外部流向单片机。
图10 蜂鸣器部分电源电路图 4.软件设计 4.1程序流程
4.1.1系统主程序流程图
图11 系统主程序流程图 4.1.2传感器子程序流程图
4.2程序 4.2.1主程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 0030H MOV SP,#60H MAIN: CLR P1.2 SETB
P1.3 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CH SETB ET0 SETB EA CLR TR0 MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 47H,#0 MOV A,#0 MOV DPTR,#ADC0809_IN0_address 图12 传感器子程序流程图 MOVX @DPTR,A JB EOC,$ MOV A,@DPTR MOV 45H,A MOV A,#0 MOV DPTR,#ADC0809_IN1_address
MOVX @DPTR,A JB EOC,$ MOVX A,@DPTR MOV 46H,A LCALL DATA_PROCESS SETB TR0 MOV A,50H NEQ: CJNE A,#1,NEQ MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 50H,#0 SJMP MAIN 4.2.2定时器中断子程序
;子程序名称：定时器中断程序INT_T0;入口参数：50H 定时器时间到标志;子程序功能：完成中断计时 INT_T0: MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CH
INC 47H MOV A,47H CJNE A,#20,NEQ2 MOV 50H,#1 MOV 47H,#0 CLR TR0 NEQ2: RETI 4.2.3数据处理程序
;子程序名称：DATA_PROCESS;入口参数：46H，47H;子程序功能：完成对数据的处理 DATA_PROCESS: MOV A,46H MOV B,#50 将亮度分为50个等级 DIV AB LCALL L_PROCESS 判断开灯还是关灯子程序 MOV A,47H MOV B,#50
DIV AB 将声音分为50个等级 LCALL V_PROCESS RET 4.2.4 ADC0809连续对2个通道采样程序 MOV R0,#30H MOV R4,#02H MOV DPTR,#0C000H 选择ADC0809的IN0输入 LOOP: MOVX @DPTR,A 启动AD 转化 LOO : JB P1.3, LOO 用查询方式等待转换结束
MOVX A,@DPTR 转换结束后，将数字量送入累加器A MOV @R0,A 数字量存入30H 单元中
MOV @R0 R0的内容加1，指向下一单元 INC DPTR 修改模拟输入通道 DJNZ R4,LOOP 8路未完，循环 5．软硬件系统的调试 5.1硬件调试
1．电源部分的调试
使用万用表测量桥式整流电路的输出端电压是否在15V 到20V 之间，若在则说明桥式蒸馏部分是正常的，不在需要检查各二极管的好坏及有无虚焊等，然后再去测量7812和7805的输出电压是否为12V 和5V。
2.单片机部分电路的调试
主要是测量单片机的电源纹波是否在控制范围内，单片机的晶振是否起振，复位电路是否正常工作等。
3.信号采集部分电路的调试
信号采集部分电路的调试比较繁琐，需要有耐心调试，由于各种元器件的参数都有误差，所以电路处理过的输出信号可能不是严格的0—5V，而且电路中有两个电位器，所以要将两个电位器联合调节。
5.2软件调试
单片机应用系统的软件设计是研制过程中任务最繁重的一项工作，难度也比较大，对于某些较复杂的应用系统，不仅要使用汇编语言来编程，有时还要使用高级语言。
单片机应用系统的软件主要包括两大部分：用于管理单片机系统工作的监控 程序和用于执行实际具体任务的功能程序。对于前者，应尽可能利用现成单片机系统的监控程序。为了适应各种应用的需要，现代的单片机开发系统的监控软件功能相当强，并附有丰富的实用子程序，可供用户直接调用，例如键盘管理程序、显示程序等。因此，在设计系统硬件逻辑和确定应用系统的操作方式时，就应充分考虑这一点。这样可大大减少软件设计的工作量，提高编制程效率。后者要根据应用系统的功能要求编写程序，例如，外部数据采集、控制算法的实现、外设驱动、故障处理及报警程序等。
单片机应用系统的软件设计千差万别，不存在统一模式。开发一个软件的明智方法是尽可能采用模块化结构。根据系统软件的总体构思，按照先粗后细的方法，把整个系统软件划分成多个功能独立、大小适当的模块。应明确规定各模块的功能，尽量使每个模块功能单一，各模块间的接口信息简单、完备，接口关系统一，尽可能使各模块间的联系减少到最低限度。这样，各个模块可以分别独立设计、编制和调试，最后再将各个程序模块连接成一个完整的程序进行总调试。
系统调试包括硬件调试和软件调试。硬件调试的任务是排除系统的硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试，可以发现和解决程序错误，也可以发现硬件故障。
程式序调试一般是一个模块一个模块地进行，一个子程序一个子程序地调试，最后联起来编统调，利用开发工具的单步和断点运行方式，通过检查应用系统的CPU 现场、RAM 和SFR 的内容以及I/O口的状态，来检查程序的执行结果和系统I/O设备的状态变化是否正常，从中发现程序的逻辑错误、转移地址错误以及随机的录入错误等，也可以发现硬件设计与工艺错误和软件算法错误。在调试过程中，要不断调整、修改系统的硬件和软件，直到正确为止。联机调试运行正常后，将软件固化到EPROM 中，脱机运行，并到生产现场投入实际工作，检验其可靠性和抗干扰能力，直到完全满足要求，系统才算研制成功。
6． 附 录 K1 VCC VCC R? 4 R3 RES2 GND 3 L1 11 LM324 Q2 PNP R6 RES2 R? RES4 R4 R? 2 LAMP VCC 1 ADC0809_IN0 UIA R? 光光光光 R5 RES2 Q1 NPN RELAY-SPST VCC VCC VCC LED CU1 CU2 CU3 CU4 CU5 CU6 R4 RES4 L2 L1 R2 RES2 R? U1 L2 新余学院 毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）1 2 3 4 5 6 7 8 u9 12MHZ R? R4 RES4 4 VCC SPEAKER C1 UIA P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 39 38 37 36 35 34 33 32 XTAL1 XTAL2 13 12 INT1 INT0 C2 15 14 T1 T0 MIC C6 0.1UF DW Q4 NPN 31 Q3 NPN 3 R9 6.2K 1 VCC 2 11 LM324 R10 RES2 ADC0809_IN1 VCC EA/VP X1 X2 RESET 9 RESET C3 17 16 R9 6.2K R8 S1 RD WR RXD TXD ALE/P PSEN 10 11 30 29 + 8051 R7 16K R1 R2 R12 RES4 ALE 5 U4 1 2 3 4 5 U3F ADC0809_ALE_START 6 7 12 13 8
LED智能控制 篇3
关键词：LED；S3C44BOX；比较器；驱动
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 12-0000-01
一、設计的方案
第一个方案：以S3C44BO为系统控制核心，采用光敏元件采样后经运算放大器放大，再送PWM控制器的反馈信号输入端。
第二个方案：S3C44BO为系统控制核心，采用光敏电阻来感受光的强弱，将信号输入到LM339比较器，通过与初始值比较来控制LED灯的开和关，当大于初始值时输入低电平，LED灯关，当小于初始值时输入高电平，LED灯开。但由于我们日常所用的灯需要的电压很大，一般S3C44BOX输出的电压很小。所以决定采用一个LED驱动来放大电压。
