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　顧濟華

摘 要： 設(shè)計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 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0156?04

0 引 言

相關(guān)統(tǒng)計表明，校園照明用電占學(xué)?？傆秒娏康谋戎剌^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，對校園照明實施節(jié)能改造，采用智能新型照明控制系統(tǒng)將能源浪費控制到最低，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)生很強的直接眩光，容易引起用眼疲勞等問題，設(shè)計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)計基本原則

系統(tǒng)設(shè)計時，主要從以下五個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、可控性強等特點及易于制作成點、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，既浪費電力資源，又造成光污染。在照明系統(tǒng)設(shè)計中，結(jié)合各個場所的具體視覺要求，確定照度標(biāo)準(zhǔn)值，同時照度設(shè)計留有一定裕量以補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，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電能。

（4） 合理布設(shè)控制開關(guān)并充分利用自然光。設(shè)計照明線路時應(yīng)盡量細化，合理布設(shè)照明燈具的控制開關(guān)：一個開關(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)，也可以是時控、光控或聲控開關(guān)等。同時，在教室照明設(shè)計中最大限度地利用自然光。

（5） 采用智能照明控制系統(tǒng)。實現(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)的維護成本，同時節(jié)約電量以減少照明系統(tǒng)的運營成本。

2 設(shè)計實例

本文以蘇州大學(xué)本部校區(qū)的教學(xué)樓（主要包括博遠樓、怡遠樓、鴻遠樓、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)計情況，見表1。

階梯教室采用柵格燈具，單個燈具含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，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

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?，F(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、計數(shù)模塊，實現(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，以達到節(jié)能減排的目的。同時，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)照明亮度的實際需求，實現(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時通過控制系統(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

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，同時引入時控、光控和GPRS無線通信控制相結(jié)合的控制方式。時控方式簡單易實現(xiàn)，通過微處理器定時控制路燈開關(guān)，但開啟和熄滅時間相對固定，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)計中，采用時控、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，通過時控法實現(xiàn)深夜的隔盞換相照明方式，同時GPRS無線通信控制便于工作人員在監(jiān)控室臨時調(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)點聯(lián)網(wǎng)控制方案

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

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”、“按量計費”、“自如切換”、“高速傳送”和“安全可靠”等特點。本系統(tǒng)中，采用GPRS無線通信技術(shù)，實現(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

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，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)負載的變化，同時驅(qū)動電路需要具有較高的效率，并且具備過壓保護、過流保護等措施?；谏鲜鲆?，本系統(tǒng)設(shè)計了一款基于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150 W，且其輸出電壓自適應(yīng)，同時還具有過壓保護、過流保護等功能，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]實現(xiàn)環(huán)路補償，[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)合實現(xiàn)負載電流測量，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，控制系統(tǒng)開始倒計時，在設(shè)置的延遲時間內(nèi)未探測到有人進入教室，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 計數(shù)單元設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計中，采用兩套計數(shù)單元用于實現(xiàn)人員進出教室判別。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)測兩套計數(shù)傳感電路的依次輸出信號，實現(xiàn)計數(shù)并判斷出入情況。

計數(shù)單元電路如圖5所示。該模塊采用一個激光頭和一套光強檢測電路，激光頭發(fā)出的光直射在光強檢測電路的光敏電阻上。當(dāng)有人進出教室遮擋激光時，光敏電阻上的光強變化使其電阻值發(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)計中，GPRS模塊設(shè)計選用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。借助于GPRS模塊，實現(xiàn)各個節(jié)點的靈活控制與狀態(tài)信息的及時反饋。

4 節(jié)能經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析

經(jīng)統(tǒng)計，蘇州大學(xué)校本部現(xiàn)有各類教學(xué)教室124間，總計約使用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)濟數(shù)據(jù)進行對比分析，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，雖然LED照明改造前期投資較大，但從長遠發(fā)展角度來看，其后期節(jié)電回報較高，維護成本大大減少。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

[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)計與實現(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[J].單片機與嵌入式系統(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[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[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[J].電源技術(shù)，2010，34（5）：509?512.

