基于LED的校園照明節(jié)能控制系統(tǒng)

許峰川　朱虹　許宜申　陶智　顧濟(jì)華

摘 要： 設(shè)計(jì)了一套適用于高校校園的LED照明節(jié)能控制系統(tǒng)，包括LED恒流驅(qū)動電源、光照度檢測模塊、紅外熱釋電傳感模塊、計(jì)數(shù)模塊和GPRS無線通信模塊等。配套了18 W T8型LED燈管和50 W面板型兩種LED燈具，分別用于替換教室熒光燈和校園道路路燈。驅(qū)動電源通用性好，支持12 V和24 V兩種直流輸入電壓，最大輸出功率可達(dá)150 W，且輸出電壓自適應(yīng)，使其能夠兼容多種串并方式的LED燈具。該系統(tǒng)同樣適用于博物館、大型酒店、地下停車場等照明需求量大的應(yīng)用場合。

關(guān)鍵詞： LED照明； 節(jié)能控制系統(tǒng)； GPRS無線通信； RT8482芯片

中圖分類號： TN710?34； TM910.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0156?04

0 引 言

相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，校園照明用電占學(xué)校總用電量的比重較大，且照明效果直接影響到學(xué)生及教職工的日常生活。目前，雖然各大學(xué)校園的照明系統(tǒng)基本上都滿足照明需求，但大多存在不同程度的能源浪費(fèi)問題。因此，在如今提倡節(jié)能環(huán)保的氛圍下，對校園照明實(shí)施節(jié)能改造，采用智能新型照明控制系統(tǒng)將能源浪費(fèi)控制到最低，是對學(xué)校發(fā)展提出的迫切要求。

針對目前高校教室照明燈具大多采用手動開關(guān)控制，經(jīng)常出現(xiàn)的教室無人但燈具常亮現(xiàn)象，以及大多使用的熒光燈所造成的弊端：亮度單一不可調(diào)節(jié)，一定程度上造成了黑板和投影儀幕布反光，影響教學(xué)效果；熒光燈具會產(chǎn)生很強(qiáng)的直接眩光，容易引起用眼疲勞等問題，設(shè)計(jì)了一套適用于高校校園的LED照明節(jié)能控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要從以下五個(gè)方面考慮并采取合理的節(jié)能減排措施[1]：

（1） 高效電光源是照明節(jié)能的重要基礎(chǔ)。目前，LED應(yīng)用主要集中在信號指示、汽車燈具、景觀照明和特殊照明等領(lǐng)域。隨著對半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入、LED制造工藝的不斷進(jìn)步、新材料的開發(fā)應(yīng)用，制約LED發(fā)展的光效偏低和光通量成本偏高兩大瓶頸問題得以解決，LED燈將憑借其節(jié)能、環(huán)保、安全、壽命長、色溫彈性大、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)及易于制作成點(diǎn)、線、面各種形式光源體的優(yōu)勢，大規(guī)模地應(yīng)用于各種照明及其他領(lǐng)域。

（2） 選擇合理的照度和照明方式。照度太低，起不到照明的作用；照度太高，既浪費(fèi)電力資源，又造成光污染。在照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，結(jié)合各個(gè)場所的具體視覺要求，確定照度標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)照度設(shè)計(jì)留有一定裕量以補(bǔ)償光源老化以及照明燈具積累灰塵后的光通量衰減。在滿足照度標(biāo)準(zhǔn)的前提下，恰當(dāng)?shù)剡x用一般照明、局部照明及混合照明等照明方式來節(jié)約電力。

（3） 優(yōu)化布設(shè)照明供電線路。照明線路的損耗約占輸入電能的4%左右，供電距離相等、導(dǎo)線截面積相同的情況下，三相四線制線路供電與單相二線供電方式相比可減少線路損失85%，比兩相三線供電方式的線路損耗也小得多，因此照明系統(tǒng)應(yīng)盡可能地采用三相四線制供電。同時(shí)，盡量采用銅質(zhì)導(dǎo)線，以降低損耗；盡量避免銅、鋁導(dǎo)線直接連接，以免連接處形成較大的接觸電阻而浪費(fèi)電能。

