LED是冷光源，工作电压低、光效高，同样亮度下，白光功率LED产品的光效已超过白炽灯(15 lm／W)，接近荧光灯(80 lm／W)，被认为是21世纪照明的新光源。LED寿命达105 h，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。在环保方面，用LED替代白炽灯或荧光灯，无毒气和汞的污染，使用安全可靠，便于维护。目前的照明灯具大多采用手动开关控制，经常在白天忘记关灯，造成大量的能源浪费，也缩短了灯具的使用寿命。本文设计了一套LED智能照明控制系统，可根据房屋的功能、室外光亮度来自动控制照明。本系统具有提高用电效率、节约电能和缓解用电高峰电力供应压力的双重作用。

1 系统主控模块功能

该照明控制系统在大庆石油学院现代教育中心中控室试安装。根据GBJ133-90民用建筑照明设计标准，控制室内亮度在200 lx左右。

本控制器设置了两套传感系统和严密的软件控制，其工作方法是：

通过被动热释电红外探测器探测是否有人。如果没人，所有LED灯均不开。如果有人，分成两种情况：(a)若室内照度X>200 lx时，所有LED灯均不开； (b)若室内照度X<200 lx时，所有LED灯均开启，LED释放到室内的平均照度E=200-X。

通过单片机判断，输出调节信号，控制LED驱动电路和照明系统，使之对室内亮度进行调节。

2 系统硬件设计

针对以上情况，本系统以MCS-51单片机为核心，组成一个集采集、处理、控制为一身的自动控制系统，其原理框图见图1。

该系统主要由三部分组成：传感器部分、控制器部分和LED驱动电路和照明系统。

2.1传感器部分

2.1.1被动式热释电红外探测器

该探测器有三个关键元件：菲涅尔滤光晶片，它通过截止波长8～12μm的滤光晶片，起带通滤波器的作用，使环境的干扰受到明显的控制；菲涅尔透镜，聚焦作用，即将热释的红外信号折射(反射)在热释电红外传感器上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外传感器上产生变化热释红外信号，这样热释电红外传感器就能产生变化的电信号；热释电红外传感器热释电红外传感器，将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。 在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号。因此，红外探测就是感应移动物体与背景物体的温度差异。

匹配低噪放大器的作用是当探测器上的环境温度上升，尤其是接近人体正常体温(37℃)时，传感器的灵敏度下降，经由它对放大器的增益进行补偿，增加其灵敏度。

2.1.2可见光探测器

通过对光电管、光敏电阻等光电探测器的各种性能进行比较，发现光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长。其次是当光照强度减弱时，它的响应时间相对增加，装置在光照强度变化时，输出状态保持相对稳定。考虑到光敏电阻对温度变化较为敏感，偏置电路中的电阻可以采用与探测元件温变系数相近的光敏电阻，以防止工作点漂移。

2.2控制部分

采用单片机作为照明系统的核心，仪器硬件简单、功能多。选用Intel的8031单片机，其内含128字节的RAM、32条I／O线、2个8位常数可自动重装的定时器／记数器。单片机输出脉冲经隔离、功率放大后可直接接至可控硅控制极，控制可控硅。为降低来自电网的干扰，由单片机I／O线产生的触发脉冲，必须经隔离后送至可控硅的控制电路中。可控硅调光器(SCR)，多用于可控整流、逆变、调压电路，很容易进行电流的调光，通过电压限制的调整，能进一步延长灯的寿命。

2.3 LED照明系统和驱动电路设计

采用1 W白光LED，发光效率60 lm／W，预计室内亮度在200 lx左右。

由平均亮度公式

E=NφUK／A
得N=(EA)／(φUK)
=(200×60.0)／(60×0.65 × 0.8)=384(只)

式中：E是平均照度；φ是光源的光通量；N是灯具数；U是灯具的利用系数；K是维护系数；A是室内面积。

考虑到室外亮度越低，对室内亮度的补偿越小，所以安装了400只LED，全部点亮后室内亮度可达208 lx。

设计LED灯的三个主要问题：

(1)驱动电源的选用

使用普通的稳压电源再在外部加电阻或者有源器件限流，保持流过LED的电流相对稳定。这种驱动方案体积大、效率低、成本高。一般的小功率开关电源的变换效率大约是70％，再加上外部限流元件的损耗，总的驱动效率一般都低于60％，使半导体照明节能的优势消失。