2.3 各節(jié)點聯(lián)網(wǎng)控制方案

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

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”、“按量計費”、“自如切換”、“高速傳送”和“安全可靠”等特點。本系統(tǒng)中，采用GPRS無線通信技術(shù)，實現(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

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，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)負載的變化，同時驅(qū)動電路需要具有較高的效率，并且具備過壓保護、過流保護等措施。基于上述要求，本系統(tǒng)設(shè)計了一款基于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150 W，且其輸出電壓自適應(yīng)，同時還具有過壓保護、過流保護等功能，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]實現(xiàn)環(huán)路補償，[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)合實現(xiàn)負載電流測量，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，控制系統(tǒng)開始倒計時，在設(shè)置的延遲時間內(nèi)未探測到有人進入教室，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 計數(shù)單元設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計中，采用兩套計數(shù)單元用于實現(xiàn)人員進出教室判別。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)測兩套計數(shù)傳感電路的依次輸出信號，實現(xiàn)計數(shù)并判斷出入情況。

計數(shù)單元電路如圖5所示。該模塊采用一個激光頭和一套光強檢測電路，激光頭發(fā)出的光直射在光強檢測電路的光敏電阻上。當(dāng)有人進出教室遮擋激光時，光敏電阻上的光強變化使其電阻值發(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)計中，GPRS模塊設(shè)計選用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。借助于GPRS模塊，實現(xiàn)各個節(jié)點的靈活控制與狀態(tài)信息的及時反饋。

4 節(jié)能經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析

經(jīng)統(tǒng)計，蘇州大學(xué)校本部現(xiàn)有各類教學(xué)教室124間，總計約使用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)濟數(shù)據(jù)進行對比分析，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，雖然LED照明改造前期投資較大，但從長遠發(fā)展角度來看，其后期節(jié)電回報較高，維護成本大大減少。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

[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[J].單片機與嵌入式系統(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[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[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[J].電源技術(shù)，2010，34（5）：509?512.

2.3 各節(jié)點聯(lián)網(wǎng)控制方案

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

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”、“按量計費”、“自如切換”、“高速傳送”和“安全可靠”等特點。本系統(tǒng)中，采用GPRS無線通信技術(shù)，實現(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

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，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)負載的變化，同時驅(qū)動電路需要具有較高的效率，并且具備過壓保護、過流保護等措施。基于上述要求，本系統(tǒng)設(shè)計了一款基于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150 W，且其輸出電壓自適應(yīng)，同時還具有過壓保護、過流保護等功能，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]實現(xiàn)環(huán)路補償，[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)合實現(xiàn)負載電流測量，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，控制系統(tǒng)開始倒計時，在設(shè)置的延遲時間內(nèi)未探測到有人進入教室，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 計數(shù)單元設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計中，采用兩套計數(shù)單元用于實現(xiàn)人員進出教室判別。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)測兩套計數(shù)傳感電路的依次輸出信號，實現(xiàn)計數(shù)并判斷出入情況。

計數(shù)單元電路如圖5所示。該模塊采用一個激光頭和一套光強檢測電路，激光頭發(fā)出的光直射在光強檢測電路的光敏電阻上。當(dāng)有人進出教室遮擋激光時，光敏電阻上的光強變化使其電阻值發(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)計中，GPRS模塊設(shè)計選用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。借助于GPRS模塊，實現(xiàn)各個節(jié)點的靈活控制與狀態(tài)信息的及時反饋。

4 節(jié)能經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析

經(jīng)統(tǒng)計，蘇州大學(xué)校本部現(xiàn)有各類教學(xué)教室124間，總計約使用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)濟數(shù)據(jù)進行對比分析，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，雖然LED照明改造前期投資較大，但從長遠發(fā)展角度來看，其后期節(jié)電回報較高，維護成本大大減少。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

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