基于TX982的節能LED樓梯過道燈控制器設計

趙繼帆

（江蘇大學 京江學院，江蘇 鎮江 212013）

基于TX982的節能LED樓梯過道燈控制器設計

趙繼帆

（江蘇大學 京江學院，江蘇 鎮江 212013）

文中設計并實現的樓梯過道感應控制燈裝置采用TX982作為移動物體信號檢測器，以NE555集成電路延時啟閉照明驅動電源，LED燈組件驅動芯片采用A6210通用驅動IC。系統運行表明，能在約5 m范圍內快速檢測通過人員，并開啟LED燈，延時3分鐘后關閉。

LED；微波感應；延時控；TX982；A6210

傳統的建筑樓宇樓梯過道照明燈具采用白熾燈，功率通常是25～60 W，耗能偏大，隨著近年來LED研發水平的快速提高，目前市場上采用LED的綠色光源產品日益廣泛[1]，本設計采用3 W白光LED燈作為樓道照明，相當于40 W白熾燈，節能效果明顯，且照明光線自然。另外，一般的感應燈的信號探測距離較小，實際操作不方便。本控制器實現的功能及優點是，樓道燈白天關閉，夜間光強度低于一定值時，若有人進入5 m左右有效探測空間，系統可以自動開啟照明，并延時關閉。控制器的主要組成部分有雷達傳感器TX982、NE555定時器、LED驅動電源3部分。系統經過實際制作運行，能夠實現預定功能及節能控制的目標。

1 系統總體框圖

樓道燈總體結構包括控制器和燈具，如圖1所示，其中電源采用無變壓器電容降壓形式，其中電容及并聯電阻取值應在在工作狀態調整，留有一定功率余量。信號檢測單元TX982完成人體及其他移動物體信號的檢測，對此單元要求是感測空間范圍足夠寬、反映靈敏、信號強度足夠、工作可靠、抗外界干擾能力強。NE555模塊完成延時控制，運用器件的單穩態模式，接收一個負脈沖觸發后應能可靠延時規定的時間，而且NE555的工作狀態還應有輔助電路鑒別白天和晚間工況。LED驅動電源應設計有啟動關閉控制功能的恒流驅動電路，LED燈采用光效性能高的白光LED芯片模組通過混聯實現。

圖1 樓道燈控制框圖Fig.1 Control block diagram of staircase aisle lamp

2 雷達傳感器TX982信號探測與變換

TX982是利用微波多普勒效應制造的微波感應控制模塊，通過環狀天線和內部微波三極管組成一個工作頻率為2.4 GHz的微波振蕩器，在其軸芯方向產生一個橢圓形、半徑2～6 m（可調）的空間微波探測場,環狀天線既做發射天線也作接收天線，在該器件在所建立微電場覆蓋的空間內，當人或活動物體進入時，產生反射回波，回波信號經感應控制模塊內部電路信號混頻，分離出微弱的移頻信號，由專用微處理器對信號進行脈頻和脈寬處理，輸出控制信號高電平信號，信號的發射和接收過程可以排除小動物、高頻通訊信號、閃電和電器啟閉時的干擾，因此比熱釋電傳感器或一般微波傳感器電路抗外界干擾能力強，它也具有紅外線傳感器所無法比擬的全方向感測能力[2]。

TX982的主要參數：工作電壓范圍12～15 V，靜態電流5 mA左右，初次加電延遲開啟時間60～90 s，監控距離2～10 m連續可調，探測錯誤率為萬分之一。

TX982產生的高電平信號驅動圖2中三極管S9013的基極，在集電極上產生一個瞬時低電平信號，相當于一個負脈沖，此負脈沖將作為后面555組成延時電路的觸發信號輸入。為簡化電路設計、降低設計成本及較小裝置體積，避免采用笨重的工頻變壓器，12 V直流電源通過220 V市電經簡易RC降壓得到，具體做法是：220 V經680 nF/400 V左右電容（需要實際調整），并聯一個1 MΩ左右的泄放電阻）降壓，再經4×1N4007橋式整流電容濾波，輸出端口接一小阻值限流電阻及12 V穩壓管。