（4） 合理布設(shè)控制開關(guān)并充分利用自然光。設(shè)計(jì)照明線路時(shí)應(yīng)盡量細(xì)化，合理布設(shè)照明燈具的控制開關(guān)：一個(gè)開關(guān)控制的燈具數(shù)不宜太多，且開關(guān)位置安排要恰當(dāng)，以便于隨手開關(guān)燈。根據(jù)具體的應(yīng)用需要，控制開關(guān)可以是一般通斷開關(guān)、變電阻式調(diào)光開關(guān)，也可以是時(shí)控、光控或聲控開關(guān)等。同時(shí)，在教室照明設(shè)計(jì)中最大限度地利用自然光。

（5） 采用智能照明控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)智能化控制既可以提高照明系統(tǒng)的控制和管理水平，減少照明系統(tǒng)的維護(hù)成本，同時(shí)節(jié)約電量以減少照明系統(tǒng)的運(yùn)營成本。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以蘇州大學(xué)本部校區(qū)的教學(xué)樓（主要包括博遠(yuǎn)樓、怡遠(yuǎn)樓、鴻遠(yuǎn)樓、逸夫樓、衛(wèi)校樓等）和主干校園道路（文星東路、文星西路、東吳路、晴嵐路、清蔭路、鐘樓路、鐘樓西路、鐘樓東路等）照明系統(tǒng)的改造為例。

該校區(qū)主要教室照明燈具統(tǒng)計(jì)情況，見表1。

階梯教室采用柵格燈具，單個(gè)燈具含2支T8熒光燈管，普通教室和活動室則采用單管T8熒光燈。此外，主干道路寬度約為5 m，現(xiàn)有燈具為單側(cè)安裝，燈桿高度4.2 m，間隔18 m。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，以上路段共有80 W緊湊型熒光燈142盞。

2.1 教學(xué)樓照明系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

以蘇州大學(xué)本部普通教室為例，教室面積（長×寬）為8 m×7.5 m，地面與燈具之間的距離約為3.2 m。現(xiàn)以12盞18 W LED燈管代替原有12盞40 W單管T8熒光燈。根據(jù)平均照度的估算公式，改造前的平均照度為604 lx，改造后的平均照度為735 lx。在用電量減少約50%的情況下，照度提高了約20%。

教室照明控制系統(tǒng)以微處理器為核心，在手動調(diào)節(jié)LED燈具亮度的基礎(chǔ)功能上，結(jié)合紅外熱釋電模塊、光照度檢測模塊、計(jì)數(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)根據(jù)輸入的紅外信號、光照信號和人數(shù)信號綜合控制教室中日光燈的亮暗，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。同時(shí)，微處理器通過GPRS模塊與監(jiān)控室交換數(shù)據(jù)，接收指令并上傳相關(guān)參數(shù)。教室照明控制系統(tǒng)的原理框圖，如圖1所示。

手動調(diào)光單元，可根據(jù)照明亮度的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)10%～100%范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)光。紅外熱釋電傳感器安裝于教室吊頂中央?yún)^(qū)域，計(jì)數(shù)模塊安裝于門的內(nèi)外墻壁，為控制系統(tǒng)判斷教室是否有人提供信號。光照度檢測模塊對于充分利用自然光至關(guān)重要，入射到教室的自然光較強(qiáng)時(shí)通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)可適當(dāng)降低照明亮度或者關(guān)斷燈具電源，自然光較弱的陰雨天或傍晚，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)增加照明亮度。