第一个方案中，虽然用的器件比较少，但因为我学习的知识不够，PWM的调光程序编写难度太大，故采用第二个程序。
二、硬件的组成
（一）光敏三极管
之所以选用光敏三极管，是因为它与光敏电阻相比，具有很大的光电流放大作用，即很好的灵敏度，并且它是一种光电转换器件这次实验的关键就是感光，所以我决定采用光敏三极管。
其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。当光敏三极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。环境灯光的变化我决定采用光敏三极管，当环境亮度达到光敏三极管的导通阈值时，光敏三极管导通。
（二）LM393比较器
因为本次设计要分析光的亮暗，所以必须设置一个器件来判断何时为亮，何时为暗。LM393比较器的功能是比较两个电压的大小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系）而且用在弱信号检测等场合是比较理想的：所以我觉得采用它。
当“+”输入端电压高于“-”输入端时，电压比较器输出为高电平；当“+”输入端电压低于“-”输入端时，电压比较器输出为低电平；由于比较器的输出只有低电平和高电平两种状态，所以其中的集成运放常工作在非线性区。从电路结构上看，运放常处于开环状态，又是为了使比较器输出状态的转换更加快速，以提高响应速度，一般在电路中接入正反馈。
单限比较器电路图给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。
（三）S3C44B0X
单片机芯片作为本次设计的核心，首先程序是需要输入到芯片中的，而且他通过判断比较器来决定输出高电平还是低电平，也就是决定了LED灯的亮暗。而我选用三星公司生产的S3C44BO微处理器，主要是因为它功耗小、成本低。所以所S3C44BOX是本次设计的重点部分。
S3C44B0X内置部件：8KBcache、内部SRAM、LCD控制器、带自动握手协议的2通道UART、4通道DMA、系统管理器（片选逻辑，FP/EDO/SDRAM控制器）、带有PWM功能的5通道定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，同步SIO接口和PLL倍频器。
（四）LED驱动芯片
平时路灯一般都是用220V电压，而从S3C44BOX输出的电压一般只有几V或十几V.。故为了使LED灯的亮暗明显最好加入LED驱动。LED驱动的选择一定要保持恒流特性，而且驱动电路应保持较低的自身功耗。根据这些条件，我觉得应该选择AMC7150。
AMC7150是一个以PWM（脉冲宽度调变）方式工作的LED驱动IC。驱动电流可以从几个毫安上升到1.5A。它可以使LED工作在输入电压从4V到40V的高效，高亮的情况下。工作频率由外部电容控制可以达到200KHz，在一个LED或者一串的LED。AMC7150具有好多优点，它是DC/DCLED驱动；输出驱动电流最大可以达到1.5A；4V-40V输入工作电压；高的工作效率；静电保护电压2KV。
三、软件组成
先配置端口，设置PG0端口为输入端口，PG1为输出端口，设置上拉电阻。我编程时把输入端口和输出端口都设置了上拉，尤其是输入端口一定要设置上拉电阻，否则没有端口就可能会被当成接地，无法输入。
主程序的设计思路：
四、结束语
综上所述，作为现代化产品之一，绿色、节能、环保的灯饰成为了家庭、教室的需求，相信通过工作者们的共同努力，一定能让我们的灯具更加智能化、绿色化，最大化的实现其价值。
参考文献：
[1]王东，谈LED灯系统的设计和应用[J].计算机之家，2012，5.
[2]赵久洲，对LED灯具设计的几点看法[J].中国科技，2013，11.
希腊LED路灯智能能源控制系统 篇4
Astrofos开发了一个平台, 为无线控制、节能和数字化照明提供更广泛的新的可能性。Astrofos开发的平台允许控制无限数量的LED灯, 显示1600万色, 控制灯光亮度, 按照客户要求定制特殊效果。Astrofos提供的LED技术和无线控制解决方案, 可以实现廉价的照明、简单的环境, 具有通用的特点。Astrofos技术的开发技术已具备了两项专利。
1) 双向自动配置的无线通信 (基于最新的ZigBee技术) 在实际应用中, 从一台中央计算机就可以在给定区域控制所有的灯。由于该系统是双向的, 所以每个灯的实时信息 (例如确认系统的操作良好) 会反馈给中央计算机。双向通信以及其他维护成本降到最低。
2) 能源监控和加热控制管理。这些功能超过40%, 将扩大LED的有效性和可靠性。
3) 照明系统轻松和简单的中央管理。对系统的控制, 将不要求特定的知识, 不需要专门人员, 进一步降低了使用成本。
4) 维护信息系统。该信息系统将降低维护成本, 延迟系统寿命期。
5) 适宜任何额外的电源节省计划。
目前在中国的路灯照明市场方面, 政府提供了强有力的激励机制, 更换基于LED的路灯路灯, 以大量节省能源。中国政府已经出台新的标准, 在此基础上新的照明设备采购将很快推出。
实验三LED指示灯循环控制 篇5
一、实验目的熟悉uVision4编译软件、掌握C51编程与调试方法
二、实验原理
实验电路原理图如教材219图A.34所示，图中8只LED指示灯接于P0口，切都有上拉电阻。时钟电路、复位电路、片选电路与前面的实验电路相同。
在编程软件的配合下，要求实现如下功能：8只发光二极管做循环点亮控制，且亮灯顺序为D1-D2-D3…-D8-D7…-D1，无限循环，两次亮灯的时间间隔约为0.5s,软件编程原理为：
首先使P0.0-1，其余端口-0,这样可使D1灯亮，其余灯灭；软件延时0.5s后，使P0口整体左移1位，得到P0.1-1，其余端口-0，这样可使
D2灯亮其余全灭；照此思路P0整体左移7次，再又移7次，如此无限往复即可实现上述功能。
三、实验内容
1、按照教材P219的图A.34，绘制实验三电路原理图；
2、根据功能要求，编写C51程序；
3、练习μVision4程序动态调试方法，并最终实现8个LED灯依次点亮的功能：
P0.0→P0.1→P0.2→P0.3→
┅
→P0.7→P0.6→P0.5→
┅
→P0.0的顺序，无限循环，间隔约50ms；
4、观察仿真结果，完成实验报告。
四、实验步骤
(1)
在ISIS中绘制电路原理图，按照表A4.1将元件添加到编译环境中；
(2)
在uVision4中编写C51程序；
(3)
利用uVision4的编译调试功能检查语法和逻辑错误；
(4)
下载可执行文件，在Proteus中观察仿真结果，检查程序的正确性。
五、实验要求
提交的实验报告中应包括电路的原理图和实验结果分析。
Category
Reference
Value
Microprocessor
ICs
U1
80C51
Miscellancous
X1
CRYSTAL
Capacitors
C2~C3
CAP
Capacitors
C1/22uF
CAP--ELEC
Resistors
R2~R8/200
RES
Resistors
R10~R17/100
RES
Optoelectronics
D1~D8
LED--YELLOW1、电路分析及原理图
图12、编程思路及C51源程序
编程思路
1，P0口赋一初值，使D1灯亮，D2～D8灯灭
2，调用函数delay，传入参数值为50（ms）
3，采用while结构的无限循环体
4，由上向下循环控制（变量i的初值为1，终值小于8，增量为+1）
5，使P0中的数值向左移1位
6，调用函数delay，传入参数值为50（ms）
7，返回第二部继续进行
如图2为本次实验源程序
图2
调试运行
图3
调试运行
图44、仿真运行效果
起始时的情况
运行中的情况
5、实验小结
1，通过实验我们实现了最终实现8个LED灯依次点亮的功能：
P0.0→P0.1→P0.2→P0.3→
┅
→P0.7→P0.6→P0.5→
┅
LED智能控制 篇6
【摘要】本文阐述了一套基于单片机STC15F2K60S2的热红外传感器、光敏电阻器以及智能化控制LED照明的风光互补发电系统，该系统可提高用电效率、节约电能并且环保，有很高的使用价值，并且还具有“有人光线强则灯不亮，有人光线弱则灯亮，无人光线强则灯不亮，无人光线弱则灯不亮”的功能。
【关键词】风光互补发电系统；LED；单片机；智能节能照明控制器
