楼道中的智能化照明系统设计

随着能源问题的日益严重，通过各种科技手段进行节能已变的十分重要。照明设施作为最广泛的耗能设施，如果能够进行更为合理的节能，那么其所带来的环境保护效益和经济效益是显著的。
    文中采用热释红外传感器及相关电路控制实现“人来灯亮，人走灯灭，不走不灭”的设想。通过3 W或5 W大功率LED技术和大功率射灯进行有机的结合，从而组合出新的照明模式。采用电力线载波技术，主机自动检测每个灯的工作情况，如有损坏自动通知主机进行维修，从而减少维护工作量。采用400 V直流总线集中供电方式，减少每个灯的整流滤波环节，从而降低成本，节省能量。

1 系统总体框图
    本系统采用模块化设计，由主机系统和分机系统组成。主机系统，即终端监视控制系统，主要由显示部分、控制部分、通信部分、电源部分构成。分机系统，即各个照明单元，主要由灯具自检部分，人体检测部分，亮度控制部分，电源部分及灯组件构成。整体框图如图1和图2所示。

2 主机部分设计
2．1 主机整体电路及工作原理
    采用直流400 V母线的供电方式，即输入的220 V交流电压先进入APFC方式整流滤波电路输出直流电，再通过直流母线连到各个照明单元中的DC／DC电子降压器，最后输出满足驱动大功率射灯及LED灯组需要的直流电压。这种方法的优点是利用一台高效率的APFC电路对交流220 V电压进行整流后获得约400 V直流电压，因此，在N个照明单元组成的照明系统中只存在1个APFC电路工作频率，减少了电磁干扰。由于母线上传输的是直流电流，因此线路上只存在电阻损耗，克服了线路电感上的压降，可长距离传送电能。通过电力线载波模块作为通信模块完成主机对整个系统各照明单元的启动、停止、亮度调节，自动开关等控制。本设计采用LM1893构建的模块，LM1893可以在半双工方式通信，主机和分机均采用I2C的方式进行数据的收发。
    控制部分单片机C51及相关外围电路构成。16字×2行的HD44780LCD作为显示器与51相连，实时显示系统状态。当某照明单元出现故障时，通过蜂鸣器发出警报，提示工作人员。DS1302及相关外围电路构成外部定时电路，优点是DS1302有两个供电方式，当使用环境中有电时，通过系统电源获得电能。设施停电时，则通过1 000μF的低压大电容供电，且该芯片功耗低，足以满足该芯片正常工作约72 h，这样就保证了系统不用在每次停电来电后都要重置时间。主机整体电路如图3所示。

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2．2 APFC整流滤波器
    利用L6561芯片设计的高频主电源如图4所示。L6561是ST公司生产的有源功率因数校正专用芯片，能方便的构成宽电压输入(AC 85～265 V)，低谐波含量的PFC电源，能直接驱动IGBT管，且集成了各种保护功能。由于集成度很高，减少了构成系统所需的元器件，降低了损耗，提高了效率。

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3 分机(照明单元)部分的设计
3．1 分机主体部分的设计
    分机部分采用以MK7A23P／14P系列单片机为控制核心，该单片机具有较强的抗干扰能力，内含RC振荡器、看门狗及复位电路，与MCS51系列单片机相比，省去了很多外围元件，并且内有1 kB OTP方式的ROM，非常适合于各种控制器。
    该部分通过电力线载波与主机进行通信，从主机获得调亮控制指令控制灯具的亮度或上传灯具自检结果及灯具工作状态等信息。通过热释红外人体检测部分实时的检测人体活动，进而控制经过电子变压器降压后的灯组工作状态。通过SB15型电流检测器将灯具的工作状态传送到MK7A23P／14P，当灯具工作时，即有电流，反之则无。分机主体电路如图5所示。
3．2 热释红外人体检测控制部分的设计
    人体检测模块由热释红外检测元件RE200B、红外热释电处理芯片BISS0001以及相关外围器件构成。RE200B是接收人体发出红外线的核心元件，是整个电路的信号接收部分。
    人体检测模块整体设计如图6所示。Q5为光敏三极管，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，三极管会导通，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。

    SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式。当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。输出信号Vo进入单片机MK7A23P／14P中进行控制。当检测有人时Vo输出高点平，此时MK7A23P／14P的13口将输出高电平，9口输出低电平，则Q1导通，Q4关闭。此时，大功率LED关闭，灯组中的射灯将开始工作，同时电流检测器将检测的信息送入MK7A23P／14P中，当检测无电流时说明射灯出现故障通过电力线载波反馈到系统主机。无人时，反之，灯组中大功率LED组打开，射灯将关闭。通过调节13口、9口的输出脉宽可以改变射灯或大功率LED灯组的亮度，通过11口、10口测得分压值可以测定灯组中IED是否工作并将此信息反馈到主机。

4 结束语
    照明耗电在各国总发电量中占有很大的比例，对一些照明时间较长、照明场所较多的机构，其照明耗电约占本单位所有耗电的40％。因此，有必要在保证照明质量的前提下，实施照明节能措施。文中设计了一种照明节能控制装置，通过理论和实验证明这种设计方案是可行的并基本达到了预期的设计目的，可以有效地对照明灯具进行节能控制。