2.2 校園主干道路照明改造設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用50 W面板型LED燈具替換校區(qū)主干道路上的原用80 W緊湊型節(jié)能光源，同時(shí)引入時(shí)控、光控和GPRS無線通信控制相結(jié)合的控制方式。時(shí)控方式簡單易實(shí)現(xiàn)，通過微處理器定時(shí)控制路燈開關(guān)，但開啟和熄滅時(shí)間相對固定，對校園節(jié)能不利并且不能根據(jù)季節(jié)自動調(diào)整；光控方式控制準(zhǔn)確性較差，在天氣條件不好的情況下容易誤動作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用時(shí)控、光控和GPRS無線通信控制相結(jié)合的方式，利用光控法根據(jù)環(huán)境明暗情況自動調(diào)節(jié)路燈亮度，通過時(shí)控法實(shí)現(xiàn)深夜的隔盞換相照明方式，同時(shí)GPRS無線通信控制便于工作人員在監(jiān)控室臨時(shí)調(diào)整，既充分節(jié)約電能，又增加了系統(tǒng)的靈活性[2]。

2.3 各節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)控制方案

當(dāng)系統(tǒng)需要遠(yuǎn)程控制或集中控制時(shí)，可利用RS 485、CAN、LIN、DALI、EIB等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)控制信號的遠(yuǎn)距離和無線傳輸。

GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，具有“永久在線”、“快速登錄”、“按量計(jì)費(fèi)”、“自如切換”、“高速傳送”和“安全可靠”等特點(diǎn)。本系統(tǒng)中，采用GPRS無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)樓中的LED照明節(jié)能控制系統(tǒng)和校園主干道路上LED路燈控制系統(tǒng)的組網(wǎng)控制，并與監(jiān)控室建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，接收監(jiān)控中心的指令，并且將檢測到的數(shù)據(jù)或異常信息上傳至監(jiān)控室。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)控制示意圖，如圖2所示。

3 系統(tǒng)相關(guān)電路設(shè)計(jì)

3.1 LED驅(qū)動電路

在一定程度上，驅(qū)動電路的性能決定著系統(tǒng)的整體性能和壽命。目前，LED驅(qū)動一般采用兩種方式：恒壓驅(qū)動方式或恒流驅(qū)動方式。恒壓驅(qū)動電路相對簡單，以前LED光源大多采用此種驅(qū)動方式，但不利于保持LED光輸出的穩(wěn)定性。對于LED而言，其通過的電壓和電流近似成指數(shù)關(guān)系，而電流和光通量近似成正比關(guān)系[3]。采用恒壓驅(qū)動方式時(shí)，驅(qū)動電壓輕微的擾動都會造成光通量大幅度的改變，LED電壓即使只有幾毫伏的升高，其正向電流會有較大的變化。因而，根據(jù)LED的V?I特性，要求驅(qū)動電路的輸出具有恒流的特性，輸出電壓可自動調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載的變化，同時(shí)驅(qū)動電路需要具有較高的效率，并且具備過壓保護(hù)、過流保護(hù)等措施。基于上述要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款基于RT8482芯片的大功率LED恒流驅(qū)動電路，具體電路如圖3所示。該電路最大輸出功率可達(dá)150 W，且其輸出電壓自適應(yīng)，同時(shí)還具有過壓保護(hù)、過流保護(hù)等功能，可滿足大部分大功率LED應(yīng)用領(lǐng)域需求[4?5]。

圖3中，[U1]為升壓恒流輸出芯片RT8482，電容[C3]用作輸入電源濾波，電阻[R8]與電容[C2]實(shí)現(xiàn)環(huán)路補(bǔ)償，[C4]為軟起動電容，[C5]為偏壓電容，電感[L1]與肖特基二極管[D1]實(shí)現(xiàn)能量存儲及升壓輸出，電容[C6]與[C7]用于輸出電壓的穩(wěn)定濾波，功率電阻[R13～R16]與芯片電流檢測端相結(jié)合實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流測量，電阻[R9]與[R10]采取串聯(lián)分壓方式檢測輸出電壓大小。[U1]中，EN引腳接入5～20 V電壓時(shí)芯片工作使能，ACTL和DCTL端分別連接模擬調(diào)光和PWM數(shù)字調(diào)光信號。