风光互补是新能源综合开发利用，LED灯是新的节能技术，风光互补LED 灯是两者结合的经典之作。风能和太阳能都是最普遍的储量大且清洁的可再生能源，在时间上和季节上互补性很强：这种互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，使其优于单一的风电或光电。LED被认为是绿色的第四代光源，是一种固体冷光源，具有高效、寿命长、安全环保、体积小、响应速度快等诸多优点，目前已有广泛的应用。
本作品控制器要根据太阳能电池、风力發电机、单片机、传感器、蓄电池、风光互补控制器、光源等部件特性和环境光线的变化进行智能充放电控制；还可根据季节、环境、光线变化等因素决定定时点亮等不同智能工作模式。
1.设计方案
1.1 风光互补发电系统的构成
风光互补发电系统[1]是一种将风能和太阳能转化为电能的装置，是由风力发电机与太阳能电池组成的联合供电系统。风光互补供电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏板、控制器、蓄电池、逆变器、交流（直流）负载等部分组成。利用太阳能组件、风力发电组件发出电能，通过蓄电池组储存，通过逆变器将蓄电池中储存的直流电转变为交流电，经由输电线路为用户供电。
2.智能照明控制方案设计
2.1总体设计
当红外传感器所形成的电信号和光敏电阻器接受到的信号同时满足时，单片机才工作。
在本设计中，完整的光线感应装置包含有检测光强度的光敏电阻器，对整个系统进行控制的单片机STC15F2K60S2，以及对输出的小功率信进行号进行放大的高频放大电路和避免外界强电干扰的电路电压隔离部分。首先光敏电阻器将对日光的强度做出感应，当外界环境的光强度变大时光敏电阻器的阻值变小，当外界光强度减弱时，光敏电阻器[2]的阻值变大。光敏电阻器将这种随着外界光强度改变做出相应变化的检测结果即信号反馈给单片机STC15F2K60S2，由单片机STC15F2K60S2做出相应的判断，并将判断的结果输出.因为由单片机输出的信号功率是很小的，无法利用这种电流去驱动照明设备的开关或者控制设备.模块在环境光线亮度达不到设定阈值时D0端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定值时D0端输出低电平，D0输出端可以与单片机直接相连通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变；D0输出端可以直接驱动本店继电器模块，由此可以组成一个光控开关。所以要在单片机STC15F2K60S2后接一个高频放大电路，使其对该小功率信号进行有效的放大。经过放大电路放大的电流信号就可以作用于控制照明设备的开关或者控制设备了。因为该光感应器的内部是实现弱电对外界环境中强电的控制，所以为了保护单片机使其能够正常的工作，在光感应器的内部还需要配备有电路电压的隔离部分，这样就可以有效的隔离外界强典对设备内部弱电的干扰，达到保护单片机的目的。整个设备可以随着室内光强度的改变调整照明设备的亮度，使得室内的光强度最适合，免去了人们手动调节照明设备的麻烦，也更好地自动节约了电能。
3.系统硬件设计
3.1检测环节
3.1.1被动式热释电红外探测器
热红外感应器是一个是热释电红外传感器（PIR），它能将波长为8-12um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，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，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。本文利用的红外感应器是灵敏型光敏电阻传感器，比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强并电流达到100mA。配可调电位器可调节检测光线亮度工作电压3.3V-5V，输出形式：数字开关量输出（0和1）。
3.1.2环境亮度传感模块
光敏电阻器工作原理[3]是利用投光器将光线通过透镜聚焦，光线经过传输到达受光器的透镜，最后被接收感应器所接收，感应器将收到的光线信号转换成电信号，而这种被光线感应器转换来的电信号可以有多种应用方式。基本实现原理是对投光器和受光器之间的光线进行阻挡，在这个过程中会产生一定的信息，这种信息就以信号的形式反应出来，对该信息加以合理利用就可以完成设定的要求使设备可以自动调节光亮强度即实现自动化控制照明设备。光线感应器就利用光敏电阻器根据这种外界环境的光强度的变化输出微弱的电信号，通过简单的放大电路进行处理，处理的结果送至开关和控制设备就可以实现对光的控制了。在本文中主要利用光感应器在总开关打开的情况下根据环境的光强度自动调节光亮，当光强达到一定程度时就会自动关闭开关。
3.2控制环节
STC15F2K60S2单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用STC第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，±1%温飘，常温下温飘5‰，5MHz～35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振。3路PWM/PCA，8路高速10位A/D转换（30万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。
在光感应器里另一个重要的器件就是单片机STC15F2K60S2，其对该光线感应器的正常工作进行指导并有效地控制，在单片机STC15F2K60S2里主要包含有电源电路、复位电路和晶体振荡电路等设备。
参考文献
[1]黄鑫.风光互补发电系统的发展与应用[J].科技论坛，98.
[2]安毓英，曾晓东，冯喆珺.光电探测与信号处理[M].北京：科学出版社，2010.
闭环控制LED路灯电源 篇7
目前国内外LED照明驱动电源大部分采用开关电源, 每个开关电源中有多个部分能产生谐波污染电网 (整流、开关管、高频变压器产生的谐波污染) 开关电源产生的谐波成分复杂。开关电源使用范围很广, 它的工作原理是把交流整流成直流, 通过开关管产生脉冲直流输入变压器初级, 在变压器次级感应出电流, 整流后供给用电设备。开关电源的工作频率比较高一般在40k Hz左右, 在开关管开、关时, 反射40k Hz的频率至电源。虽然这种用电设备单台功率不大, 但它的应用范围非常广, 它还产生很多三次谐波, 造成电力变压器中性线电流居高不下, 而且三次谐波还会通过电力变压器污染到10k V电网。开关电源电路复杂故障率高, 成本高。当大量使用开关电源时产生的干扰频率不可能一致, 所以集中消除非常困难。开关电源故障率占灯具总故障率40%, (美国能源之星统计) 往往LED灯珠没坏电源驱动先损坏。由于使用开关电源的LED灯具污染电网和驱动电源故障率高等情况, 严重制约了LED这种节能光源推广。寻求用新型电源代替开关电源成为企业研发目标, 为LED这种节能光源推广和发展服务。闭环控制LED电源设计思路是电源工作时可控硅以最大导通角运行, (或者采用过零触发电路) 使控硅导通角达到最大, 输出完整的正弦波。实际工况是由于温度变化引起热敏电阻阻值变化, 使可控硅导通角变化, 可控硅没有完全导通产生缺角正弦波, 整个LED照明系统调压可控硅导通角都在变化产生谐波。但是此谐波形状相同频率接近, 电路本身消除加集中消除可以解决问题。国外采用后沿相调光电路降低电网污染, 提高功率因数。其实如果污染源谐波一样, 采用集中消除和集中提高功率因数意义更大。目前电力部门为解决非线性用电设备和其它谐波污染源的污染问题, 基本方法有两个:一个是安装谐波补偿装置来消除谐波, 另一个是对生产电子产品本身进行改造, 使产品不产生谐波, 但是这有一定困难因为电子元件参数受温度、湿度、时间影响会发生变化, 出厂时指标合格不代表运行一段时间后合格。
电力系统消除谐波装置简单方法就是采用LC调谐滤波器。这种方法既可消除谐波, 又可提高功率因数, 一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是容易和系统发生并联谐振, 导致谐波被放大, 使LC滤波器过载甚至损坏。另外, 它只能消除固定频率的谐波, 闭环控制LED电源产生的谐波就是固定的缺角正弦波。在整个LED路灯照明系统, 电源采用这种补偿成本低容易推广。
