樓道中的智能化照明系統(tǒng)設計

隨著能源問題的日益嚴重，通過各種科技手段進行節(jié)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(jié)能，那么其所帶來的環(huán)境保護效益和經濟效益是顯著的。
    文中采用熱釋紅外傳感器及相關電路控制實現(xiàn)“人來燈亮，人走燈滅，不走不滅”的設想。通過3 W或5 W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(huán)節(jié)，從而降低成本，節(jié)省能量。

1 系統(tǒng)總體框圖
    本系統(tǒng)采用模塊化設計，由主機系統(tǒng)和分機系統(tǒng)組成。主機系統(tǒng)，即終端監(jiān)視控制系統(tǒng)，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(tǒng)，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(yōu)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(tǒng)中只存在1個APFC電路工作頻率，減少了電磁干擾。由于母線上傳輸?shù)氖侵绷麟娏?，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(tǒng)各照明單元的啟動、停止、亮度調節(jié)，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(shù)據(jù)的收發(fā)。
    控制部分單片機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(tǒng)狀態(tài)。當某照明單元出現(xiàn)故障時，通過蜂鳴器發(fā)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(yōu)點是DS1302有兩個供電方式，當使用環(huán)境中有電時，通過系統(tǒng)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(tǒng)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。

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(shù)校正專用芯片，能方便的構成寬電壓輸入(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。由于集成度很高，減少了構成系統(tǒng)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MK7A23P／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。
    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(tài)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(tài)。通過SB15型電流檢測器將燈具的工作狀態(tài)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。RE200B是接收人體發(fā)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(huán)境照度。當作為照明控制時，若環(huán)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(fā)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(fā)工作方式。當SW1與2端連通時，芯片則處于不可重復觸發(fā)工作方式。輸出信號Vo進入單片機MK7A23P／14P中進行控制。當檢測有人時Vo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(xiàn)故障通過電力線載波反饋到系統(tǒng)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(jié)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IED是否工作并將此信息反饋到主機。

4 結束語
    照明耗電在各國總發(fā)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(jié)能措施。文中設計了一種照明節(jié)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(jié)能控制。