3.3 紅外熱釋電模塊

紅外熱釋電傳感器在控制系統(tǒng)中用于判斷教室人員活動情況：當(dāng)紅外熱釋電模塊探測到教室內(nèi)無人但照明燈具依然工作時(shí)，控制系統(tǒng)開始倒計(jì)時(shí)，在設(shè)置的延遲時(shí)間內(nèi)未探測到有人進(jìn)入教室，則自動切斷教室內(nèi)所有燈具的電源。該系統(tǒng)中，紅外熱釋電模塊采用BISS0001紅外傳感信號處理器，該芯片具有良好的傳感信號集成處理能力，配以少量元器件即可構(gòu)成被動式的紅外熱釋電檢測模塊，加上菲涅爾透鏡后，能夠探測150°的圓錐范圍，直線探測距離為5 m左右。

3.4 計(jì)數(shù)單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用兩套計(jì)數(shù)單元用于實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出教室判別。其中，一套安裝于教室門外墻壁上，另一套安裝在門內(nèi)墻壁上，安裝方向和墻面平行。通過監(jiān)測兩套計(jì)數(shù)傳感電路的依次輸出信號，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)并判斷出入情況。

計(jì)數(shù)單元電路如圖5所示。該模塊采用一個(gè)激光頭和一套光強(qiáng)檢測電路，激光頭發(fā)出的光直射在光強(qiáng)檢測電路的光敏電阻上。當(dāng)有人進(jìn)出教室遮擋激光時(shí)，光敏電阻上的光強(qiáng)變化使其電阻值發(fā)生較大變化，電路的輸出隨之發(fā)生跳變。

3.5 GPRS模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，GPRS模塊設(shè)計(jì)選用Cellon公司的CMS91，它是一種雙頻段GSM/GPRS 10級模塊，具有低功耗、接口接單、AT指令集功能完善等特點(diǎn)。借助于GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的靈活控制與狀態(tài)信息的及時(shí)反饋。

4 節(jié)能經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，蘇州大學(xué)校本部現(xiàn)有各類教學(xué)教室124間，總計(jì)約使用1 830支1 200 mm長T8熒光燈管。下面對使用T8 LED日光燈替換熒光燈后的節(jié)能經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，具體數(shù)據(jù)見表2。

5 結(jié) 語

基于LED的節(jié)能照明控制系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、低碳、環(huán)保等特點(diǎn)，雖然LED照明改造前期投資較大，但從長遠(yuǎn)發(fā)展角度來看，其后期節(jié)電回報(bào)較高，維護(hù)成本大大減少。該套系統(tǒng)同樣適用于博物館、大型酒店、地下停車場等照明需求量大的應(yīng)用場合。

參考文獻(xiàn)

[1] 史光憲，趙旭東.能源與節(jié)能管理基礎(chǔ)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] 陳美謙，劉暾東，周文博，等.基于GPRS的公共照明智能化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力自動化設(shè)備，2010，30（9）：114?117.

[3] 羅靜華.大功率LED智能化照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010（1）：50?52.

[4] 朱佳，許宜申，陳太軍，等.基于RT8482的大功率LED驅(qū)動電路設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（18）：152?154.

[5] 杜松林，程行，王瑾.大功率LED驅(qū)動電路研究設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2011（6）：37?38.

[6] 賀玲，吳建德，鄧焰.基于MCU控制的HB LED智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)，2010，34（5）：509?512.

