基于單片機(jī)的交流LED智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LED光源具有省電，耗電量小，發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈相比，有效的節(jié)約了能耗。被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色照明光源。目前的LED光源是低電壓(VF=2～3．6 V)，大電流(IF=200～1 500 mA)工作的半導(dǎo)體器件，必須提供合適的直流才能正常發(fā)光，由于我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖?20 V的高壓交流電，所以必須使用降壓的技術(shù)獲得較低的電壓，常用的是變壓器或開關(guān)電源降壓，然后將交流變成直流，再變成直流恒流源，才能促使LED光源發(fā)光。因此，直流驅(qū)動(dòng)LED光源的系統(tǒng)方案必然是變壓器+整流(或開關(guān)電源)+恒流源。這2種方案系統(tǒng)都會(huì)有15％～30％的電量損耗，如果用交流直接驅(qū)動(dòng)LED光源發(fā)光，系統(tǒng)效率將很輕松地達(dá)到90％以上。目前，公共建筑的照明燈具大多仍采用手動(dòng)開關(guān)，其故障率高，只適應(yīng)于白熾燈，不適合于LED燈及其它照明設(shè)施的使用，下面我們介紹一套基于傳感器、微控器控制的AC直接驅(qū)動(dòng)LED照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 AC LED光源的工作原理
AC LED光源的工作原理如圖1(a)所示，LED輸入、輸出電壓波形如圖1(b)所示。將一堆LED微小晶粒采用交錯(cuò)的矩陣式排列工藝分為5串，AC LED晶粒串組成類似一個(gè)整流橋，整流橋的兩端分別聯(lián)接交流電源，另兩端聯(lián)接LED晶粒，交流的正半周用實(shí)線箭頭表示電流流動(dòng)方向，有3串LED晶粒發(fā)光；負(fù)半周用虛線箭頭表示電流流動(dòng)方向，又有3串LED品粒發(fā)光；4個(gè)橋臂上的LED輪番發(fā)光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發(fā)光。在50 Hz的交流中會(huì)以每秒50次的頻率交替點(diǎn)亮。整流橋獲得的是脈動(dòng)直流，LED的發(fā)光也是閃動(dòng)的，LED有斷電余輝續(xù)光的特性，余輝可保持幾十微秒，因人眼對(duì)流動(dòng)光點(diǎn)記憶是有惰性的，結(jié)果人對(duì)LED光源的發(fā)光+余輝的工作的解讀是連續(xù)在發(fā)光。橋臂上的LED有一半時(shí)間在工作，有一半時(shí)間在休息，因而發(fā)熱得以減少20％～40％，因此AC LED的使用壽命較DC LED長(zhǎng)。即使中間一串LED故障，通常也是擊穿短路故障，擊穿后電阻很小，仍然不影響橋臂上LED發(fā)光，只是燈的亮度稍微降低些。所以，這種設(shè)計(jì)技術(shù)是合理成熟的。AC LED成熟的產(chǎn)品如首爾半導(dǎo)體的AC110 V的AX3201，工作電流為40 mA；AC220 V的AX3221及AX3231，工作電流為20 mA被廣泛用于照明。相比于DC LED大大降低了能耗。

2 一般AC LED的照明應(yīng)用電路
AC LED的典型應(yīng)用電原理圖如圖2所示，它十分簡(jiǎn)單，在AC LED兩端分別串入正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC，和限流電阻R1、R2、R3，接上110 V或220 V交流即可進(jìn)入照明工作。
LED在大批量生產(chǎn)時(shí)，其阻抗有一定的離散性，AC LED光源生產(chǎn)商在出廠時(shí)對(duì)批量生產(chǎn)的產(chǎn)品按阻抗分檔，客戶在使用時(shí)可按LED光源廠家提供的分檔表查用相應(yīng)阻值的限流電阻。

3 智能AC LED照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)工作原理框圖如圖3所示，由熱紅外傳感器件、強(qiáng)光傳感器件、聲控傳感器件做為感知系統(tǒng)，傳感器信號(hào)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后傳到主控器件(CPU)STC12C5628AD，經(jīng)主控器件處理后將控制信號(hào)加到D／A轉(zhuǎn)換電路，控制信號(hào)經(jīng)放大電路放大后加到由可控硅組成的驅(qū)動(dòng)電路上，由可控硅驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制AC LED燈的開啟和關(guān)斷及明亮程度。

3．1 被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器
該探測(cè)器有3個(gè)關(guān)鍵元件：菲涅爾濾光晶片，它通過(guò)截止波長(zhǎng)8～12μm的濾光晶片，起帶通濾波器的作用，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制；菲涅爾透鏡起聚焦作用，即將熱釋電紅外信號(hào)折射(反射)在熱釋電紅外傳感器上，第二個(gè)作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入警戒區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式存熱釋電紅外傳感器上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)，這樣熱釋電紅外傳感器就能產(chǎn)生變化的電信號(hào)，熱釋電紅外傳感器將透過(guò)濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，完成熱電轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)內(nèi)固化的軟件對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算加工，由控制系統(tǒng)內(nèi)的控制軟件通過(guò)控制邏輯決定是否發(fā)出開燈信號(hào)。