設計調試中實測TX982的輸出電壓約5 V，據此反復測試系統工作的靈敏度范圍，調定R1及R2阻值如圖2所示，在系統工作過程中S9013可靠處于截止或飽和狀態。

圖2 TX982信號及變換電路Fig.2 Signal and transform circuit of TX982

3 NE555延時電路

利用NE555時基電路構成單穩態觸發器，當人進入設定感應電場區域時，在2端接收到一個由TX982檢測并變換的負脈沖信號，觸發內部電壓比較器及RS觸發器轉換，在輸出端3產生一個短暫高電平穩態信號[3]，此信號控制LED驅動電源芯片進入照明開啟工作狀態，系統延時控制電路如圖3所示。

圖3 NE555構成延時電路Fig.3 Delay circuit composed by NE555

圖3電路中，光敏電阻R6與R7、R5構成光控電路實現NE555使能控制，即當白天日光照強度大時，光敏電阻R6阻值較小，處于飽和狀態使VT3處于飽和狀態，NE555的4腳低電平復位,3腳輸出低電平，此時即使有人經過樓道，感應燈不亮，當晚間無日光強度變弱，R6阻值變大，使VT3截止，NE555的4腳復位端置于高電平，復位功能不起作用，LED控制器處于待機狀態，一旦有人進入探測區域，3腳正常發出高電平驅動信號。電路的光控靈敏度可通過改變R7阻值實現連續調整。

NE555電路的高觸發端TH（6腳）和放電端D（7腳）接RC定時電路，低觸發端TL（2腳）外接觸發信號，因此單穩態觸發器的定時時間就是輸出脈沖的寬度Tw。NE555的延時時間具體的計算方法是，Tw=1.1RC=1.1×1.5×106Ω×100×10-6F= 165 s。

4 LED驅動電源

LED是利用半導體PN結在載流子發生復合過程中放出過剩的能量而引起光子發射產生可見光的原理工作的發光器件，與白熾燈、熒光燈等傳統光源相比，利用LED制造的照明光源具有節能環保、壽命長（可達10萬小時）、響應快、發光效率高、不易破損、可靠性高等顯著的優點，節能效果甚至比節能燈還要高1/4[4]。開發時間最長的引腳式LED一般做信號指示燈小功率應用，對于功率照明領域主要采用貼裝式（SMT）LED。

此次設計的白光LED組件單元采用深圳源磊科技專業生產的高亮度3528SMD貼片白光LED，額定電壓3 V，該種產品發光效率高、色度均勻性好。LED外形如圖4所示，連接方式是5串10并混聯，總功率3 W。

圖4 3528貼片LED外形圖Fig.4 Outside drawing of patch LED 3528

LED是直流工作器件，同時本設計中模組單元中有較多LED燈珠，為保證所有發光特性基本一致，減少閃爍，需要設計一個工作穩定的恒流驅動電源。

驅動單元若采用普通分列式元件開關電源電路，電路較復雜，調試工作量也較大，而一般集成開關電源芯片往往與LED照明驅動要求不完全適應，經分析比較，LED組件的驅動電源選擇通用驅動芯片A6210及外圍元件組成，如圖5所示。A6210是用于高亮度恒定電流源驅動的降壓調節器IC，具有過熱關機保護、固定導通時間及波谷電流回授控制等功能，所需外圍元件少，無輸出電容，廣泛用于高亮度LED組件驅動，輸入電壓范圍9～46 V，輸出電流可達3.0 A，待機電流小于100 μA，其引腳主要功能見表1。本設計中TON直接接高電平，不進行開關時間編程。DIS端為亮度調節，本設計用作二態控制，即低電平使A6210進入待機狀態，LED組件不工作，高電平時全電流驅動LED組件工作[5]。

