樸星宇，金永鎬

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林延吉 133002)

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(shè)施作為最廣泛的耗能設(shè)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(jīng)濟效益是顯著的[1]。

文中采用熱釋紅外傳感器及相關(guān)電路控制實現(xiàn)“人來燈亮，人走燈滅，不走不滅”的設(shè)想。通過 3W或 5W大功率 LED技術(shù)和大功率射燈進行有機的結(jié)合，從而組合出新的照明模式。采用電力線載波技術(shù)，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(shè)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(gòu)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(gòu)成。整體框圖如圖 1和圖 2所示。

2 主機部分設(shè)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(qū)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[2]。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(diào)節(jié)，自動開關(guān)等控制。本設(shè)計采用 LM1893構(gòu)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)。

控制部分由單片機 C51及相關(guān)外圍電路構(gòu)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(dāng)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(guān)外圍電路構(gòu)成外部定時電路，優(yōu)點是 DS1302有兩個供電方式，當(dāng)使用環(huán)境中有電時，通過系統(tǒng)電源獲得電能。設(shè)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。

圖3 主機整體電路

2.2 APFC整流濾波器

利用 L6561芯片設(shè)計的高頻主電源如圖 4所示。L6561是 ST公司生產(chǎn)的有源功率因數(shù)校正專用芯片，能方便的構(gòu)成寬電壓輸人(AC 85～265 V)，低諧波含量的 PFC電源，能直接驅(qū)動 IGBT管，且集成了各種保護功能[3-4]。由于集成度很高，減少了構(gòu)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(shè)計

3.1 分機主體部分的設(shè)計

分機部分采用以 MK7A 23P/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(nèi)含 RC振蕩器、看門狗及復(fù)位電路，與 MCS51系列單片機相比，省去了很多外圍元件，并且內(nèi)有 1 kB OTP方式的 ROM，非常適合于各種控制器[5]。

該部分通過電力線載波與主機進行通信，從主機獲得調(diào)亮控制指令控制燈具的亮度或上傳燈具自檢結(jié)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(jīng)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(dāng)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(shè)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(guān)外圍器件構(gòu)成[5]。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(shè)計如圖 6所示。Q5為光敏三極管，用來檢測環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時，若環(huán)境較明亮，三極管會導(dǎo)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(guān)，當(dāng) SW1與 1端連通時，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng) SW1與 2端連通時，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出信號V0進入單片機 MK7A23P/14P中進行控制。當(dāng)檢測有人時 V0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(dǎo)通，Q4關(guān)閉。此時，大功率LED關(guān)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(dāng)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(guān)閉。通過調(diào)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LED是否工作并將此信息反饋到主機。

圖6 人體檢測模塊設(shè)計電路

4 結(jié)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(gòu)，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(zhì)量的前提下，實施照明節(jié)能措施。文中設(shè)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(shè)計方案是可行的并基本達到了預(yù)期的設(shè)計目的，可以有效地對照明燈具進行節(jié)能控制。

[1]胡耀斌，蔣彥，丁曉青.室內(nèi)大面積照明的節(jié)能控制研究[J].電測與儀表，2007，44(11):32-35.

[2]陳傳虞.淺談電子鎮(zhèn)流器的電磁兼容(EMC)問題[J].中國照明電器，2004，4(2):21-23.

[3]王志鵬，陶生桂，湯春華.基于L6561的電流準(zhǔn)連續(xù)模式APFC電源設(shè)計[J].通信電源技術(shù)，2002，4(21):9-13.

[4]包錫光，萬江林.用IGBT晶體管制作 CFL電子鎮(zhèn)流器[J].新器件和產(chǎn)品開發(fā)，2000，2(4):23-24.

[5]鄭宏.淺談熱釋電紅外線傳感器 RE200B的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008，2(18):119-121.