闭环控制LED电源电路说明
闭环控制LED电源可控硅以接近最大导通角运行, (LED灯具功率80W左右) 功率因数0.8左右, 使其工作波形尽可能接近正弦波, 减少“削波”。RT是正温系数热敏电阻放置在LED灯板合适位置, (温度最高的中心位置) 检测LED发光温度, 当LED灯具和环境温度升高时可控硅导通角变小, 使输入全桥交流电压降低, 整流输出电流减少, 两个温度不可能剧烈变化, 所以电压、电流变化平稳, 不会对电网造成冲击。当工况和LED开关电源那样大面积使用时, 闭环控制LED电源产生谐波单一, 容易集中消除。闭环控制LED电源既不“恒流”也不“恒压”利用LED灯珠的电流可以大范围变化, 和对温度的要求来满足使用条件。具体操作方法是:根据本地区夏季最高温度来设定最大安全电流, LED灯具根据环境温度+灯具自身升温自动调节灯具电流。可控硅直接控制整流全桥输入交流电压, 不加电容滤波尽量减少对电网的干扰。交流电两个周期都被利用。利用人体视觉暂停机理连续发光。
调试方法
检查焊接电路无误后, 把R3调整到阻值最大位置, (防止接入电源后可控硅导通角过大损坏LED灯珠) 把热敏电阻放到恒温箱内, 恒温箱设定温度50℃ (某地区最高气温) 放置一分钟后, 电路接入220V电源, 慢慢调节R3, 调到LED灯具发光, 测量R1两端电压, 使U/R1=310m A然后把热敏电阻放到冷冻箱使U/R1的值不超过350m A根据此样品电阻值进行批量焊接生产。
产品价值
此电源在LED路灯照明工程中有巨大的商业价值, 有四点可以证明。
一、对电网污染一定比开关电源少, 因为每个灯具产生的谐波频率接近, 电路本身LC滤波消除, 再加集中滤波消除。
二、此电源价位是开关电源的1/3。
三、稍加改动就可以方便进行自动或手动调光。
LED智能控制 篇8
在现代智慧城市中,城市路灯管理是资金投入多、科技含量较高、难度较大的一项工作。常规的监控方式只有通过不断地巡查才能发现一些出故障的路灯,既浪费大量的人力、物力,又不能达到准确全面、及时的发现故障并维护。零点以后城市道路上几乎空无一人,在低交通流量的道路上仍然保持高亮度显然是没有必要的,对路灯的亮度进行调节尤为重要。因此,传统的路灯控制和管理手段已经远远无法满足现代化城市的发展需要,路灯的远程计算机监控系统已经成为各市政府极为关心的市政工程[1]。为实现远程监控,业界也提出了诸如电力线载波方案、GSM方案、Zig Bee方案等几种措施,但电力线载波在通讯中无法换相,GSM方案长期运行成本高、时延大,Zig Bee方案通信距离近、穿透力不足,因而应用效果并不理想。多技术并用的城市LED路灯远程无线监控系统在这样的背景应运而生,它具有自动化程度高、运行可靠、高效节能、便于控制、准确定位、维护方便等显著特点[2]。
1 系统组成及功能
城市LED路灯无线智能控制系统的结构如图1所示,主要由上层GPRS通讯与下层Zig Bee通讯相结合的一种新型的混合网络结构。区别于目前国内照明控制领域主流的只有GPRS控制回路方式,率先将Zig Bee技术运用于照明控制。系统可分成三层架构:服务器层、电控柜主节点层及终端层。系统的终端层由无线传感器构成,通过单灯杆智能终端控制每一盏路灯,可实时检测电压、电流、功率因素等参数。电控柜主节点层,主控箱汇集底层的传感信息,并向上通过GPRS网络发送给应用层的监控中心。服务器层,监控软件能实时显示城市照明的地理信息,详细的数据统计报表,以及总的用电量、亮灯率、功率因素达标率、节能系数达标率等[3],由服务器、大屏显示、Center View中央控制系统软件平台等组成,通过缩放变换Center View中央控制系统,以俯视的角度观察和控制到整个城市、一个街道、一条道路、甚至一盏路灯的照明情况。移动监控和管理设备(笔记本电脑、PDA、手机)和路灯维护车也能通过控制中心进行远程遥测和遥控。
1.1 照明控制终端
路端单灯测控器是终端层的核心控制器,是无线传感网络中的网络节点,主要功能是控制和检测路灯的状态,实现对路灯的打开、关闭及升、降功率。每个单灯测控器之间通过网络协议组成网络。每个安装路灯的区域形成一个独立的网络。
单灯测控器检测路灯的状态包括路灯的电流通断情况、路灯的光强度,还包括该路灯节点在网络中的地址。通过使用精度较高的传感器使得状态采集具有较高的稳定性。路端单灯测控器硬件设计采用分层模式:将主控器及其最小系统和天线模块设计一块板,留出对应当接口;同时将采集系统,控制系统,电源系统等其他系统,设计在底板上,也留出对应的接口;使用时将两块板接插在一起即可。这样分层的设计具有较高的灵活性,各层功能分明,易于实现,测试方便。由于Zig Bee的标准传输距离只有75 m,一般不可无线覆盖整座城市,因此本系统采用GPRS模块负责现场控制器与监控中心之间的数据传输。现场控制器可以根据预先设定的时间周期将接收自无线终端的各种状态及检测数据主动上报给监控中心[4]。当现场控制器检测到某盏路灯有突发故障出现时,以主动上报方式将故障信息上报给终端层,终端层收到发来的信息进行解析上报监控中心。
照明控制终端电路组成如图2所示,其中:2.4G模块是作用是网络通信节点使用;热释电和光照是用于检测人体及车辆信号和光照亮度使用;继电器则是用来控制LED路灯的亮灭;STM32是整个控制单元节点系统的核心,一切的控制命令信号都要STM32进行控制。整个系统灵活而具有稳定性。
1.2 无线传输终端
在无线传输终端中,路端通信装置汇集底层的传感信息,并向上通过GPRS网络发送给应用层的监控中心。作为一个路灯网络的路由节点和主控节点,路端通信装置是Internet和路灯网络的接口网关。它通过2.4G技术和无线传感网络的技术融合,将相关信息发送到监控中心的服务器中。
由Zig Bee模块(具备自组网功能,既可作为终端节点,又可作为路由器或者协调器)、天线和控制电路(用于路灯的供电、驱动和控制)等组成。它是路灯监控系统中控制功能的执行部分,同时也完成了检测功能中信号采集等工作。通过Zig Bee模块自身组建的网络,无线终端可以接受现场控制器发出的命令以及与现场控制器进行数据交换,如开灯、关灯、调节亮度,并能根据反馈信息判断当前路灯的运行状态,如是否有故障。
无线传输终端硬件设计主要包括的是:ARM9主控制器、网络协调器、路由器系统等。其结构硬件设计原理框图如图3所示。
无线传输终端是LED路灯测控的核心控制器,也是无线传感器的终端网络节点,它最主要的功能是控制和检测路灯的一切状况,用来控制灯的关闭、打开以及功率调节。
终端层检测LED路灯的状态,包括路灯电流通断情况、路灯的光线强度及路灯节点中的网络地址。采用较高稳定性的无线传感器使得网络信号采集具有良好的稳定性。
2 系统软件设计
系统软件设计可分为传输单元软件设计、控制单元电路单元软件的设计以及PC端应用软件的设计。
PC端应用软件设计是基于Windows XP的平台,以大型商用数据库SQL Server2005为基础,系统设计较复杂,主要可以分为通信软件和控制管理两部分,两者经过数据库进行通信。
通信软件通过GSM网络对路灯进行控制。其控制主要分为两部分的功能:(1)接收由控制管理软件发送来的信息,并将其命令进行处理;(2)获取来自路端路灯状态信息,并放入数据库,由控制管理软件使用[5]。
2.1 控制单元电路的软件设计
STM32控制器主要执行的命令是等待无线节点发送数据,一旦无线节点向STM32发送数据,STM32 UART2产生串口接收中断,在中断行数中判断第一个数据(STM32的设备号),如果是此STM32的设备号,继续接收数据命令,如果不是,返回不接收数据命令,所有的数据命令接收完成执行灯的控制。其流程如图4所示。
2.2 传输单元软件设计
ARM网关采用ARM9-S3C2440处理器,外接GSM短信猫,接收电脑客服端软件发送的数据命令及上传跟电脑客服端。外接协调器(CC2430)与下面的各个无线节点(CC2430)进行数据信息的相互传递。网络协调器作为中心控制平台,其任务是首先建立新的网络,完成组建网络的工作,接收各网络节点发送的数据,对数据进行处理,并发送相应的控制信号。
网络协调器流程如图5所示。在网络协调器上,首先初始化CC2430,然后程序开始初始化协议栈并打开中断,之后程序开始格式化一个网络,建立一个新的网络,如果成功,可在上位机中看到相应的信息,然后程序给予发送数据的地址,这个地址是可以改变的。
