樓道中的智能化照明系統設計

樸星宇，金永鎬

(延邊大學工學院，吉林延吉 133002)

隨著能源問題的日益嚴重，通過各種科技手段進行節能已變的十分重要。照明設施作為最廣泛的耗能設施，如果能夠進行更為合理的節能，那么其所帶來的環境保護效益和經濟效益是顯著的[1]。

文中采用熱釋紅外傳感器及相關電路控制實現“人來燈亮，人走燈滅，不走不滅”的設想。通過 3W或 5W大功率 LED技術和大功率射燈進行有機的結合，從而組合出新的照明模式。采用電力線載波技術，主機自動檢測每個燈的工作情況，如有損壞自動通知主機進行維修，從而減少維護工作量。采用400 V直流總線集中供電方式，減少每個燈的整流濾波環節，從而降低成本，節省能量。

1 系統總體框圖

本系統采用模塊化設計，由主機系統和分機系統組成。主機系統，即終端監視控制系統，主要由顯示部分、控制部分、通信部分、電源部分構成。分機系統，即各個照明單元，主要由燈具自檢部分，人體檢測部分，亮度控制部分，電源部分及燈組件構成。整體框圖如圖 1和圖 2所示。

2 主機部分設計

2.1 主機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照明單元中的 DC/DC電子降壓器，最后輸出滿足驅動大功率射燈及LED燈組需要的直流電壓。這種方法的優點是利用一臺高效率的 APFC電路對交流 220 V電壓進行整流后獲得約 400 V直流電壓，因此，在 N個照明單元組成的照明系統中只存在 1個 APFC電路工作頻率，減少了電磁干擾[2]。由于母線上傳輸的是直流電流，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對整個系統各照明單元的啟動、停止、亮度調節，自動開關等控制。本設計采用 LM1893構建的模塊，LM1893可以在半雙工方式通信，主機和分機均采用 I2C的方式進行數據的收發。

控制部分由單片機 C51及相關外圍電路構成。16字 ×2行的 HD44780LCD作為顯示器與 51相連，實時顯示系統狀態。當某照明單元出現故障時，通過蜂鳴器發出警報，提示工作人員。DS1302及相關外圍電路構成外部定時電路，優點是 DS1302有兩個供電方式，當使用環境中有電時，通過系統電源獲得電能。設施停電時，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，這樣就保證了系統不用在每次停電來電后都要重置時間。主機整體電路如圖 3所示。

圖3 主機整體電路

2.2 APFC整流濾波器

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

3 分機(照明單元)部分的設計

3.1 分機主體部分的設計

分機部分采用以 MK7A 23P/14P系列單片機為控制核心，該單片機具有較強的抗干擾能力，內含 RC振蕩器、看門狗及復位電路，與 MCS51系列單片機相比，省去了很多外圍元件，并且內有 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進行通信，從主機獲得調亮控制指令控制燈具的亮度或上傳燈具自檢結果及燈具工作狀態等信息。通過熱釋紅外人體檢測部分實時的檢測人體活動，進而控制經過電子變壓器降壓后的燈組工作狀態。通過 SB15型電流檢測器將燈具的工作狀態傳送到 MK7A23P/14P，當燈具工作時，即有電流，反之則無。分機主體電路如圖 5所示。

3.2 熱釋紅外人體檢測控制部分的設計

人體檢測模塊由熱釋紅外檢測元件 RE200B、紅外熱釋電處理芯片 BISS0001以及相關外圍器件構成[5]。RE200B是接收人體發出紅外線的核心元件，是整個電路的信號接收部分。

人體檢測模塊整體設計如圖 6所示。Q5為光敏三極管，用來檢測環境照度。當作為照明控制時，若環境較明亮，三極管會導通，使 9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發信號 Vs。

SW1是工作方式選擇開關，當 SW1與 1端連通時，芯片處于可重復觸發工作方式。當 SW1與 2端連通時，芯片則處于不可重復觸發工作方式。輸出信號V0進入單片機 MK7A23P/14P中進行控制。當檢測有人時 V0輸出高點平，此時 MK7A23P/14P的 13口將輸出高電平，9口輸出低電平，則 Q1導通，Q4關閉。此時，大功率LED關閉，燈組中的射燈將開始工作，同時電流檢測器將檢測的信息送入 MK7A23P/14P中，當檢測無電流時說明射燈出現故障通過電力線載波反饋到系統主機。無人時，反之，燈組中大功率 LED組打開，射燈將關閉。通過調節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口測得分壓值可以測定燈組中LED是否工作并將此信息反饋到主機。

圖6 人體檢測模塊設計電路

4 結束語

照明耗電在各國總發電量中占有很大的比例，對一些照明時間較長、照明場所較多的機構，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量的前提下，實施照明節能措施。文中設計了一種照明節能控制裝置，通過理論和實驗證明這種設計方案是可行的并基本達到了預期的設計目的，可以有效地對照明燈具進行節能控制。

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

[2]陳傳虞.淺談電子鎮流器的電磁兼容(EMC)問題[J].中國照明電器，2004，4(2):21-23.

[3]王志鵬，陶生桂，湯春華.基于L6561的電流準連續模式APFC電源設計[J].通信電源技術，2002，4(21):9-13.

[4]包錫光，萬江林.用IGBT晶體管制作 CFL電子鎮流器[J].新器件和產品開發，2000，2(4):23-24.

[5]鄭宏.淺談熱釋電紅外線傳感器 RE200B的應用[J].中國高新技術企業，2008，2(18):119-121.