基于单片机的交流LED智能照明系统设计

LED光源具有省电，耗电量小，发光效率高、寿命长等优点。与传统的白炽灯、荧光灯相比，有效的节约了能耗。被认为是21世纪的绿色照明光源。目前的LED光源是低电压(VF=2～3．6 V)，大电流(IF=200～1 500 mA)工作的半导体器件，必须提供合适的直流才能正常发光，由于我们日常使用的是220 V的高压交流电，所以必须使用降压的技术获得较低的电压，常用的是变压器或开关电源降压，然后将交流变成直流，再变成直流恒流源，才能促使LED光源发光。因此，直流驱动LED光源的系统方案必然是变压器+整流(或开关电源)+恒流源。这2种方案系统都会有15％～30％的电量损耗，如果用交流直接驱动LED光源发光，系统效率将很轻松地达到90％以上。目前，公共建筑的照明灯具大多仍采用手动开关，其故障率高，只适应于白炽灯，不适合于LED灯及其它照明设施的使用，下面我们介绍一套基于传感器、微控器控制的AC直接驱动LED照明系统的设计方案。

1 AC LED光源的工作原理
AC LED光源的工作原理如图1(a)所示，LED输入、输出电压波形如图1(b)所示。将一堆LED微小晶粒采用交错的矩阵式排列工艺分为5串，AC LED晶粒串组成类似一个整流桥，整流桥的两端分别联接交流电源，另两端联接LED晶粒，交流的正半周用实线箭头表示电流流动方向，有3串LED晶粒发光；负半周用虚线箭头表示电流流动方向，又有3串LED品粒发光；4个桥臂上的LED轮番发光，中间一串LED晶粒因共用而一直在发光。在50 Hz的交流中会以每秒50次的频率交替点亮。整流桥获得的是脉动直流，LED的发光也是闪动的，LED有断电余辉续光的特性，余辉可保持几十微秒，因人眼对流动光点记忆是有惰性的，结果人对LED光源的发光+余辉的工作的解读是连续在发光。桥臂上的LED有一半时间在工作，有一半时间在休息，因而发热得以减少20％～40％，因此AC LED的使用寿命较DC LED长。即使中间一串LED故障，通常也是击穿短路故障，击穿后电阻很小，仍然不影响桥臂上LED发光，只是灯的亮度稍微降低些。所以，这种设计技术是合理成熟的。AC LED成熟的产品如首尔半导体的AC110 V的AX3201，工作电流为40 mA；AC220 V的AX3221及AX3231，工作电流为20 mA被广泛用于照明。相比于DC LED大大降低了能耗。

2 一般AC LED的照明应用电路
AC LED的典型应用电原理图如图2所示，它十分简单，在AC LED两端分别串入正温度系数热敏电阻PTC，和限流电阻R1、R2、R3，接上110 V或220 V交流即可进入照明工作。
LED在大批量生产时，其阻抗有一定的离散性，AC LED光源生产商在出厂时对批量生产的产品按阻抗分档，客户在使用时可按LED光源厂家提供的分档表查用相应阻值的限流电阻。

3 智能AC LED照明系统硬件设计
系统工作原理框图如图3所示，由热红外传感器件、强光传感器件、声控传感器件做为感知系统，传感器信号经A／D转换后传到主控器件(CPU)STC12C5628AD，经主控器件处理后将控制信号加到D／A转换电路，控制信号经放大电路放大后加到由可控硅组成的驱动电路上，由可控硅驱动电路来控制AC LED灯的开启和关断及明亮程度。

3．1 被动式热释电红外探测器
该探测器有3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；菲涅尔透镜起聚焦作用，即将热释电红外信号折射(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存热释电红外传感器上产生变化的热释红外信号，这样热释电红外传感器就能产生变化的电信号，热释电红外传感器将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号，完成热电转换，系统内固化的软件对所采集的数据进行运算加工，由控制系统内的控制软件通过控制逻辑决定是否发出开灯信号。