2.3 PC端应用软件设计
PC控制端采用C#语言基于VS2005设计的一款电脑客服端软件,数据库采用SQL Server 2005,数据上传下传信息通过数据库的方式访问传递,数据最终通过短信猫发送接收。
2.3.1 数据库设计
数据库设计主要是进行数据库的逻辑设计,即将数据按一定的分类、分组系统和逻辑层次组织起来,是面向用户的。数据库设计时需要综合企业各个部门的存档数据和数据需求,分析各个数据之间的关系,按照DBMS提供的功能和描述工具设计出规模适当、正确反映数据关系、数据冗余少、存取效率高、能满足多种查询要求的数据模型。
2.3.2 数据库设计的步骤
(1)数据库结构定义。目前的数据库管理系统(DBMS)有的是支持联机事务处理CLTP(负责对事务数据进行采集、处理、存储)的操作型DBMS;有的是可支持数据仓库、有联机分析处理CLAP(指为支持决策的制定对数据的一种加工操作)功能的大型DBMS;有的数据库是关系型的;有的可支持面向对象数据库。针对选择的DBMS,进行数据库结构定义。
(2)数据表定义。数据表定义指定义数据库中数据表的结构,数据表的逻辑结构包括:属性名称、类型、表示形式、缺省值、校验规则、是否关键字、可否为空等。关系型数据库要尽量按关系规范化要求进行数据库设计,但为使效率高,规范化程度应根据应用环境和条件来决定。数据表设计不仅要满足数据存储的要求,还要增加一些如反映有关信息、操作责任、中间数据的字段或临时数据表。
(3)存储设备和存储空间组织。确定数据的存放地点、存储路径、存储设备等,备份方案,对多版本如何保证一致性和数据的完整性。
(4)数据使用权限设置。针对用户的不同使用要求,确定数据的用户使用权限,确保数据安全。
(5)数据字典设计。用数据字典描述数据库的设计,便于维护和修改。
3 系统实现
本系统的窗体表示层主要有登陆页面、主窗体页面、设备数据、照明控制、维护管理、系统设置等界面。
主窗体页面如图6所示。
照明控制设置界面如图7所示。
4 结束语
“城市LED路灯无线智能控制系统”使用实用性强、运行可靠、便于控制和易于安装维护等优点,能够解决城市LED路灯维护和管理的问题。整体LED路灯无线智能控制系统是城市照明科学发展的新突破,在城市低碳经济发展推进中,(下转第60页)将低碳照明融入低碳城市、低碳经济、低碳社会,共同实现真正意义的可持续发展。
摘要：为解决能源浪费及城市LED路灯智能控制问题,提出了城市LED路灯无线智能控制系统,采用最新ZigBee、GSM和GPRS技术的无线监控系统,既能及时、准确地检测出路灯故障,又能对路灯进行开关及亮度调节,从而完成对LED路灯的智能化控制。
LED智能控制 篇9
LED作为一种固态冷光源,是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯之后的第四代新光源,是一种典型的绿色照明方式,与传统光源相比,具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠、响应速度快等诸多优点。目前LED已经在城市景观装饰、交通信号与商业广告领域广泛应用[1,2,3,4,5],并逐步开始应用于路灯照明、展会照明、舞台灯光等领域。现代会展业作为一种行业联系的纽带、城市展示的窗口、经济增长的引擎,在现代经济发展中发挥着重要作用,更是未来重要支柱产业之一,展会照明在全球及国内的灯光照明行业中占有重要的市场份额[6,7]。
作为新兴的光源,LED会展照明灯相对于传统会展灯(石英灯、金卤灯),具有寿命长、无红外紫外辐射、调光控制容易等优势;并且更加节能环保。目前达到同样的照明效果,LED的耗电量大约是白炽灯的1/10,荧光灯的1/2[8]。针对会展业灯光照明安全、节能、智能和会展特定光域等需求,本文设计了一款适用于高端展览、博物馆、文物及艺术品展览等现代展会照明的LED智能控制系统[8,9,10,11,12]。系统采用LED成像灯的二次光学设计和RGBW/Y五色混色机理,实现多种色彩精准变换混色、光线色彩均匀聚光和光域形状调节,有效解决LED成像灯的出光均匀性、配光角度、眩光和偏色等问题;进一步优化LED的节能效果,节约电力资源,符合现代会展照明智能化、节能化和舒适化的发展趋势。
1 控制系统设计
LED智能控制系统总体结构如图1 所示。根据会展区域人员活动情况,确定动静探测器(红外感应装置)的位置及数量,并利用动静探测器收集人员活动信号,将收集到的信号进行处理后传送给MSP430 单片机[1,9];然后由光敏模块检测光强信息并传送给单片机;单片机根据处理结果输出相应的脉冲宽度调制(PWM)信号,传送给LED驱动电路,从而控制LED可调变焦成像灯,实现照明范围内感应开关及渐亮渐暗功能。
2 光学设计
2.1 光斑、光域、远近光切换二次光学设计
LED智能控制系统采用不同比例的RGBW(Y)(红、绿、蓝、白(或黄))五色LED组成阵列高亮度的二次光源,外部辅助一种特殊复合椭球体反光杯的全反射式二次光学组件,对全反射式LED模组内外部透镜进行二次光学设计,可收集从LED芯片发出的全部180°的光,并重新分配到指定的区域;再经过多层台阶的复眼柔光透镜,使光线在透射处透散射单元(六边形透散射单元的尺寸较小并复眼式紧密排列,具有很好的折射和反射效果)表面的同时,经过多次的折射和散射,并在圆面和圆环面的表面相互反射,多层台阶的复眼柔光透镜如图2 所示,其中数字代表透镜编号。
外部光斑、光域、远近光切换二次光学镜头组,在外部镜头加装光域调节光阑板,可根据不同的展品形状进行光域形状调节。全反射准直透镜与60°角泛光透镜光线图如图3 所示。
这样的配光设计使LED灯头光强的远场角度呈现合理的分布,使光斑的中间和边缘比较均匀(市面上LED光斑中间比较亮,周围逐渐变暗,容易造成眩光)。透镜还可以实现截光,消除眩光。同时,使成像灯混色更加完美,增加视觉的舒适效果,实现更好的光学混色效果。
外部光斑、光域、远近光切换二次光学镜头组主要针对会展照明安全性和复杂的光程光域要求设计,LED成像灯及光组件结构如图4 所示。
2.2 五色混色变换
RGBW(Y)混色可实现多种色彩精准变换混色,光线色彩均匀聚光,解决了原有RGB混色,LED灯交叉混色不均匀、有偏色的问题。RGBW(Y)混色法采用引入黄光及在二次配光透镜的内穴镀制色温滤光膜的方案,解决了LED灯具本身色温较高的问题。
将红、绿、蓝、白(黄)LED灯珠按梅花状矩阵排列方式串+并联起来,以均匀间隔排列在光源板上,使LED灯珠的光线在导光空间内相互均匀交叉,消除传统方形排列相邻LED产生的阴影区域。梅花形LED灯珠矩阵排列方式如图5 所示,其中21~24 分别为红、绿、蓝、黄,25 为白。
3 控制系统关键部分实现
3.1 感应开关及渐亮渐暗设计
智能化驱动的灵敏调光方案,采用动静探测器和光传感器作为信号采集模块,MSP430 单片机作为微控制器,单通道LED恒流驱动器DD312 驱动LED发光,并通过PWM脉宽调制来控制LED芯片渐亮渐暗发光特性。动静探测器和光传感器布置示意图如图6 所示。
动静探测通过新型热释电红外传感器(表面罩一个菲涅耳透镜,用来提高探测灵敏度)检测人体放射的微弱红外线能量,判断区域内人员活动情况即有人进入探测区域时,传感器产生一个交变红外辐射信号,并输出一个微弱的电压信号;再通过信息处理模块将传感器输出的电压信号通过滤波、放大、整形后输出脉冲信号。
光敏检测单元由光敏电阻和三极管组成的背景光检测电路。当背景光强度强时,光敏电阻阻值减小,三极管处在非工作状态,三极管的集电极输出低电平;当背景光强度较弱时,光敏电阻阻值增大,三极管处在工作状态,三极管的集电极输出高电平。光传感器芯片通过I2C总线与单片机连接。
MSP430 单片机通过接收红外探测器和光敏检测模块的输出信号,判断区域内人员存在情况和光照条件,最终形成矩形脉冲以控制PWM信号。脉宽调制式开关型稳压电路在控制电路输出频率不变的情况下,通过电压反馈调整一个周期固定的方波占空比。当调整PWM的占空比时,会引起电压电流的改变,LED的明暗状态也会随之发生相应的变化(占空比不断升高,耗电量不断增大,LED灯也就越亮)。感应开关的设计,在满足相关照明和观众舒适度要求的同时,大幅度节约电能,并预防了光污染对展品的伤害。
3.2 软件设计