2.3 各節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)控制方案

當(dāng)系統(tǒng)需要遠(yuǎn)程控制或集中控制時(shí)，可利用RS 485、CAN、LIN、DALI、EIB等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)控制信號的遠(yuǎn)距離和無線傳輸。

GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，具有“永久在線”、“快速登錄”、“按量計(jì)費(fèi)”、“自如切換”、“高速傳送”和“安全可靠”等特點(diǎn)。本系統(tǒng)中，采用GPRS無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)樓中的LED照明節(jié)能控制系統(tǒng)和校園主干道路上LED路燈控制系統(tǒng)的組網(wǎng)控制，并與監(jiān)控室建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，接收監(jiān)控中心的指令，并且將檢測到的數(shù)據(jù)或異常信息上傳至監(jiān)控室。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)控制示意圖，如圖2所示。

3 系統(tǒng)相關(guān)電路設(shè)計(jì)

3.1 LED驅(qū)動電路

在一定程度上，驅(qū)動電路的性能決定著系統(tǒng)的整體性能和壽命。目前，LED驅(qū)動一般采用兩種方式：恒壓驅(qū)動方式或恒流驅(qū)動方式。恒壓驅(qū)動電路相對簡單，以前LED光源大多采用此種驅(qū)動方式，但不利于保持LED光輸出的穩(wěn)定性。對于LED而言，其通過的電壓和電流近似成指數(shù)關(guān)系，而電流和光通量近似成正比關(guān)系[3]。采用恒壓驅(qū)動方式時(shí)，驅(qū)動電壓輕微的擾動都會造成光通量大幅度的改變，LED電壓即使只有幾毫伏的升高，其正向電流會有較大的變化。因而，根據(jù)LED的V?I特性，要求驅(qū)動電路的輸出具有恒流的特性，輸出電壓可自動調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載的變化，同時(shí)驅(qū)動電路需要具有較高的效率，并且具備過壓保護(hù)、過流保護(hù)等措施。基于上述要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款基于RT8482芯片的大功率LED恒流驅(qū)動電路，具體電路如圖3所示。該電路最大輸出功率可達(dá)150 W，且其輸出電壓自適應(yīng)，同時(shí)還具有過壓保護(hù)、過流保護(hù)等功能，可滿足大部分大功率LED應(yīng)用領(lǐng)域需求[4?5]。

圖3中，[U1]為升壓恒流輸出芯片RT8482，電容[C3]用作輸入電源濾波，電阻[R8]與電容[C2]實(shí)現(xiàn)環(huán)路補(bǔ)償，[C4]為軟起動電容，[C5]為偏壓電容，電感[L1]與肖特基二極管[D1]實(shí)現(xiàn)能量存儲及升壓輸出，電容[C6]與[C7]用于輸出電壓的穩(wěn)定濾波，功率電阻[R13～R16]與芯片電流檢測端相結(jié)合實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流測量，電阻[R9]與[R10]采取串聯(lián)分壓方式檢測輸出電壓大小。[U1]中，EN引腳接入5～20 V電壓時(shí)芯片工作使能，ACTL和DCTL端分別連接模擬調(diào)光和PWM數(shù)字調(diào)光信號。

3.3 紅外熱釋電模塊

紅外熱釋電傳感器在控制系統(tǒng)中用于判斷教室人員活動情況：當(dāng)紅外熱釋電模塊探測到教室內(nèi)無人但照明燈具依然工作時(shí)，控制系統(tǒng)開始倒計(jì)時(shí)，在設(shè)置的延遲時(shí)間內(nèi)未探測到有人進(jìn)入教室，則自動切斷教室內(nèi)所有燈具的電源。該系統(tǒng)中，紅外熱釋電模塊采用BISS0001紅外傳感信號處理器，該芯片具有良好的傳感信號集成處理能力，配以少量元器件即可構(gòu)成被動式的紅外熱釋電檢測模塊，加上菲涅爾透鏡后，能夠探測150°的圓錐范圍，直線探測距離為5 m左右。

3.4 計(jì)數(shù)單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用兩套計(jì)數(shù)單元用于實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出教室判別。其中，一套安裝于教室門外墻壁上，另一套安裝在門內(nèi)墻壁上，安裝方向和墻面平行。通過監(jiān)測兩套計(jì)數(shù)傳感電路的依次輸出信號，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)并判斷出入情況。