选用的AP-2B320 LED驱动器是制作一体化半导体灯的专用电源变换器，用于安装在半导体灯内部，串联驱动1串10～40只1 W大功率LED工作，220 V交流市电供电，输出320 mA稳定的单向脉动恒定电流。驱动器使用高频脉宽调制式开关变换电路实现恒流控制，变换效率高，可达85％以上，工作稳定。驱动器为全密闭模块封装结构，适合在高湿度、高粉尘、强震动等环境下使用，非常适合室内使用。

(2)LED灯的连接方式

目前成熟应用的都是单粒1 W的LED，很显然，做这样一个半导体灯要用50只LED，免不了要组合连接，组合方式无非是串联、并联、混联。50只LED全部串联，或者并联都存在一些问题。

A．全部串联，如果有一只LED开路损坏，则整灯不亮，而且50只LED全部串联，其驱动电压至少要150 V，安全性降低。

B．全部并联，若有一路开短路，则电流不均衡，影响整灯使用寿命。

从驱动技术和LED的特性来看，多只LED组和使用应该优先使用串联方案。这样，只要驱动器给的电流适合，所有LED的电流都一样。串联使用有一个问题，一个LED开路，整串都不亮。我们对样灯打过高压，并作了突波实验。从应用实践上看，只要驱动不失控，给LED的电流合适，LED很少见到开路的情况，即使LED本身质量不好，出故障，一般就是单只不亮，但保持通路，其他管照样亮。而且LED都有很强的过电流的能力，比如，300 mA的1 W LED短时间加600 mA的电流也不会坏。所以，使用LED时应以串联为主，这样LED才有稳定、一致的电流，有利于提高LED灯的寿命。

由于LED数量太多，全部串联其驱动电压太高，所以串并混联。专用LED驱动器一般是电流源，既然LED驱动器提供的是一个恒定的电流，多串LED灯并联时就必须辅以外部均流措施，均衡地把驱动器提供的总电流分配给每一只LED串联支路，最简单的办法是在每一串联支路里串一个均流电阻。在串联支路并联时，首先是要使各串联支路LED的总压降尽可能的保持一致，然后再串入均流电阻抑制电流的偏移。电阻上的压降太大，使功耗增加，压降太小则均流效果不好，一般可以取串联LED灯总压降的5％左右。

(3)散热方式

解决散热问题主要靠合理的灯体结构。使用薄Al基板，可按LED数目在Al板上打孔，间距为0.7 mm，将LED镶嵌到Al板上，引脚在Al板后面相连。灯外壳也用金属材料制作，装好LED的Al板和金属外壳紧密装配，这样，热量可以通过Al板传导到金属外壳上，金属外壳暴露在空气中，热量可以通过辐射和对流散去。为了既减小灯的体积又保证较大散热面积，灯体外壳应是带肋条的散热片结构。

(4)LED照明控制模块设计

将400只LED分10组，每组40个，如图2所示。每组采用一个AP-2B320作为电流源，用单片机控制可控硅的输出来调节发光亮度。在可控硅两端并联阻容吸收AP-2B320与可控硅产生的谐波干扰。

3 软件设计

本程序采用模块化设计思想，以主程序为核心设置了多个功能模块子程序，使大量的功能在子程序中实现，简化了设计结构。运行过程中通过主程序调用各功能模块子程序。

该系统有三个功能模块：信号输入模块，实现相应信号从单片机输入；信号控制模块，实现对信号的处理；信号输出模块，实现处理结果的编码输出，达到控制LED发光亮度的目的。

单片机接收两部分信号，即被动式热释电红外探测器输出的开关信号和可见光探测器输出的室内亮度控制信号，传输到单片机中。通过单片机处理，输出编码信号，再通过D／A转换器和放大电路，控制可控硅的导通角，达到智能照明的目的。其软件总框图见图3。

由于实际使用环境的复杂性及存在着各种各样的干扰因素，尤其是大量手机带来的电磁干扰。因此系统的可靠性须使用抗干扰技术来维持。该系统采用看门狗技术(WDT)，能使程序在跑飞状态下产生复位信号，有效防止程序跑飞。

4 结论

本文设计的LED智能照明控制系统，可根据房屋功能、室外光亮度自动控制照明。节能超过50％。应用在6 m高的路灯上，发出的是柔和白光，视觉效果超过了高压钠灯，自2006年5月安装以来，没有发现光衰现象，照明效果非常稳定。本系统具有提高用电效率、节约电能和缓解用电高峰的电力供应压力双重作用，是理想的照明控制系统。

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