LED智能控制系统软件分为照明控制总程序、现场信息采集程序等。系统初始化后,首先通过红外传感器对所辖区域内的人员活动情况进行检测,区域内无人时PWM控制输出占空比为0(灯熄灭);有人情况下,由光敏模块检测光强信息,MSP430判断展区光强能否满足照度(设定值)的现状,根据传感器采集到的信号,传送给单片机,通过PWM控制输出占空比逐渐增大(逐渐减小)实现灯的亮度逐渐变亮(逐渐变暗)。软件流程图如图7所示。
4 实验结果
本文选取小型会展区域,对比LED灯具和传统日光灯的节电效果。实验中预先设定2 个光照等级,红外传感器对所辖区域内有人时对应普通照明,即PWM控制输出占空比为80%;无人时熄灭,对应PWM控制输出占空比为0%。全天工作8 小时,选取全天普通照明和智能调控照明对比2种灯具的耗电量,结果如表1 所示。
由表1 可见,全天普通照明的情况下,LED较日光灯节电约50%;在引入LED智能控制系统后,可根据展会区域人员活动情况及光强进行照度调控,节电效果更加明显。传统单一的手动控制开关,不具备调光功能,工作期间照度基本保持一致,造成资源浪费。同时,系统实现多色混色,色温在2500 K~ 10000K可调,光斑均匀,轮廓清晰,无RGB杂光,展会LED成像灯照明效果如图8 所示。
5 结论
本文采用热释电红外传感器、MSP430 单片机、单通道大功率LED恒流驱动器DD312,应用PWM调光原理构建了LED智能控制系统,并通过实验分析了系统的节电效果。该系统根据展会区域内的人员活动情况及实际光照度进行照明智能控制;LED成像灯的二次光学设计和RGBW/Y五色混色,有效解决LED成像灯的出光均匀性、配光角度、眩光和偏色等问题;实现了会展照明智能化、节能化和舒适化,有着广阔的社会和商业前景。
参考文献
[1]陈秀君,南忠良.LED智能调光系统在办公区域的应用研究[J].灯与照明,2014,38(1):44-47.
[2]赵玲,朱安庆.智能LED节能照明系统的设计[J].半导体技术,2008,33(2):137-140.
[3]徐佳蕾,钱思芸,陈芸,等.LED节能灯应用与前景研究[J].中国科技信息,2014(7):221-223.
[4]魏乃永.办公楼智能照明控制方案能效分析[J].电气应用,2013,32(6):32-38.
[5]李熹霖.谈LED全彩色显示屏的应用和技术指标[J].现代显示,2003(6):15-19.
[6]柳得安,金长烈,林宏恩,等.PALM EXPO 2015专家调研报告专业灯光设备及技术[J].演艺科技,2015(9):10-14.
[7]裴向军,陈英.现代会展业与产业集群的协同发展[J].浙江经济,2009(10):48-49.
[8]张波,曹丰文,汪义旺.LED路灯驱动及智能调光系统的研究与设计[J].照明工程学报,2011,22(4):71-74,78.
[9]马腾,李渊,李宝营,等.LED路灯智能控制系统的设计[J].大连工业大学学报,2012,31(1):75-78.
[10]Young Seek Cho,Jaerock Kwon,Hwan-Yong Kim.Design and Implementation of LED Dimming System with Intelligent Sensor Module[J].J.Inf.Commun.Converg.Eng.,2013,11(4):247-252.
[11]彭颖茹,蒋伟楷,林学贵,等.UHP光源舞台灯具控制系统抗干扰技术[J].自动化与信息工程,2012,33(3):42-45.
智能LED杀虫灯控制系统的设计 篇10
近年来, 灯光诱杀作为化学防治的有效补充, 已成为害虫综合治理中的一项重要措施, 特别是在现阶段无公害农业、绿色农业和有机农业生产中, 杀虫灯的作用更加明显[1]。但传统的杀虫灯光色单一, 寿命短, 杀虫效率低。而LED具有节能、寿命长、光效高、体积小和稳定性强等特点, 并且光源本身不含铅、汞等有害物质, 无红外线和紫外线, 不会对作物造成危害, 是一种绿色光源[2]。所以用多种光色LED制成的杀虫灯具有光色多、光谱宽、诱杀害虫种类多、杀虫效率高和经济性能好等优点, 可用作灭杀害虫的主要设施, 在无公害蔬菜、果品生产中可发挥有力的保障作用, 具有良好的应用前景。
本文设计了一种应用STC89C52RC单片机控制的LED杀虫灯控制系统, 其总体设计方案及构成如图1所示。智能LED杀虫灯控制系统主要由单片机最小系统、电源电路、按键电路、LED光源及驱动电路、光控雨控电路、高压发生器及驱动电路等组成。
1 控制系统总体设计及工作原理
该控制系统通过单片机驱动不同光色的LED频闪发光, 实现以不同的波长诱引害虫, 并利用高压电网进行灭杀, 获得更好的杀虫效果。选用单片机STC89C52RC为控制芯片, 通过检测光照、湿度等环境参数并输出相应的控制信号, 控制LED和高压发生器的启闭。光敏传感器用以检测光照强度, 只有在光线昏黄时, 方使杀虫灯启动工作, 达到节能目的。湿度检测装置用以检测环境湿度是否过大或为雨雪雾天气, 当存在所述状况时, 自动关闭LED和高压发生器, 起到安全保护作用。高压发生器能产生2 500 V左右的高压, 传至高压电网实现对害虫的灭杀;经过大量实验实践证明, 白、黄、绿、蓝这四色LED灯对于害虫的诱杀效果最好[3], 故LED光源由白、黄、绿、蓝这四色LED构成, 且白色LED可兼作照明光源;按键设置有9个, 分别是光色选择键、闪烁频率增加键、闪烁频率减少键和6个专杀键, 以针对不同的害虫选择对应的光色和闪烁频率。
2 控制系统的硬件设计
本设计LED杀虫灯控制系统的整体电路是由单片机最小系统、电源电路、按键电路、LED光源及驱动电路、光控雨控电路、高压发生器及驱动电路等组成。单片机最小系统和电源电路的设计本文不作介绍。
2.1 按键电路
按键电路如图2所示。
本控制系统设置有9个键, 键盘选用矩阵式结构。其中0号键为光色选择键, 变色顺序为白、黄、蓝、绿, 每按一次变换为下一种颜色;1、2号键为闪烁频率调节键, 1号键为闪烁频率增加键, 2号键为闪烁频率减少键;3~8号键为害虫专杀键, 如3号键可设置为白粉虱专杀键, 白粉虱成虫对黄色有强烈趋性[4], 故只要按下3号键, 杀虫灯即发出黄光, 并在1 Hz~240 Hz左右的频率范围内定时循环闪烁, 其它光色的LED关闭, 达到专门灭杀白粉虱的目的。
2.2 LED光源及驱动电路
LED光源及驱动电路如图3所示。
白、黄、蓝、绿四种光色的LED灯珠各用四个串接在一起, 为了增大受光范围, 每种光色的LED可采用多组并联。三极管T1、T2、T3、T4为驱动管, R1、R2、R3、R4为四只驱动管的基极限流电阻, R5~R8为集电极限流电阻。不同光色的LED其工作电压不同, 所以R5~R8的阻值不相等。
STC89C52RC单片机通过P1.0、P1.1、P1.2、P1.3来控制LED灯的亮灭。如当P1.0=0时, 驱动管T1截止, 白光LED不发光;当P1.0=1时, 驱动管T1导通, 白光LED发光。P1.1、P1.2、P1.3的控制原理与P1.0相同。
2.3 光控和雨控电路
智能LED杀虫灯具有光控和雨控功能, 起到节能和安全保护作用, 电路如图4所示, 主要由光敏电阻RG、检测电极A、B和三极管T5组成。用光敏电阻RG来检测光照强度, 在白天因光照较好, RG阻值较小, 三极管T5饱和导通, 其集电极输出饱和电压并送至单片机P2.6。当单片机检测到P2.6为低电平时, 使P1.0、P1.1、P1.2、P1.3全为低电平, LED光源关闭。黄昏时分, 光照变低, RG阻值增大, 使T5最终进入截止状态, P2.6得到高电平电压, 单片机输出控制信号打开LED光源, 杀虫灯进入工作状态。在雨、雾天气或空气湿度较大时, 水滴积聚致A、B两个检测电极导通时, 三极管T5饱和导通, 单片机输出控制信号关闭LED光源。
2.4 高压发生器及控制电路
高压发生器电路如图5所示, 此为8倍压整流电路, 输入电压为220 V交流电, 高压输出电极CD间电压高达2 500 V。
高压发生器控制电路如图6所示, 为三极管T6驱动的继电器电路。
P1.4脚为高电平时, 三极管T6饱和导通, 继电器J得电, 接通高压发生器的供电电源, 高压发生器开始工作。P1.4脚为低电平时, T6截止, J失电, 使高压发生器停止工作。二极管D为续流二极管, 以泄放继电器J在失电时产生的感应电势。