計(jì)數(shù)單元電路如圖5所示。該模塊采用一個(gè)激光頭和一套光強(qiáng)檢測電路，激光頭發(fā)出的光直射在光強(qiáng)檢測電路的光敏電阻上。當(dāng)有人進(jìn)出教室遮擋激光時(shí)，光敏電阻上的光強(qiáng)變化使其電阻值發(fā)生較大變化，電路的輸出隨之發(fā)生跳變。

3.5 GPRS模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，GPRS模塊設(shè)計(jì)選用Cellon公司的CMS91，它是一種雙頻段GSM/GPRS 10級模塊，具有低功耗、接口接單、AT指令集功能完善等特點(diǎn)。借助于GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的靈活控制與狀態(tài)信息的及時(shí)反饋。

4 節(jié)能經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，蘇州大學(xué)校本部現(xiàn)有各類教學(xué)教室124間，總計(jì)約使用1 830支1 200 mm長T8熒光燈管。下面對使用T8 LED日光燈替換熒光燈后的節(jié)能經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，具體數(shù)據(jù)見表2。

5 結(jié) 語

基于LED的節(jié)能照明控制系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、低碳、環(huán)保等特點(diǎn)，雖然LED照明改造前期投資較大，但從長遠(yuǎn)發(fā)展角度來看，其后期節(jié)電回報(bào)較高，維護(hù)成本大大減少。該套系統(tǒng)同樣適用于博物館、大型酒店、地下停車場等照明需求量大的應(yīng)用場合。

參考文獻(xiàn)

[1] 史光憲，趙旭東.能源與節(jié)能管理基礎(chǔ)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

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[3] 羅靜華.大功率LED智能化照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010（1）：50?52.

[4] 朱佳，許宜申，陳太軍，等.基于RT8482的大功率LED驅(qū)動電路設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（18）：152?154.

[5] 杜松林，程行，王瑾.大功率LED驅(qū)動電路研究設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2011（6）：37?38.

[6] 賀玲，吳建德，鄧焰.基于MCU控制的HB LED智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)，2010，34（5）：509?512.

2.3 各節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)控制方案

當(dāng)系統(tǒng)需要遠(yuǎn)程控制或集中控制時(shí)，可利用RS 485、CAN、LIN、DALI、EIB等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)控制信號的遠(yuǎn)距離和無線傳輸。

GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，具有“永久在線”、“快速登錄”、“按量計(jì)費(fèi)”、“自如切換”、“高速傳送”和“安全可靠”等特點(diǎn)。本系統(tǒng)中，采用GPRS無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)樓中的LED照明節(jié)能控制系統(tǒng)和校園主干道路上LED路燈控制系統(tǒng)的組網(wǎng)控制，并與監(jiān)控室建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，接收監(jiān)控中心的指令，并且將檢測到的數(shù)據(jù)或異常信息上傳至監(jiān)控室。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)控制示意圖，如圖2所示。

3 系統(tǒng)相關(guān)電路設(shè)計(jì)

3.1 LED驅(qū)動電路

在一定程度上，驅(qū)動電路的性能決定著系統(tǒng)的整體性能和壽命。目前，LED驅(qū)動一般采用兩種方式：恒壓驅(qū)動方式或恒流驅(qū)動方式。恒壓驅(qū)動電路相對簡單，以前LED光源大多采用此種驅(qū)動方式，但不利于保持LED光輸出的穩(wěn)定性。對于LED而言，其通過的電壓和電流近似成指數(shù)關(guān)系，而電流和光通量近似成正比關(guān)系[3]。采用恒壓驅(qū)動方式時(shí)，驅(qū)動電壓輕微的擾動都會造成光通量大幅度的改變，LED電壓即使只有幾毫伏的升高，其正向電流會有較大的變化。因而，根據(jù)LED的V?I特性，要求驅(qū)動電路的輸出具有恒流的特性，輸出電壓可自動調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載的變化，同時(shí)驅(qū)動電路需要具有較高的效率，并且具備過壓保護(hù)、過流保護(hù)等措施。基于上述要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款基于RT8482芯片的大功率LED恒流驅(qū)動電路，具體電路如圖3所示。該電路最大輸出功率可達(dá)150 W，且其輸出電壓自適應(yīng)，同時(shí)還具有過壓保護(hù)、過流保護(hù)等功能，可滿足大部分大功率LED應(yīng)用領(lǐng)域需求[4?5]。