5 改進系統電源的設想

前述設計電路經過調整測試，在白天和夜間設定各個時段反復驗證，電路能夠實現預定的設計功能要求。但在實際運行中也發現有一定的不足。故又對系統進行了局部改進，主要是由于電源部分采用電容降壓形式，存在一定額外損耗，工作電壓的穩定性較差，隨著電網電壓有較大波動，LED工作時有一定的閃爍，且它不是隔離電源，安全性不好。也考慮到對本設計電路進行拓展性應用研究有一定應用價值，比如可以將電路延伸應用到街道路燈控制，此時應當考慮采用低功耗電源。即采用高功率因素開關電源芯片作為系統工作電源，可以較好克服上述電容電源的缺點。

圖5 組件驅動電源Fig.5 Driving power supply for LED moudle

表1 A6210引腳功能Tab.1 Pin function of A6210

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和功率管構成。考慮為本照明系統供電的開關電源功率不大，設想采用常用的單片式開關電源TOP224Y芯片方案。

TOP224Y型只有3個引出端，其內部主要包括十大部分控制電壓源、帶隙基準電壓源、振蕩器、并聯調整器、誤差放大器、脈寬調制器、門驅動級和輸出功率管、過流保護電路、過熱保護等，它能以最簡單方式構成無工頻變壓器的反激式開關電源，TOP224Y開關頻率的典型值為100 kHz,允許范圍是90～110 kHz,占空比調節范圍1.7%～67%[6]。

如圖6所示為12 V TOP224Y單片開關電源工作框圖。利用此電源電路替代原設計的簡單阻容降壓電路將進一步降低系統功耗，達到節能目的，尤其將系統拓展應用到街燈等功率更大的應用場合，接電效果無疑更加顯著。

圖6 TOP224Y開關電源工作框圖Fig.6 Block diagram of TOP224Y power supply

6 結論

該設計的LED[7]感應樓道燈采用微波雷達傳感器TX982可以對人體移動信號進行大范圍采集，并具有較好抗外界環境干擾能力，利用NE555 IC進行延時控制，LED驅動芯片選用A6210高亮度通用驅動IC電路。整體電路所用元件較少，成本較低，動作靈敏，實際運行測試功耗為3.45 W，測試范圍為空間4.75 m有效探測范圍，延時時間約2分37秒。

[1]毛興武.LED照明驅動電源與燈具設計[M].北京：人民郵電出版社，2011

[2]張曉東.微波探測器TX982及其應用[J].電子世界，2004(9)：47-49. ZHANG Xiao-dong.Microwave detector TX982 and its applcation[J].Electronics World，2004(9)：47-49.

[3]成立.數字電子技術[M].北京：機械工業出版社，2006.

[4]路秋生.LED照明與驅動[J].燈與照明，2012（3）：33-37. LU Qiu-sheng.LED lighting&its driving[J].Light&Lighting，2012（3）:33-37.

[5]張慶雙.LED驅動及其應用電路[M].北京：機械工業出版社，2013

[6]張發生.由新型TOP224Y構成12V/40W 開關電源[J].湖南工程學院學報，2004(1)：16-19. ZHANG Fa-sheng.12V/30W switching power supply using with TOP224Y[J].Journal of Hunan Institute of Engineering，2004(1):16-19.

[7]許峰川,朱虹,許宜申,等.基于LED的校園照明節能控制系統[J].現代電子技術,2014(5):156-159,162. XU Feng-chuan,ZHU Hong,XU Yi-shen,et al.Campus lighting energy saving control system based on the LED[J]. Modern Electronics Technique,2014(5):156-159,162.

Design of energy saving controller of staircase aisle LED lamp based on TX982

ZHAO Ji-fan
（Jingjiang college of Jiangsu University，ZhenJiang 212013，China）

In this paper,a induction controller of staircase aisle lamp is designed and implemented，which uses TX982 as signal detector of moving object.The device takes NE555 Ic as delay unit of opening and closing lighting drive power and it uses general driveic A6210 for driver chip of led lamps module.The operation results of the system indicate that the system can detect moving personnel in 5 meters，and immediately open the LED lamp which deldyed 3 minutes approximately.

LED；microwave induction；delaying control；TX982；A6210

TN709

A

1674－6236（2015）07-0012-03

2014-07-18 稿件編號：201407143

江蘇大學大學生創新科研立項（20120504023）

趙繼帆(1994—)，男，江蘇鎮江人。研究方向：汽車電子技術及應用。