3 智能LED杀虫灯的软件设计
本设计用STC89C52RC单片机作为控制芯片, 以光敏电阻和湿度检测装置作为传感器, 利用LED光源、高压电网来实现诱杀害虫。软件设计要实现对光色的转换及频闪控制, 能在光照强度和湿度满足预置条件时, 实现对LED光源和高压发生器的可靠控制。为了便于及时发现LED灯珠的损坏情况, 设置有LED光源在开机后全亮3 s的过程。主程序及各子程序均采用C语言编写。智能LED杀虫灯软件流程如图7所示。
4 仿真调试与模拟
仿真调试的内容是要把程序修改正确, 使编译能够通过[5]。本设计的程序仿真调试是在仿真软件Keil C51中进行的, 经过对程序的反复修改, 最终顺利通过编译, 并利用51单片机实验板进行了仿真, 达到了预期的效果。如图8所示, 利用51单片机实验板对LED光源进行了模拟控制, 各光色转换与闪烁控制良好, 实现了设计目标。
5结论
本文设计的智能LED杀虫灯控制系统可控制发出四种单色光及其组合光色, 其引诱害虫的针对性更强, 提高了杀虫效率。与普通杀虫灯相比, 更加智能、节能, 也为杀虫灯的研发提供了一种新思路。
本文设计的控制系统具有光色频闪功能, 符合昆虫复眼结构对光的感知特性, 对害虫的引诱性更强。
本设计中的LED光源由单色的LED灯珠构成, 光源体体积较大。可选用全色的LED灯珠, 通过软件控制发出不同颜色的光, 从而使光源体变得更加紧凑, 对光色的可控性也更加灵活。
参考文献
[1]胡志成, 赵进春, 郝红梅.杀虫灯在我国害虫防治中的应用进展[J].中国植保导刊, 2008 (8) :11-13.
[2]程雪, 高志奎, 王梅, 等.LED杀虫灯对温室害虫的诱杀作用[J].安徽农业科学, 2009, 37 (20) :9526, 9537.
[3]张晓冬, 杨坤, 杨小军, 等.改进型LED杀虫灯的设计[J].郑州轻工业学院学报:自然科学版, 2012, 27 (1) :94-96.
[4]董伟, 张丽平.蔬菜病虫害诊断与防治彩色图谱[M].北京:中国农业科学技术出版社, 2012.
太阳能LED路灯控制系统的设计 篇11
关 键 词：太阳能；LED；最大功率跟踪
中图分类号：TP29 文献标志码：A
一、引言
当前，由于全球性能源危机，世界主要发达国家都开始重视可再生能源的利用研究。在所有可再生能源利用中，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无污染的洁净能源，已被公认为未来解决能源危机的最有效能源[1]；LED灯具有寿命长、高效节能、环保等优势。因此，把太阳能与LED路灯有机地结合起来，开发出一套太阳能LED路灯控制系统非常重要[2]。
目前，在所有的太阳能利用中，光伏发电无疑是其中一项重要的解决方案。但是，太阳能电池具有非常明显的非线性特性，造成太阳能电池与负载之间的不匹配， 从而降低了太阳能电池的输出效率；同时光伏发电成本居高不下，制约了光伏产业的发展。因此为了充分利用太阳能，降低发电成本，提高发电效率的需要，急需研制一种能实时跟踪太阳能最大功率点（MPPT）[3]的控制系统。
为此，设计了的基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统，系统采用变步长的导电增量法跟踪太阳能电池板的最大功率点，充分利用太阳能电池板的能量，对铅酸蓄电池充电，同时实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等现象；对LED路灯采用多段式的恒流控制，通过环境照度的监测控制LED路灯在不同电流强度下工作，以增强LED路灯的使用寿命，实现节约用电的目的。
二、系统原理
基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统原理图如图1所示。系统主要由太阳能光伏板、太阳能电流电压采集、Buck充电电路、铅酸蓄电池、Boost放电电路、蓄电池电压采集、放电电路电流采集、LED路灯及STC12单片机等部分组成。通过采集太阳能光伏板的电压来判定充电和分段式恒流负载输出。当检测到太阳能板电压高于蓄电池电压一定值时开始MPPT充电模式，这时STC单片机通过采样到的太阳能板电压和电流值通过变步长的电导增量法计算最大功率点，通过PWM信号的占空比调节太阳能板充电电压大小达到最佳充电功率点，充电同时实时监测蓄电池电压防止过充电；当检测到太阳能板电压低于一定值时，停止充电进入分段式恒流负载输出控制模式，此时主要根据不同的太阳能板电压值，通过Boost放电电路控制PWM信号的占空比方式控制负载输出电路输出不同的电流值。
三、系统硬件设计
1.Buck MPPT充电控制主电路
太阳能最大功率点跟踪控制电路主要采用如图2所示的Buck斩波降压电路。其中，Q1、Q2就是通过PWM信号的占空比来调节太阳能板的充电电压大小，Q3、Q4主要起防反充的作用（当蓄电池电压高于太阳能板时要及时关闭），压敏电阻TVS管防雷击和浪涌电压，U1（ACS712）是霍尔电流传感器，通过它来检测太阳能板的输出电流。
2.负载开关控制电路
负载开关控制电路主要有MOS管Q7、Q8和自恢复保险丝F1、F2、F3组成，可以和后级的负载Boost电路构成简单的恒流分段式控制电路控制LED路灯工作在不同的恒流电流值下。
3.STC单片机采样控制电路
STC单片机采样控制电路如图4所示，主要完成对太阳能板的电流电压的采样、蓄电池电压的采样以及负载输出电流的采样等。通过采样的信号完成MPPT控制信号和负载多段式恒流输出控制信号的产生及各个指示灯控制信号的产生。
4.MPPT充电控制电路
MPPT充电控制电路如图5所示，主要把STC单片机产生的MPPT充电控制PWM信号通过高速光耦U4（P521）转换成MOS的控制信号，来实现控制信号之间的隔离，减少电路噪声干扰等作用，同时也有助于增加驱动MOS的能力。
四、系统软件设计
系统软件流程图如图6所示。此次设计采用的STC12单片机有2路8位PWM发生器和8路10位AD转换器，可直接实现PWM输出和AD转换。系统实时采集太阳能板电压和蓄电池的电压，当检测到的太阳能板电压大于蓄电池电压加上0.4V时，系统进入充电模式，通过判断当蓄电池电压低于14.5V时进入最大功率点充电子程序，否则关闭充电；而当检测到太阳能板电压低于6V时，系统进入放电模式，通过判断当蓄电池电压低于10.5V时停止放电，否则进入分段式放电子程序。
最大功率点充电子程序流程图如图7所示。相比于光照的突变，光伏太阳能板表面温度的变化是非常的缓慢的，因此，在研究最大功率点跟踪时，可以近似的认为光伏板表面的温度是不变的。当dU=0时，光照的变化必然引起功率P的变化；当dU<0时，若dI<=0，则光照降低；当dU>0时，若dI>=0，则光照增强。对于其他情况，可以设定一个阈值δ，当|dI|>δ时，认为光照发生了较大变化。
基于以上原理设计了一种变步长的电导增量法，未检测到光照发生变化时，若dU≠0，系统没有工作在最大功率点。在最大功率点的左侧（dP/dU>0）时，应该提高工作点的电压，即减小占空比（增大Duty值dD>0）。该区域远离最大功率点，dP/dU变化速度小，为了加快逼近速度可取，其中M1、N设置为适当的常数，当N>1时，可以放大dP/dU>1时的步长，并缩小dP/dU<1时的步长。在最大功率点的右侧（dP/dU<0）时，应当降低工作点电压，即增加占空比（减小Duty值dD<0）。该区域内dP/dU变化速率较大，取dD=M2*dP/dU。检测到光照发生变化时，出于电流的变化方向和最大功率点电压变化方向一致，因此可以取dD=M3*dI作为步长数据，可以快速追踪由辐照度变化引起的最大功率点电压变化。
五、总结
设计了一套基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统，系统采用变步长的电导增量法跟踪太阳能电池板最大功率点，并可实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等的现象；对LED路灯采用多段式的恒流控制，通过环境照度的监测使LED路灯在不同电流强度下工作，以增强LED路灯的使用寿命，实现节约用电。
参考文献
[1] 高峰，孙成权，刘全根.太阳能开发利用的现状及发展趋势.世界科技研究与发展[J].2001，23（4）：35-39.