圖3中，[U1]為升壓恒流輸出芯片RT8482，電容[C3]用作輸入電源濾波，電阻[R8]與電容[C2]實(shí)現(xiàn)環(huán)路補(bǔ)償，[C4]為軟起動電容，[C5]為偏壓電容，電感[L1]與肖特基二極管[D1]實(shí)現(xiàn)能量存儲及升壓輸出，電容[C6]與[C7]用于輸出電壓的穩(wěn)定濾波，功率電阻[R13～R16]與芯片電流檢測端相結(jié)合實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流測量，電阻[R9]與[R10]采取串聯(lián)分壓方式檢測輸出電壓大小。[U1]中，EN引腳接入5～20 V電壓時(shí)芯片工作使能，ACTL和DCTL端分別連接模擬調(diào)光和PWM數(shù)字調(diào)光信號。

3.3 紅外熱釋電模塊

紅外熱釋電傳感器在控制系統(tǒng)中用于判斷教室人員活動情況：當(dāng)紅外熱釋電模塊探測到教室內(nèi)無人但照明燈具依然工作時(shí)，控制系統(tǒng)開始倒計(jì)時(shí)，在設(shè)置的延遲時(shí)間內(nèi)未探測到有人進(jìn)入教室，則自動切斷教室內(nèi)所有燈具的電源。該系統(tǒng)中，紅外熱釋電模塊采用BISS0001紅外傳感信號處理器，該芯片具有良好的傳感信號集成處理能力，配以少量元器件即可構(gòu)成被動式的紅外熱釋電檢測模塊，加上菲涅爾透鏡后，能夠探測150°的圓錐范圍，直線探測距離為5 m左右。

3.4 計(jì)數(shù)單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用兩套計(jì)數(shù)單元用于實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出教室判別。其中，一套安裝于教室門外墻壁上，另一套安裝在門內(nèi)墻壁上，安裝方向和墻面平行。通過監(jiān)測兩套計(jì)數(shù)傳感電路的依次輸出信號，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)并判斷出入情況。

計(jì)數(shù)單元電路如圖5所示。該模塊采用一個(gè)激光頭和一套光強(qiáng)檢測電路，激光頭發(fā)出的光直射在光強(qiáng)檢測電路的光敏電阻上。當(dāng)有人進(jìn)出教室遮擋激光時(shí)，光敏電阻上的光強(qiáng)變化使其電阻值發(fā)生較大變化，電路的輸出隨之發(fā)生跳變。

3.5 GPRS模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，GPRS模塊設(shè)計(jì)選用Cellon公司的CMS91，它是一種雙頻段GSM/GPRS 10級模塊，具有低功耗、接口接單、AT指令集功能完善等特點(diǎn)。借助于GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的靈活控制與狀態(tài)信息的及時(shí)反饋。

4 節(jié)能經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，蘇州大學(xué)校本部現(xiàn)有各類教學(xué)教室124間，總計(jì)約使用1 830支1 200 mm長T8熒光燈管。下面對使用T8 LED日光燈替換熒光燈后的節(jié)能經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，具體數(shù)據(jù)見表2。

5 結(jié) 語

基于LED的節(jié)能照明控制系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、低碳、環(huán)保等特點(diǎn)，雖然LED照明改造前期投資較大，但從長遠(yuǎn)發(fā)展角度來看，其后期節(jié)電回報(bào)較高，維護(hù)成本大大減少。該套系統(tǒng)同樣適用于博物館、大型酒店、地下停車場等照明需求量大的應(yīng)用場合。

參考文獻(xiàn)

[1] 史光憲，趙旭東.能源與節(jié)能管理基礎(chǔ)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

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