[2] 刘永玺.功率型白光LED的荧光粉涂覆工艺及散热技术研究[D].厦门：厦门大学.2008，2-5.
LED智能控制 篇12
文章设计的智能路灯控制系统的路由节点和协调器节点选用TI公司的CC2430 芯片作为光照数据采集处理的硬件平台, 并且具体讨论了采用CC2430 芯片LED路灯照明系统的设计方案。 该方案实现了无线智能化亮度可调的照明技术和系统运行过程中对其实时监控的功能。 文章对基于Zig Bee的智能LED路灯控制系统进行了整体的设计, 分别实现系统的节点硬件和软件的具体功能[1]。
1 系统的方案设计
基于ZigBee协议的智能LED路灯控制系统可以分为三个部分:
( 1) 终端控制:控制中心利用上位机软件对系统进行整体监控, 实时监控路灯运行状态和接收采集到的信息。
( 2) 远端接入: 由GPRS与Zig Bee协调器共同组成, 控制中心通过Internet发出的控制信号由GPRS接收后转为Zig-Bee信号传输至每盏路灯[2]。 路灯网络上传至网关的各种参数信息也由GPRS发送至控制中心。
( 3) 单灯控制:每盏路灯都装有基于Zig-Bee的无线路灯控制器, 它们一方面接收协调器发出的Zig Bee信号并执行相应的操作, 另一方面采集电流、电压、光照度等信息传输至控制中心, 并可以根据需求产生PWM信号至LED驱动来调节路灯的亮度。
系统方案设计框图如图1 所示。
2 系统的硬件设计
2.1 LED驱动电路设计
该系统选用HV9911 芯片来设计变压电路来驱动LED, HV9911 是一款高电压PWM LED驱动控制芯片, 而且不需要额外的电压, 因为它有一个9V-250V DC的输入电压稳压器, 可以由单一输入电压提供工作电源。
图2为利用HV9911芯片设计的LED驱动电路。 J1A和J1B为电压输入引脚, 其输入范围为130V~250V DC。 J2A、J2B为输出引脚, 输出电压范围是20V~100V DC。 可以通过J3C脚输入PWM信号来调节HV9911 输出电流的占空比。 PWM调光原理:利用PWM信号的不同占空比来控制LED的通断时间, 从而改变流过LED路灯的平均电流, 达到调光的效果。 若PWM的脉冲宽度为ton, 脉冲周期为T, 则其占空比D=ton/T, 改变占空比D的大小就可以改变LED的亮度了。
2.2 电压电流采集模块
如图3, 将R1 电阻两端分别接端口±IN, 然后按照要求连接芯片的外围电路, 此时引脚6 的输出值应该是R1 两端的电压。 采用小阻值电阻R1 产生的电压对LED电流进行采样, 将采样的小阻值电阻串联到LED电流回路中, 由于阻值非常小, 它对LED的回路电流造成的影响可忽略不计。
2.3 光照度采集模块
由于光敏电阻的线性比光电三极管要差, 会使得测量的数值不精确, 因此选择光电三极管。 光电三极管随着光照强度的不断变化, 其阻值也会随之发生变化, 从而引起电路电流的变化[3]。 基极的光电流通过ADC通道连接CC2430 芯片的P0.7 端口。 包含光电三极管的光照度采集电路如图4 所示。
2.4 硬件的总体设计
图5 是CC2430 硬件节点电路, 其硬件系统主要包括:CC2430主控芯片、32M系统时钟、供电接口、调试接口和天线。 其中C1 和C4 是晶振的负载电容, C5、C11、C12 为去耦合电容, 对电源进行滤波来提高芯片的稳定性;R4、R5 为偏置电阻, 为32M晶振提供合适的工作电流。 电感L1、L2、L3和电容C10 以及微波传输线组成一个非平衡变压器, 该结构符合输入输出匹配阻抗的要求。 其中, ADC通道P0.7 连接光电三极管用于对环境亮度的采集[4]。
3 智能LED路灯控制系统的软件设计
文章采用Microsoft的Visual Studio2010 开发平台, 并通过C# 语言开发上位机的监控软件。 实验室条件下设计的2 路灯上位机监控软件主界面如图6 所示。
系统工作时首先进行界面的初始化, 将路灯1、2 的显示界面关闭, 然后等待用户去设置串口, 以及按下开启监控按键。 如果用户按下按键后串口不存在, 则弹出错误重新选择串口号。 如果配置正确将会等待Zig Bee协调器发送数据, 收到数据后通过程序区别路灯1 与路灯2, 将会显示在主界面上, 主要有路灯状态、路灯亮度、LED路灯电压、环境亮度等级、时间以及雷达监测状况。
4 结束语
文章除了使用Zig Bee无线传感器网络来实现路灯控制系统的无线通信外, 还要实现灯的智能控制, 采用照度传感器触发和上位机实时控制的方式来控制路灯的开启、 关闭和自动亮度调节。 系统预先设置不同的场景模块, 利用PWM占空比可调来实现不同的照明需求时段自动调入所需的场景。 本系统还使用了LED作为光源, 在提高系统的信息化、智能化的同时, 还大大降低了电能的消耗, 符合国家绿色发展和节能减排的需要。
摘要：文章详细介绍了一种新型的基于Zig Bee的智能LED路灯控制系统, 它通过PWM (Pulse-Width Modulation) 调光技术分时段对路灯进行光照强度的调节, 区别于传统路灯的亮灭两种状态。其中, 系统的路由节点和协调器节点选用TI公司的CC2430芯片作为光照数据采集处理的节点硬件平台。
关键词：ZigBee,LED路灯,PWM,CC2430
参考文献
[1]申利民, 翁桂鹏.基于Zig Bee的智能小区LED路灯控制系统设计[J].中国照明电器, 2011 (2) :26-29.
[2]李旭亮, 邓国强.基于Zig Bee+GPRS智能控制的LED路灯绿色照明低碳经济新技术[J].照明工程学报, 2010, 21 (Z1) :78-81.
[3]鲁进, 郭利进.基于Zig Bee的LED路灯照明系统设计与研究[J].微型机与应用, 2013, 32 (9) :78-80.